Ingeniero Civil / Chile es un país que se caracteriza por su considerable actividad sísmica, lo cual tiene un impacto directo en el ámbito de la construcción y el diseño de estructuras. Ante solicitaciones sísmicas se generan desplazamientos horizontales en las estructuras y esto causa que los muros y pilares sean sometidos a cargas cíclicas de compresión y tracción. Un tipo de daño frecuente asociado a estas solicitaciones, es la desintegración del hormigón que recubre las armaduras en estructuraciones en base a hormigón armado, con lo cual los refuerzos de acero se ven expuestos directamente a cargas cíclicas, pudiendo presentar pandeo y fractura ante deformaciones importantes. En esta memoria se estudian barras de refuerzo de diámetros de 16, 22 y 25 milímetros correspondientes a muros de un edificio dañado durante el terremoto del 2010, ubicadas en zonas donde se observó daño por pandeo y fractura de algunas armaduras. Se realizan ensayos a cargas cíclicas con amplitud de deformaciones constantes en el rango plástico, utilizando una relación Largo/Diámetro = 20 para inducir pandeo. A partir de las curvas tensión-deformación obtenidas se busca conocer los ciclos remanentes a la rotura de estas barras, los cuales se comparan con el comportamiento de barras inalteradas utilizando modelos empíricos existentes que relacionan la deformación con los ciclos a la rotura. Se observa pérdida de capacidad a fatiga en las probetas provenientes de barras de refuerzo que sufrieron daño visible por pandeo y de barras aparentemente rectas, ésta se cuantifica a partir de la diferencia entre el número de ciclos a rotura de las probetas y el número de ciclos de probetas obtenidas de barras inalteradas. Se tiene una pérdida de capacidad máxima de 17 ciclos a la rotura para probetas de diámetro 16 milímetros y una pérdida de capacidad de hasta 14 ciclos a la rotura para probetas de diámetro 22 y 25 milímetros. Las diferencias mencionadas son consistentes con una solicitación sobre el edificio de alrededor de 15 ciclos de gran amplitud de deformaciones, originados por las aceleraciones de suelo mayores causadas por el terremoto en la zona. La magnitud de la pérdida de capacidad en las probetas se relaciona con la cercanía de su ubicación original a la zona con daño dentro de la barra de donde se obtuvieron y a las características geométricas del elemento estructural del que formaban parte.

Ingeniero Civil / Debido a la sismicidad nacional y la importancia económica de la industria vitivinícola chilena nace la necesidad de estudiar el comportamiento estructural de los estanques de almacenamiento de acero frente a una solicitación sísmica. En la presente memoria se modelan 2 estanques con dimensiones geométricas diferentes a través del programa de elementos finitos ANSYS versión 15. Se realiza un análisis no-lineal estático del tipo pushover variando la condición de borde para ambos tipos de estanque. De los modelos analizados se extraen las curvas de capacidad, los modos de falla y la distribución de tensiones principales y equivalentes (o tensión de Von-Mises). Los resultados entregados por el programa se comparan con las cargas y fuerzas de diseño obtenidas de las normas y guías de cálculo. Luego de procesar los resultados se concluye que -El programa logra modelar de buena forma el comportamiento estructural de los estanques obteniendo los modos de falla observados en terreno -La condición de borde del estanque incide en el modo de falla visualizado en el manto -Los estanques simplemente apoyados muestran un pobre desempeño. Su capacidad máxima se encuentra por debajo del corte basal de diseño.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / Las diagonales de pandeo restringido son disipadores sísmicos compuestos por un núcleo de acero cubierto por un elemento que impide su pandeo. Esta condición permite que la histéresis asociada al elemento sea amplia, y con gran capacidad de disipar energía. Debido al elemento restrictor, no es posible hacer una inspección visual directa luego de un gran sismo, y toma importancia conocer los resultados de la identificación del sistema cuando las diagonales trabajan disipando energía. Para ello, se evalúa la respuesta no lineal con un modelo Bouc-Wen calibrado para representar Diagonales de Pandeo Restringido, en un sistema de un grado de libertad, y en un marco diseñado con estos elementos. Se usan registros sísmicos reales y de ruido blanco como aceleración basal. Los resultados obtenidos se procesan con tres técnicas de identificación lineal, ampliamente usadas: Espectro de Densidad de Potencia (PSD), Identificación en el SubEspacio Estocástico, SSI-COV, y Multivariable Output Error State