Ingeniero Civil / Este trabajo de título se enmarca en el estudio de sistemas de monitoreo de salud estructural, y la influencia que tienen los factores ambientales sobre la identificación de cambios de estado en una estructura, debido a daño, deterioro estructural u otros factores. En estudios previos se ha determinado que la temperatura es la principal variable ambiental que afecta a las frecuencias características de estructuras de hormigón armado. Por esto, en una primera instancia se evaluó experimentalmente el efecto que tiene la temperatura ambiente sobre las frecuencias características de una viga de hormigón armado. Los resultados indican que existe una relación inversa entre estas variables, y que cambios de 30°C generan variaciones de frecuencias del orden del 3%. Se realizaron modelos analíticos de una estructura, a la cual se le modifican sus propiedades en función de la temperatura. En ella se estudió la relevancia de la temperatura en las variaciones de frecuencias debido a distintos grados y tipos de daño. Además se estudió la manera en que la temperatura ambiente y la radiación solar afecta a estructuras de hormigón armado, determinando analíticamente el retraso del efecto de los cambios de temperatura sobre una estructura. Finalmente, se estudiaron los efectos que tienen los factores ambientales en las frecuencias del edificio Torre Central de la FCFM de la Universidad de Chile. Se determinó que las variables más importantes son la temperatura ambiente, la radiación solar y la saturación del suelo. Además, se estudiaron metodologías que permiten detectar cambios de estado en la estructura, considerando los efectos que tiene la temperatura sobre ésta, e identificando los inconvenientes en relación a la modelación de los efectos del aumento de la saturación del suelo producto de precipitaciones. Se estableció que la utilización de metodologías que consideran los efectos ambientales es potencialmente útil, pero para que éstas entreguen resultados confiables se requiere una cantidad de datos para su entrenamiento mayor a dos años.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Ingeniería Sísmica / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Identificar y evaluar variaciones en las propiedades dinámicas de una estructura frente a excitaciones externas permite establecer el estado de salud y su posible daño. Adicionalmente, las propiedades identificadas pueden ser utilizadas para calibrar modelos teóricos con los cuales se realiza el diseño estructural. Las técnicas más utilizadas para determinar las propiedades dinámicas de un sistema estructural son el método de Espectro de Densidad de Potencia (PSD), la Descomposición en el Dominio de la Frecuencia (FDD) y el Método del Sub‐Espacio Estocástico (SSI). En la presente investigación se estudian desde un punto de vista teórico y con ejemplos analíticos las técnicas antes mencionadas. Posteriormente éstas se aplican a los registros obtenidos de una red de monitoreo continuo instalado en un edificio durante proceso constructivo (Edificio Titanium La Portada, de 192.5 metros de altura) por un periodo de 5 meses. A partir de estos resultados se evalúan los efectos de corto y mediano plazo que genera el proceso constructivo y parámetros ambientales en las propiedades dinámicas de una estructura. Adicionalmente se evalúa las dificultades de un monitoreo de salud en una estructura en proceso constructivo. En general los procedimientos de identificación permitieron establecer los parámetros de variación de la frecuencia en forma robusta, independientes de la severidad de las vibraciones producto de las actividades constructivas.

