[EN] Prestressed hollow core slabs are precast concrete elements used for floors when large span and high load level are required, due to their high ratio between height and available span. Hollow core slabs are manufactured in industrial facilities, therefore finding optimal geometries and reinforcement configurations are feasible thanks to their repeatable production process. Few research works have been focused on geometry and reinforcement optimization for hollow core slabs, and no one was related to their optimization under fire conditions. Based on what was observed in the state of the art of this research, this paper applies the theory called simulated annealing optimization (Simulated Annealing, SA). This theory tries to minimize an objective function based on a cost structure. This heuristic technique was chosen to reach the aim of the work using the maximum number of variables to define the cross-section and the reinforcement configuration. All the Spanish standards requirements were cheeked. The experimental plan is based on finding optimal geometries of hollow core slabs considering requirements in the fire situation for 30, 60, 90 and 120 minutes of fire resistant ratio, compared with more representative commercial manufacturer series. The study was carried out using 2.0 kN / m2 of dead load and 5.0 kN / m2 of live load. To achieve the objective, the SA algorithm was calibrated, establishing a movement of 6 variables with an initial temperature calculated for an initial acceptance of 60%. A Markov chain length of 1000 was established, with a stop condition that freezes the algorithm when the last Markov chain obtain an accepted solution ratio lower than 0.8%. The cooling schedule fixed was a temperature decrease of 0.95% from the previous temperature step. A sensibility analysis was performed, studying the influence on the solution of the concrete price fluctuations, the strength of the materials used, as well as the layout and number of hollows. Hollows geometry was also varied depends on the manufacturing technology employed. As a result, hollow core slab designs which fulfill with all standard requirements, at room temperature and in the fire situation, were obtained. These new designs can reach an economic reduction cost from 7.21 % to 21.45 %. / [ES] Las placas alveolares pretensadas son elementos prefabricados de hormigón armado pretensado, que se utilizan como elemento resistentes en forjados unidireccionales, cuando se requiere cubrir grandes luces y con un nivel de carga elevado, ya que la relación canto del elemento con respecto a la luz cubierta es muy alto. Las placas alveolares son productos industrializados para edificación, por tanto, su materialización se realiza en instalaciones industriales, lo que hace que la búsqueda de geometrías y armados óptimos, para la misma, sea factible dada la repetitividad en la producción. Son pocos los trabajos de investigación que se han encaminado hacia la búsqueda de la optimización geométrica y del armado de las placas alveolares, y ninguna hacia la optimización de placas alveolares en situación accidental de incendio. A partir de lo observado en el estado del arte de la investigación, este trabajo aplicará la teoría de optimización denominada cristalización simulada (Simulated Annealling SA), con ella se buscará minimizar una función objetivo, basada en una estructura de costes. Esta técnica heurística se ha elegido para plantear el problema con el mayor número posible de variables, definiendo la geometría de la sección transversal y el armado, realizándose las comprobaciones que establece la norma española. El plan experimental se basa en la búsqueda de geometrías de placa alveolar óptimas teniendo en cuenta los requerimientos en situación accidental de incendio a 30, 60, 90 y 120 minutos, con relación a la serie de placas de un fabricante, tomado como referencia sus tipos de la serie de placas de canto 25 cm más representativos Para alcanzar este objetivo, se ha calibrado el algoritmo SA, estableciendo un movimiento de 6 variables, con una temperatura inicial calculada para una aceptación inicial del 60%, se ha establecido una longitud de cadena de Markov de 1000, con un criterio de parada que congela el algoritmo cuando la última cadena de Markov pase de un porcentaje de soluciones aceptadas inferior al 0.8%, marcando un patrón de enfriamiento del 0,95% respecto a la temperatura anterior. Se ha realizado un estudio de la sensibilidad de la solución en función de la variación del precio del hormigón, así como con la variación de la resistencia característica del material de la