Space, MOESP. Los registros se aplican primeramente para que los sistemas trabajen en respuesta lineal, y luego cada excitación es amplificada para obtener la respuesta en tres niveles de incursión no lineal. Se analizan la respuesta en frecuencia, amortiguamiento y formas modales. En el sistema de un grado de libertad se realiza un análisis de sensibilidad de los parámetros del modelo, variando la rigidez post-fluencia de la histéresis y la suavidad de la curva en la transición a la fluencia. En el marco se realiza un análisis sobre el marco modelado con diagonales bilineales, y otro cuyas diagonales son modeladas con histéresis suavizada. El resultado es que las técnicas de identificación detectan frecuencias cercanas a la elástica en todos los sistemas, que disminuyen a medida que se entra en el rango no lineal. El amortiguamiento aumenta con la incursión en el rango no lineal y presenta gran dispersión en su determinación. Para el caso del marco, este comportamiento es más significativo en los modos principales del sistema. Cuando se analizan las formas modales identificadas en el análisis del marco, la primera forma permanece sin grandes cambios, mientras que las otras formas exhiben mayores grados de dispersión. De cualquier manera, visualmente siguen siendo reconocibles, aunque en algunos casos se acoplen con otras formas modales. El parámetro del modelo Bouc-Wen que más influye en los cambios es el que controla la transición a la fluencia y la suavidad de la histéresis. Para pequeñas no linealidades y una ley bilineal, la identificación arroja resultados iguales a la que se obtiene de un sistema lineal. Todas las técnicas de identificación arrojan resultados consistentes entre sí, pero no indican en forma clara el grado de no linealidad alcanzado por el sistema.

Conventional railway track is the structure consisting of the ballast or slab track, upon which sleepers, fasteners and two rails are laid, allowing the passage of trains equipped with a certain gauge. Due that trains cannot pass from a line with one track gauge to an-other (only possible where the difference between the two gauges is small), track gauge is a dominant parameter determining interoperability, used as a descriptor of a route or net-work. Where trains encounter a different gauge, a break-of-gauge occurs, which entails delays, costs, and inconveniences. However, special situations such as the Spanish rail network can occur, where new in-teroperability and connection facilities have resulted in the construction of certain lines with dual gauge track. A dual gauge track configuration consists of three rails, where the two adjacent outer rails provide each of the gauges (1435 mm / 1668 mm), while the single outer rail is common to trains of both gauges. This new track structure is an important modification of the classical rail track with two rails and one gauge. In addition, long stretches of dual gauge tracks have not been implement-ed yet, so it is necessary to develop new methodologies and studies to understand its be-haviour. Specifically, with the use of continuous welded rails, variations in rail temperature produce compression stresses that, under certain circumstances, can led to dangerous lateral track displacements and train derailment. With that motivation, this PhD Thesis is focused on an appropriate theoretical framework for conducting a study that evaluates the potential risk of buckling in dual gauge tracks. To accomplish this task, different methods and techniques in order to improve the knowledge of this phenomenon and track design. This approach will allow us to establish track condi-tions and maintenance works that ensures the stability of the dual gauge track under ther-mal and train loads. In addition, a risk based methodology allows us to revise and redefine conventional track design methods in order to increase track stability under thermal loads. / La superestructura de vía clásica está compuesta por una serie de capas portantes en las que se sitúan las traviesas o losas de hormigón y sobre las cuales se disponen 2 carriles que permiten la circulación de los vehículos, en base a su utilización con un único ancho de vía. Debido a que los vehículos ferroviarios no pueden circular desde una línea con un ancho de vía a otra con un ancho diferente (solo es posible si la diferencia de ancho es muy reducida) el ancho de vía se establece generalmente como un único valor común para toda una determinada red, pues de lo contrario se crean una serie de "fronteras" entre las líneas con diferente ancho de vía, lo que provoca importantes problemas en la explota-ción y gestión de la red. No obstante, existen situaciones especiales como la que se