[ES] El método de los momentos ocupa un lugar especial entre los métodos teóricos dedicados al estudio de los sistemas con interacción de Coulomb entre partículas. Lo más importante y característico es el hecho de que la función de respuesta lineal del sistema está parametrizada a semejanza de una transformación lineal fraccionaria de una función de Nevanlinna (NPF, Nevanlinna Parameter Function) bajo ciertas propiedades matemáticas. La aproximación de frecuencia cero se aplica para determinar la última que permitió relacionarla con su momento, teniendo en cuenta aspectos físicos que lo justifiquen. Se muestra que esta aproximación estática NPF es consistente con el método de maximización de entropía de Shannon. El presente trabajo constituye una versión autoconsistente del método de los momentos para su aplicación a la investigación de la corrección dinámica de campo local, entre otras características dinámicas, de los sistemas clásicos fuertemente acoplados de un componente, como son los plasmas densos de Coulomb y Yukawa. El modelo es autoconsistente ya que las propiedades dinámicas se obtienen sin ninguna introducción de datos obtenidos en las simulaciones, de modo que la función dieléctrica satisface las primeras cinco reglas de suma automáticamente. Además, tanto el factor de estructura dinámico, como la dispersión y la corrección dinámica del campo local, se determinan utilizando exclusivamente el factor de estructura estático calculado a partir de la aproximación de la cadena hiper enlazada. Se muestra que se logra un buen ajuste cuantitativo con los datos de simulaciones de dinámica molecular. De igual manera, se observa poca discrepancia entre las características dinámicas del plasma calculadas a través de los factores de estructura estática, frente a los obtenidos por otros métodos de cálculo de ese factor de estructura estática, como son la aproximación de cadena hiper enlazada (HNC, Hiper-Netted Chain), la HNC modificada (MHNC, Modified Hiper-Netted Chain) y la HNC modificada variacionalmente (VMHNC, Variational Modified Hiper-Netted Chain). Esta estabilidad implica la robustez del enfoque que se presenta. Asimismo, se analizan las posibilidades de abandonar la aproximación estática NPF. / [CA] El mètode dels moments ocupa un lloc especial entre els mètodes teòrics dedicats a l'estudi dels sistemes amb interacció de Coulomb entre partícules. El més important i característic és el fet que la funció de resposta lineal del sistema està parametritzada a semblança d'una transformació lineal fraccionària d'una funció de Nevanlinna (NPF, Nevanlinna Parameter Function) sota certes propietats matemàtiques. L'aproximació de freqüència zero s'aplica per a determinar l'última que va permetre relacionar-la amb el seu moment, tenint en compte aspectes físics que ho justifiquen. Es mostra que aquesta aproximació estàtica NPF és consistent amb el mètode de maximització d'entropia de Shannon. El present treball constitueix una versió autoconsistente del mètode dels moments per a la seua aplicació a la investigació de la correcció dinàmica de camp local, entre altres característiques dinàmiques, dels sistemes clàssics fortament acoblats d'un component, com són els plasmes densos de Coulomb i Yukawa. El model és autoconsistent ja que les propietats dinàmiques s'obtenen sense cap introducció de dades obtingudes en les simulacions, de manera que la funció dielèctrica satisfà les primeres cinc regles de suma automàticament. A més, tant el factor d'estructura dinàmic, com la dispersió i la correcció dinàmica del camp local, es determinen utilitzant exclusivament el factor d'estructura estàtic calculat a partir de l'aproximació de la cadena hiper enllaçada. Es mostra que s'aconsegueix un bon ajust quantitatiu amb les dades de simulacions de dinàmica molecular. D'igual manera, s'observa poca discrepància entre les característiques dinàmiques del plasma calculades a través dels factors d'estructura estàtica, enfront dels obtinguts per altres mètodes de càlcul d'aqueix factor d'estructura estàtica, com són l'aproximació de cadena hiper enllaçada (HNC, Hiper-NettedChain), la HNC modificada (MHNC, Modified Hiper-Netted Chain) i la HNC modificada variacionalmente (VMHNC, Variational Modified Hiper-Netted Chain). Aquesta estabilitat implica la robustesa de l'enfocament que es presenta. Així mateix, s'analitzen les possibilitats d'abandonar l'aproximació estàtica NPF. / [EN] The method of moments occupies a special place among the theoretical methods dedicated to the study of systems with Coulomb interaction between particles. Its essence lies in the fact that the system linear response function is parameterized as a fractional-linear transformation of a (Nevanlinna) parameter function (NPF) with certain mathematical properties. The zero-frequency approximation is applied to determine the latter which permitted to relate it, on the basis of justified physical considerations, to the moments themselves. This NPF static approximation is shown to be consistent within the Shannon entropy maximization method. In the present work, the self-consistent version of the method of moments is applied to the investigation of the dynamic local field correction and other dynamic characteristics of classical strongly coupled one-component systems, such as dense Coulomb and Yukawa plasmas. The self-consistency