produce en España, donde las circunstancias y las nuevas necesidades de conexión e interoperabilidad han dado como resultado la construcción de tramos ferroviarios de doble ancho o ancho mixto. La carac-terística fundamental de este tipo de vías es la dotación de un tercer carril, de tal forma que se parte de una vía de ancho ibérico (1.668 mm) sobre la que se dispone en su interior un tercer carril para conseguir el ancho estándar (1.435 mm). Así pues, esta nueva configuración de vía supone una importante modificación respecto a la vía clásica de un ancho y 2 carriles. Además, el uso del tercer carril en tramos largos es totalmente novedosa, lo que obliga al estudio y análisis del comportamiento de esta nueva superestructura de vía. En especial, la vía debe resistir los esfuerzos longitudinales, pues el uso de la barra larga soldada genera esfuerzos térmicos en los carriles que pueden oca-sionar, bajo unas ciertas condiciones de vía, la desestabilización y, como resultado, impor-tantes deformaciones laterales con efectos muy perjudiciales. Por ello, la presente tesis tiene por objeto el estudio teórico del riesgo de pandeo en vías de doble ancho mediante el uso de diferentes métodos y técnicas que permitan una mejor comprensión de este fenómeno y el diseño seguro de este tipo de vías. El análisis permiti-rá establecer las condiciones que aseguran el correcto funcionamiento de la superestruc-tura de vía antes las diferentes solicitaciones que debe soportar. Además, el planteamiento de una metodología de evaluación del riesgo de pandeo en vías de doble ancho permitirá la revisión y reformulación de criterios de diseño, aplicables a vías existentes o de nueva construcción, según las oscilaciones térmicas a las que esté sometida. / La superestructura de via tradicional està composta per una sèrie de capes portants en què se situen les travesses o lloses de formigó i sobre les que es disposen 2 carrils que permeten la circulació dels vehicles, segon l'ús d'un únic ample de via. Pel fet que els vehicles ferroviaris no poden circular des d'una línia amb un ample de via a una altra amb un ample diferent de la primera (només és possible si la diferència d'amples és molt reduïda), l'ample de via s'estableix generalment com un únic valor comú per a tota una determinada xarxa, ja que en cas contrari es generen una sèrie de "fronteres" entre línies amb diferent ample de via, el que produeix importants problemes tant en l'explotació com en la gestió de la xarxa. No obstant això, existeixen situacions especials com la que es produeix a Espanya, on les circumstàncies i les noves necessitats de connexió i interoperabilitat han donat com a resultat la construcció de trams ferroviaris de doble ample o ample mixt. La característica fonamental d'aquest tipus de via d'ample mixt és la col·locació d'un tercer carril, de tal forma que partint d'una via d'ample ibèric (1.668 mm) es disposa a l'interior un tercer carril que permet aconseguir l'ample estàndard (1.435 mm). Així, aquesta nova configuració de via suposa una important modificació respecte de la via clàssica d'un sol ample i 2 carrils. A més a més, l'ús del tercer carril en trams llargs és totalment nova, el que obliga a estudiar i analitzar el comportament d'aquesta nova estructura. En especial, la via ha de resistir els esforços longitudinals, degut a que l'ús del carril continu soldat genera càrregues d'origen tèrmic en els carrils que poden ocasionar, baix unes certes condicions de via, la desestabilització i, com a resultat, importants deformacions laterals amb efectes molt perjudicials. Per açò, la present Tesi té com a objectiu l'estudi teòric del risc de pandeig en vies d'ample mixt (amb 3 carrils) a través de l'ús de diferents mètodes i tècniques tal que permeten un major coneixement d'aquest fenomen i el disseny segur d'aquest tipus de via. L'anàlisi permetrà establir les condiciones que asseguren el correcte funcionament de la superestructura de via enfront de les diferents càrregues que deu suportar. A més, el plantejament d'una metodologia d'avaluació del risc de pandeig en vies d'ample mixt permetrà la revisió i reformulació dels criteris de disseny, aplicables a vies existents o de nova construcció, d'acord amb les oscil·lacions tèrmiques a les quals estarà sotmesa. / Villalba Sanchis, I. (2017). STUDY, ANALYSIS AND DETERMINATION OF BUCKLING LOAD IN DUAL GAUGE TRACKS THROUGH ANALYTICAL AND NUMERICAL METHODS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/93343

The strain capacity of structures depends on the plastic hinge behaviour. There are different proposals in the scientific literature in order to improve this behaviour in reinforced concrete structures such as the following ones: proposals include the use of fiber reinforced concrete, very high performance concrete or replacing in the critical structure zone, the steel reinforcement with shape memory alloy and superelasticity bars (from this point forward SMA), among other solutions. However, the strain capacity of hinges is dependent on the compressed reinforcement buckling, which means a drastic diminishing in the bearing capacity and ductility. This phenomenon happens due to the cover spalling or degradation, or due to an insufficient transverse reinforcement arrangement. The design codes propose requirements related to the diameter of longitudinal bars and to the transverse reinforcement separation to assure the bearing capacity or to assure the hinge rotation without the compressed reinforcements buckle. Nevertheless, the aforementioned requirements are not valid in compressed elements made of new materials (fiber reinforced concrete, very high performance concrete or SMA bars). This doctoral thesis analyzes the compressed steel or NiTi - SMA bars behaviour in elements made of conventional, high strength or very high performance concrete, with or without fibres. Therefore, an experimental research has been carried out to study the local instability of the compressed bars (steel and NITI) in concrete elements. 32 columns subject to a bending-compression load have been analyzed. An analytic model has been proposed to analyze the buckling critical stress and length in the compressed bars in concrete elements. This model has been calibrated based on experimental tests. It has been performed an experimental and numerical research to analyze the behaviour of the NITI bars as isolated bars. It has been proposed an analytic model to calculate the relationship stress-strain of the compressed bars that includes the buckling effect. This model has been verified by both experimental and numerical results. Finally, it has been proposed an expression to calculate the maximum separation of the transverse reinforcement according to the required limited stress, for both steel and SMA bars. In order to define that stress, two criteria have been proposed: one of them is based on stresses and the other one on strains. With respect to the concrete without fibres case, the proposed expression has been compared with the current code. / La capacidad de deformación de las estructuras depende del comportamiento de las rótulas plásticas. Para mejorar dicho comportamiento en estructuras de hormigón armado, en la literatura técnica se propone utilizar hormigón con fibras de acero en su masa, hormigón de muy altas prestaciones o sustituir en la zona crítica de la estructura las armaduras de acero por barras de aleación con memoria de forma y superelasticidad (en adelante SMA) entre otras soluciones. Sin embargo, la capacidad de deformación de las rótulas está condicionada por el pandeo de la armadura comprimida, lo que supone una disminución drástica de la capacidad resistente y de la ductilidad. Este fenómeno se produce porque el recubrimiento del hormigón salta o se degrada, o por una insuficiente disposición de armadura transversal. En las normativas de diseño se proponen requisitos acerca del diámetro y de la separación de la armadura transversal para asegurar la capacidad resistente o la deformación de la rótula sin que las armaduras comprimidas pandeen. Sin embargo, dichas expresiones no son válidas en elementos comprimidos fabricados con nuevos materiales (hormigón con fibras en su masa, hormigones de muy altas prestaciones o barras de SMA). En esta tesis doctoral se analiza el comportamiento de barras comprimidas, de acero o de SMA en base NiTi, en elementos fabricados con hormigones convencionales, de alta resistencia o de muy altas prestaciones, con o sin fibras en su masa. A tal efecto, se ha ejecutado un programa experimental para estudiar la inestabilidad local de las barras comprimidas (acero y NiTi) en elementos de hormigón. Se han analizado un total de 32 soportes sometidos a una solicitación de flexo-compresión. Se ha propuesto un modelo analítico para determinar la tensión y la longitud crítica de pandeo de barras comprimidas en elementos de hormigón. Este modelo ha sido calibrado con los ensayos experimentales. Se ha realizado un estudio experimental y numérico para analizar el comportamiento de las barras de NiTi como barras aisladas. Se ha propuesto un modelo analítico para calcular la relación tensión - deformación de barras comprimidas que incluye el efecto del pandeo. Este modelo ha sido verificado tanto con los resultados experimentales como numéricos. Finalmente, se ha propuesto una expresión para el cálculo de la separación máxima