of the approach means that the dynamic properties are obtained without any data input from simulations so that the dielectric function satisfies the first five sum rules automatically. Moreover, the dynamic structure factor, dispersion and the dynamic local-field correction are determined using exclusively the static structure factor calculated from the hypernetted chain approximation. A good quantitative agreement with molecular dynamics simulation data is achieved. In addition, little discrepancy is observed in the plasma dynamic characteristics calculated with the static structure factors, obtained within various methods of calculation of the static structure factor, namely, the hyper-netted chain approximation (HNC), the modified HNC (MHNC) and the variational modified HNC (VMHNC). This stability implies the robustness of the present approach. Possibilities to abandon the NPF static approximation are analyzed as well. / Dubovtsev, D. (2019). Application of the self-consistent method of moments to the investigation of dynamic and optical characteristics of plasmas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125711

Tesis por compendio / [ES] Al igual que la masa o la carga, el espín es una propiedad física fundamental que, típicamente, aparece en la descripción de los sistemas cuánticos. Más allá de sus importantes implicaciones teóricas, el creciente avance de la tecnología y el desarrollo de los dispositivos hacia escalas cada vez más pequeñas ha favorecido el surgimiento de multitud de aplicaciones que involucran al espín, entre las cuales se destaca la espintrónica; una nueva forma de electrónica en la que, además de la carga, también se explotan los grados de libertad otorgados por el espín del electrón. Por supuesto, el espín no es exclusivo de los electrones, está presente en todas las partículas elementales, y por ende, en los fotones. En este caso, y a diferencia de lo que ocurre con los electrones, existe una correspondencia clásica que relaciona el espín del fotón con los estados de polarización circular de la luz. Por lo tanto, en nano-óptica y en fotónica, los fenómenos basados en el espín se refieren, grosso modo, a aquellos que son fuertemente dependientes de la polarización circular de la luz. En este marco general, uno de los ejemplos más preponderantes se halla en la interacción espín-órbita. En su versión óptica establece que, bajo ciertas condiciones, es posible que exista una influencia mutua entre el estado de polarización (espín) y la propagación (órbita) de la luz. A pesar de su carácter ubicuo en todos los procesos ópticos básicos, sus efectos son muy débiles, y su manifestación se restringe a la nanoescala, lo cual dificulta su observación e identificación. En este mismo contexto, otro concepto heredado del formalismo cuántico que tiene análogo fotónico directo es la quiralidad óptica; una propiedad dinámica local que, de alguna manera, permite cuantificar escalarmente el espín de un campo óptico. Aparte de su controvertido significado físico y su estrecho vínculo con los sistemas plasmónicos y los metamateriales, como amplificadores de sus efectos, su principal característica fundamental es que, para los campos ópticos en el vacío, es una cantidad conservada. En esta tesis se ahonda teóricamente en los fundamentos básicos de estas características fotónicas. Específicamente, se demuestra analíticamente que la interacción espín-órbita es un fenómeno que surge natural y necesariamente en la nanoescala. Sobre esta base se expone un formalismo para extender la excitación unidireccional de campo cercano más allá de la aproximación dipolar, lo cual facilita su observación y mejora las propiedades de acoplo. Por otra parte, se analiza el concepto de la quiralidad óptica, originalmente definida en el vacío, y se generaliza a cualquier tipo de medio, incluyendo sistemas altamente dispersivos. Asimismo, se exploran diferentes configuraciones que permitan implementar las principales funcionalidades quirópticas (sensado y espectroscopía) en plataformas de fotónica integrada. Además de su potencial para aplicaciones, este estudio tiende un puente para abordar clásicamente propiedades y efectos que tradicionalmente son de tipo cuántico. / [CA] Igual que la massa o la càrrega, l'espín és una propietat física fonamental que, típicament, apareix en la descripció dels sistemes quàntics. Més enllà de les seves importants implicacions teòriques, el creixent avanç de la tecnologia i el desenvolupament dels dispositius cap a escales cada vegada més petites ha afavorit el sorgiment de multitud d'aplicacions que involucren l'espín, entre les quals es destaca l'espintrònica; una nova forma d'electrònica en què, a més de la càrrega, també s'exploten els graus de llibertat atorgats per l'espín de l'electró. Per descomptat, l'espín no és exclusiu dels electrons, és present en totes les partícules elementals, i per tant, en els fotons. En aquest cas, i a diferència del que passa amb els electrons, hi ha una correspondència clàssica que relaciona l'espín del fotó amb els estats de polarització circular de la llum. Per tant, en nano-òptica i en fotònica, els fenòmens basats en l'espín es refereixen, grosso modo, a aquells que són fortament dependents de la polarització circular de la llum. En aquest marc general, un dels exemples més preponderants es troba en