de la armadura transversal en función de la tensión límite requerida, tanto para barras de acero como de SMA. Para la definición de dicha tensión se proponen dos criterios: uno basado en tensiones y otro en deformaciones. En el caso de hormigón sin fibras, la expresión propuesta se ha comparado con la normativa actual. / La capacitat de deformació de les estructures depén del comportament de les ròtules plàstiques. Per a millorar dit comportament en estructures de formigó armat, en la literatura tècnica es proposa utilitzar formigó amb fibres d'acer en la seua massa, formigó de molt altes prestacions o substituir en la zona crítica de l'estructura les armadures d'acer per barres d'aliatge amb memòria de forma i superelasticitat (d'ara endavant SMA) entre d'altres solucions. No obstant això, la capacitat de deformació de les ròtules està condicionada pel vinclament de l'armadura comprimida, la qual cosa suposa una disminució dràstica de la capacitat resistent i de la ductilitat. Este fenomen es produeix perquè el recobriment del formigó salta o es degrada, o per una insuficient disposició de l'armadura transversal. En les normatives de disseny es proposen requisits quant al diàmetre i a la separació de l'armadura transversal per assegurar la capacitat resistent o la deformació de la ròtula sense que les armadures comprimides vinclen. No obstant això, estes expressions no son vàlides en elements comprimits fabricats amb nous materiales (formigó amb fibres en la seua massa, formigons de molt altes prestacions o barres de SMA). En esta tesis doctoral s'analitza el comportament de barres comprimides, d'acer o de SMA compost per NiTi, en elements fabricats amb formigons convencionals, d'alta resistència o de molt altes prestacions, amb o sense fibres en la seua massa. A tal efecte, s'ha executat un programa experimental per estudiar la inestabilitat local de les barres comprimides (acer i NiTi) en elements de formigó. S'han analitzat un total de 32 soports somesos a una solicitació de flexo-compressió. S'ha proposat un model analític per determinar la tensió i longitud crítica de vinclament de barres comprimides en elements de formigó. Este model ha sigut calibrat amb els assajos experimentals. S'ha realitzat un estudi experimental i numéric per analitzar el comportament de les barres de NiTi com barres aïllades. S'ha proposat un model analític per calcular la relació tensió-deformació de barres comprimides que inclou l'efecte del vinclament. Este model ha sigut verificat tant amb els resultats experimentals com numérics. Finalment, s'ha proposat una expressió per al càlcul de la separació màxima de l'armadura transversal en funció de la tensió límit requerida., tant per a barres d'acer com de SMA. Per a la definició de dita tensió es proposen dos criteris: uno basat en tensions i l'altre en deformacions. En el cas del formigó amb fibres, l'expressió proposada s'ha comparat amb la normativa actual. / Pereiro Barceló, J. (2017). INESTABILIDAD DE BARRAS COMPRIMIDAS DE ACERO Y DE SMA EN ELEMENTOS DE HORMIGÓN FABRICADOS CON NUEVOS MATERIALES. RECOMENDACIONES DE DISEÑO [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90650

La madera laminada encolada (MLE) representa una alternativa para masificar el uso de materias primas madereras en los países en vía de desarrollo. A pesar que en la actualidad tienen auge productos como el CLT y similares, nuestros países deben todavía hacer un esfuerzo mayúsculo para disponer masivamente de estos productos en las obras civiles, pues deben esperar cambios en la legislación, así como en la normatividad técnica especializada, además de generar capacidades comerciales para la oferta mercantil. Más cerca parece estar la incursión de productos con factibilidad de fabricación local en el mediano y corto plazo, como la MLE. Una buena cuota inicial la constituyen algunas experiencias locales con MLE, donde han trabajado de manera conjunta clientes, diseñadores instaladores, fabricantes y proveedores de materias primas e insumos. Otra, es el mercado que en la actualidad tiene mayor conciencia sobre las ventajas en el uso de la madera y su contribución ambiental. No obstante, hace falta una mayor participación en el mercado detallado, que permita mayor contacto con el cliente, y eso se lograría sin duda alguna con la elaboración de productos en serie que puedan ser colocados fácilmente en los puntos de venta minoristas y posiblemente con algún grado de customization. Aportando en ese camino, el presente estudio aborda detalles en la construcción de vigas laminadas (VLC) a escala real y su caracterización mecánica estructural enfatizando en el concepto de estabilidad, pandeo o vuelco lateral. Para ello se han consultado los estándares nacionales e internacionales (Brasil, Chile, EUA, Europa, Canadá, Reino Unido, India), que han permitido la consolidación de toda la investigación. Como hilo conductor se propone en todos los casos dos situaciones comparables. La primera, es el uso de dos especies con futuro potencial en Colombia como el Sajo (Campnosperma panamense Standl.) y la Acacia (Acacia mangium Willd.). El Sajo hace parte de una gran extensión de los bosques naturales del pacífico colombiano susceptible de Manejo Forestal Sostenible (MFS) y la Acacia ha tenido alta aceptación entre los reforestadores del país por su rápido crecimiento, corta rotación y alta expectativa financiera. La segunda, una modificación en la normatividad colombiana referente a la clasificación visual de la madera, la cual lleva más de 35 años en el país, y a criterio del autor, más que un promotor para el uso en la construcción ha sido un gran obstáculo, ya que su rigurosidad propicia el rechazo de grandes volúmenes para uso estructural, ignorando que la madera por ser un material de origen natural, debe ser gerenciada, más allá de rechazada; y eso trae consigo una mayor responsabilidad en su conocimiento para asignar su mejor uso. En el mundo moderno, aunque persiste, la discriminación tiende a desaparecer, entonces ¿por qué no darle una oportunidad a la madera y convivir con sus \"desventajas\"?. De otra parte, la filosofía de controlar lateralmente la estabilidad de las VLC surge de la premisa de aumentar los momentos de inercia hasta su máximo límite, haciendo que la madera exhiba todo su potencial como viga, logrando los mayores valores de carga vertical, convirtiéndola de paso en un producto más atractivo para la construcción civil. / GLULAM represents an alternative to expand the use of wood raw materials in developing countries. Although currently have booming products such as CLT and the like, our countries must still make a major effort to provide massive scale of these products in the civil construction, they must expect changes in legislation, as well as technical regulations specialized, and generate business capabilities for commercial offer. Closer seems to be the raid of products with local manufacturing feasibility in the medium and short term as the glued laminated timber. For begin good, we have some local experiences with GLULAM, which have worked together customers, installers, designers, manufacturers and suppliers of raw materials and supplies. Another advantage is the market that currently has greater awareness of the advantages in the use of wood and its environmental contribution. However, it takes a greater share of the detailed market, would be allowing more contact with the customer, and that would be achieved without any doubt with the development of serial products that can be easily placed in retail outlets and possibly with some degree of customization. Contributing in this way, this study addresses details on the construction of laminated beams (VLC) to real scale and the mechanical structural characterization, emphasizing the concept of lateral stability, buckling or tipping. For this, has been consulted national and international standards (Brazil, Chile, USA, Europe, Canada, UK, India), enabling the consolidation of all research. The work propose in all cases, two comparable situations. The first is the use of two species with future potential in Colombia as the Sajo (Campnosperma panamense Standl.) and Acacia (Acacia mangium Willd.). The Sajo is part of a large expanse of natural forests Colombian Pacific with Sustainable Forest Management (SFM) potential, and Acacia has high acceptance among reforestation companies of the country for its rapid growth, short rotation and high financial expectation. The second, a change in relation to the law visual classification of wood, which has more than 35 years in the country, and at the discretion of the author, rather than a promoter for use in building has been a major obstacle, as its stringency favors rejection of large volumes for structural use, ignoring which the wood is a natural material, and must be administered rather than rejected. This brings with it a greater responsibility on their knowledge to assign their best use. In the modern world, although persists, discrimination tends to disappear, then why not give it a chance to the wood and coexist with their \"disadvantages\" ?. Moreover, the philosophy of controlling lateral stability of the VLC arises from the premise of increasing the moment of inertia to its maximum limit, with achieving values highest in the vertical load, making the VLC a more attractive and competitive product for civil construction.