la interacció espín-òrbita. En la seva versió òptica estableix que, sota certes condicions, és possible que hi hagi una influència mútua entre l'estat de polarització (espín) i la propagació (òrbita) de la llum. Malgrat el seu caràcter ubic en tots els processos òptics bàsics, els seus efectes són molt febles, i la seva manifestació es restringeix a la nanoescala, la qual cosa dificulta la seva observació i identificació. En aquest mateix context, un altre concepte heretat del formalisme quàntic que té anàleg fotònic directe és la quiralitat òptica; una propietat dinàmica local que, d'alguna manera, quantifica escalarment l'espín d'un camp òptic. A banda del seu controvertit significat físic i el seu estret vincle amb els sistemes plasmònics i els metamaterials, com amplificadors dels seus efectes, la seva principal característica fonamental és que, per als camps òptics en el buit, és una quantitat conservada. Des d'un enfocament teòric, aquesta tesi aprofundeix en els fonaments bàsics d'aquestes característiques fotòniques. Específicament, es demostra analíticament que la interacció espín-òrbita és un fenomen que sorgeix natural i necessàriament en la nanoescala. Sobre aquesta base s'exposa un formalisme per estendre l'efecte d'excitació unidireccional de camp pròxim més enllà de l'aproximació dipolar, la qual cosa facilita la seva observació i millora les propietats d'acoblo. D'altra banda, s'analitza el concepte de la quiralitat òptica, originalment definida en el buit, i es generalitza a qualsevol tipus de mitjà, incloent sistemes altament dispersius. Així mateix, s'exploren diferents configuracions que permetin implementar les principals funcionalitats quiròptiques (sensat i espectroscòpia) en plataformes de fotònica integrada. A més del seu potencial per a aplicacions, aquest estudi tendeix un pont per abordar clàssicament propietats i efectes tradicionalment quàntics. / [EN] Just like mass or charge, spin is a fundamental physical property that, typically, appears in the description of quantum systems. Beyond its important theoretical implications, the rapid advance of technology along with the relentless trend toward the development of devices at increasingly smaller scales have boosted the occurrence of a wide range of applications involving spin, among which is highlighted the spintronics; a novel form of electronics which, besides the charge, also exploits the degrees of freedom provided by the electron spin. Of course, the spin is not exclusive to electrons, but is actually present in all the elementary particles, and therefore in photons. In such a case, and unlike what happens with electrons, there exists a direct classical correspondence relating the spin of photons with the circular polarization states of light. Thus, in nano-optics and photonics, spin-dependent phenomena are broadly referred to as those that strongly rely upon the circular polarization of light. Within this general framework, one of the most preponderant examples is found in the spin-orbit interaction. In its optical version, it states that, under certain conditions, it is possible that there exists a mutual influence between the state of polarization (spin) and the propagation (orbit) of light. Despite its ubiquitous character in all basic optical processes, its effects are very weak, and its manifestation is restricted at the nanoscale, thereby hindering its observation and identification. In this same context, another concept somehow inherited from the quantum formalism with a direct photonic analogue is the optical chirality; a local dynamical property that, in a way, allows one to quantifying scalarly the spin of an optical field. Apart from its controversial physical meaning and its close relationship with plasmonic systems and metamaterials, often regarded as chiral enhancers, its main feature is that, for optical fields in the vacuum, it is a conserved quantity. From a theoretical standpoint, this thesis delves into the basics of these photonic traits. Specifically, it is analytically demonstrated that the spin-orbit interaction is indeed a phenomenon that naturally and necessarily emerges at the nanoscale. Building on this, it is addressed a formalism to extend the effect of near-field unidirectional excitation beyond the dipolar approximation, thus facilitating its observation and improving the coupling performance. On the other side, the optical chirality, originally put forward for electromagnetic fields in vacuum, is thoroughly analyzed and generalized to any arbitrary medium, including highly dispersive systems. Furthermore, different configurations for implementing the main chiroptical functionalities (sensing and spectroscopy) in integrated photonic platforms are explored. Besides its potential for applications, this study lays a bridge to classically approach features and effects which are traditionally quantum-like. / This work was supported by fundings from Ministerio de Economía y Competitividad of Spain (MINECO) under Contract No.TEC2014-51902-C2-1-R. and by ERC Starting Grant No. ERC-2016-STG-714151-PSINFONI. This work was also partially supported by funding from the European Commission Project THOR H2020-EU-829067. / Vázquez Lozano, JE. (2021). Spin-Dependent Optical Phenomena: Fundamentals and Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/166775 / Compendio