El propósito del presente trabajo es desarrollar un modelo matemático que permita el análisis de estabilidad de una viga compuesta de materiales funcionalmente graduados sometida a una carga de compresión axial. La finalidad es analizar el comportamiento de una viga heterogénea y calcular las cargas y los modos de pandeo. En el desarrollo de la investigación se describe vectorialmente el campo de desplazamiento de la viga para obtener las ecuaciones de gobierno de la estructura; de este modo, mediante principios energéticos, se pueda desarrollar el modelo de elementos finitos y buscar una solución vectorial propia. El modelo matemático se divide en dos partes: formulación simbólica y modelo numérico computacional. En el modelo matemático, los materiales funcionalmente graduados afectan el módulo de elasticidad debido a la particularidad del material; y la energía potencial total es afectada por dos estados: estado fundamental (deformación de membrana o de pre-pandeo) y estado incremental (estado de perturbación arbitraria de equilibrio). Los resultados obtenidos fueron verificados con ejercicios benchmarking encontrados en la literatura, para corroborar la eficacia del modelo planteado; validados con informes de pruebas de laboratorio, para revisar la precisión; y estudiados paramétricamente, para analizar la influencia de las variables. / The purpose of the present work is to develop a mathematical model that allows the stability analysis of a beam composed of functionally graded materials subjected to an axial compressive load. The objective is to analyze the behavior of a heterogeneous beam and calculate the buckling loads and modes. In the development of the investigation, the field of displacement of the beam is described in vectors to obtain the governing equations of the structure. In this way, by energetic principles, the finite element model can be developed, and the solution can be found by eigenvalue and eigenvector exercise. The mathematical model is divided in two parts: symbolic formulation and computational numerical model. In the model, the functionally graded materials affect the modulus of elasticity due to the particularity of the material; and the total potential energy is affected by two states: fundamental state (membrane deformation or pre-buckling) and incremental state (arbitrary perturbation of the equilibrium). The results obtained were verified with benchmarking exercises found in literature, to corroborate the effectiveness of the proposed model; validated with lab test-reports, to check its accuracy; and studied parametrically, to analyze the influence of the variables. / Tesis

Tesis por compendio / [ES] El fuego es uno de los principales riesgos que pueden afectar a las estructuras de acero. El impacto del fuego en estas estructuras es muy adverso y complejo de simular, principalmente en escenarios de fuego realistas, donde el calentamiento en los miembros de acero no es uniforme y en miembros de acero esbeltos porque fallan prematuramente por la aparición de abolladuras locales. Para predecir con exactitud la respuesta de las estructuras de acero al fuego, se han desarrollado modelos avanzados y complejos de EF con elementos de cáscara y sólidos. Sin embargo, estos modelos son costosos desde el punto de vista computacional, lo que complica la realización de análisis más complejos que requieren muchas simulaciones en poco tiempo y con bajos costes computacionales. Por lo tanto, es necesario desarrollar modelos computacionales sencillos, precisos y de bajo coste, tan fiables como los modelos de cáscara, que abran el camino más fácilmente hacia la modelización de problemas estructurales de acero más complejos en situación de incendio. En esta tesis se presentan propuestas sencillas y de bajo coste computacional para simular la respuesta mecánica de estructuras de acero en condición de incendio utilizando un elemento finito de viga de Timoshenko de Ansys. Una de las propuestas consiste en una nueva metodología para el análisis en 3D de estructuras de acero sometidas a temperaturas no uniformes por el fuego. Las otras consisten en dos estrategias de modelización para analizar el pandeo lateral torsional en miembros de acero de clase 4 a temperaturas elevadas. Las propuestas simplifican significativamente la modelización estructural y se validan satisfactoriamente con resultados numéricos y experimentales. Esto significa que problemas complejos de ingeniería de incendio, como los análisis probabilísticos y de optimización, pueden tratarse con mucha más facilidad, lo que representa un paso importante hacia la aplicación generalizada de enfoques basados en el desempeño para tratar los efectos del fuego en las estructuras de acero. / [CA] El foc és un dels principals riscos que poden afectar les estructures d'acer. L'impacte del foc en estes estructures és molt advers i complex de simular, principalment en escenaris de foc realistes, on el calfament en els membres d'acer no és uniforme i en membres d'acer esvelts perquè fallen prematurament per l'aparició d'abonyegadures locals. Per a predir amb exactitud la resposta de les estructures d'acer al foc, s'han desenvolupat models avançats i complexos d'elements finits de corfa i sòlids. No obstant això, estos models són computacionalment costosos, la qual cosa complica la realització d'anàlisi més complexos que requerixen moltes simulacions en poc de temps i amb baixos costos computacionals. Per tant, és necessari desenvolupar models computacionals senzills, precisos i de baix cost, tan fiables com els models de corfa, que òbriguen el camí més fàcilment cap a la modelització de problemes estructurals d'acer més complexos en situació d'incendi. En esta tesi es presenten propostes senzilles i de baix cost per a simular la resposta mecànica d'estructures d'acer en condició d'incendi utilitzant un element finit de biga de Timoshenko d'Ansys. Una de les propostes consistix en una nova metodologia per a l'anàlisi en 3D d'estructures d'acer sotmeses a temperatures no uniformes pel foc. Les altres consistixen en dos estratègies de modelització per a analitzar el bombament lateral torsional en membres d'acer de classe 4 a temperatures elevades. Les propostes simplifiquen significativament la modelització estructural i es validen satisfactòriament amb resultats numèrics i experimentals. Açò significa que problemes complexos d'enginyeria d'incendi, com les anàlisis probabilístiques i d'optimització, poden tractar-se amb molta més facilitat, la qual cosa representa un pas important cap a l'aplicació generalitzada d'enfocaments basats en l'exercici per a tractar els efectes del foc en les estructures d'acer. / [EN] Fire is one of the main hazards that can affect steel structures. The impact of fire on these structures is highly adverse and complex to simulate, mainly in realistic fire scenarios, where heating in steel members is non-uniform and in slender steel members because they fail prematurely by local buckling. In order to accurately predict the response of steel structures to fire, advanced and complex FE models with shell and solid elements have been developed. However, these shell models are computationally expensive, complicating the carrying out of more complex analyses that require many simulations in a short time and at low computational costs. Therefore, there is a need to develop simple, accurate, and low-cost computational models as reliable as shell-type models that open the path more easily towards modeling more complex steel structural problems in fire conditions. This thesis presents simple and low-cost proposals to simulate the mechanical response of steel structures under fire using Timoshenko's beam-type finite element available in Ansys. One of the proposals consists of a new methodology for the 3D-analysis of steel frames subjected to non-uniform temperatures by fire. The others consist of two modeling strategies for analyzing the lateral-torsional buckling in class-4 steel structural members at elevated temperatures. The proposals significantly simplify the structural modeling and satisfactorily validate numerical and experimental results. That means that complex fire engineering problems, such as probabilistic and optimization analyses, can be handled much more easily, representing a significant step toward the generalized application of performance-based approaches to deal with fire effects on steel structures. / Pallares Muñoz, MR. (2022). New Proposals for Modeling the Thermo-Mechanical Response of Steel Structures Under Fire Using Beam-Type Finite Elements [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182768 / Compendio