placa, disposición y tipo de armado y del número de alveolos. También se ha variado la geometría de los alveolos teniendo en cuenta la tecnología de fabricación a emplear. Como resultado se han obtenido geometrías de placa que cumplen todos los requerimientos normativos en situación permanente y transitoria, así como en situación accidental de incendio, con unas reducciones de coste medio económico en el caso menor del 7.21 %, hasta un máximo del 21.45%. / [CAT] Les lloses alveolars pretensades son elements prefabricats de formigó armat pretensat, que s'utilitzen com element resistents en forjats unidireccionals, quan se requereix cobrir grans llums i en un nivell de carrega elevada, ja que la relació cant de l'element en respecte a la llum coberta es molt alt. Les plaques alveolars son productes industrialitzats per a edificació, per tant, la seua materialització se realitza en instal¿lacions industrials, lo que fa que la busca de geometries i armats òptims, per a la mateixa, siga factible doneu la repetibilitat en la producció. Son pocs els treballs d'investigació que s'han encaminat cap a la busca de l'optimització geomètrica i de l'armat de les plaques alveolars, i ninguna cap a l' optimització de plaques alveolars en situació accidental d'incendi. A partir de lo observat en l'estat de l'art de la investigació, este treball aplicarà la teoria d' optimització denominada cristal¿lització simulada (Simulated Annealling SA), en ella se buscarà minimitzar una funció objectiva, basada en una estructura de costs. Esta tècnica heurística s'ha elegit per a plantejar el problema en el major numero possible de variables, definint la geometria de la secció transversal i l'armat, realitzant-se les comprovacions que estableix la norma espanyola. El pla experimental se basa en la busca de geometries de placa alveolar optimes tenint en conte els requeriments en situació accidental d'incendi a 30, 60, 90 i 120 minuts, en relació a la sèrie de plaques d'un fabricant, pres com referencia els seus tipos de la sèrie de plaques de cant 25 cm mes representatius. L'estudi se realitza per a una carrega morta de 2.0 kN/m2 i una sobrecarrega d'us de 5.0 kN/m2. Per a obtindré este objectiu, s'ha calibrat l'algoritme SA, establint un moviment de 6 variables, en una temperatura inicial calculada per a una acceptació inicial del 60%, s'ha establert una longitud de cadena de Markov de 1000, en un criteri de parada que congela l'algoritme quan l'ultima cadena de Markov passa de un percentatge de solucions acceptades inferior al 0.8%, marcant un patró de refredat del 0,95% respecte a la temperatura anterior. S'ha realitzat un estudi de la sensibilitat de la solució en funció de la variació del preu del formigó, aixina com en la variació de la resistència característica del material de la placa, disposició i tipo d'armat i del numero d'encaixos. També s'ha variat la geometria dels encaixos tenint en conte la tecnologia de fabricació a amprar. Com resultat s'han obtingut geometries de placa que compleixen tots els requeriments normatius en situació permanent i transitòria, aixina com en situació accidental d'incendi, en unes reduccions de cost mig econòmic en el cas menor del 7.21 %, fins un màxim del 21.45%. / Saura Arnau, H. (2015). OPTIMIZACIÓN DE LOSAS ALVEOLARES PRETENSADAS EN SITUACIÓN ACCIDENTAL DE INCENDIO [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/57954 / TESIS

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / El presente estudio tiene como objetivo principal la determinación de la velocidad de carbonización unidireccional de madera aserrada de Pino Radiata, Pino Oregón, Roble y Madera Lamina Encolada de Pino Radiata, mediante un programa experimental con probetas ensayadas de acuerdo a protocolos reconocidos internacionalmente en el horno de escala reducida incorporado recientemente al laboratorio de incendios del IDIEM. Esta propiedad constituye un parámetro relevante en el desarrollo de métodos analíticos para la estimación de la resistencia al fuego de elementos y componentes en construcciones de madera. La velocidad de carbonización de las distintas especies madereras se determina por medio de dos métodos. El primero considera la instalación de sensores dispuestos a profundidades conocidas con respecto a la superficie de la probeta que se expone al fuego, que permiten medir el avance del frente carbonizado a través de la intensidad de las temperaturas registradas y la posterior aplicación de regresiones lineales. El segundo, denominado método del ancho residual, consiste en remover la capa de carbón, posterior al apagado de la probeta y medir el ancho no carbonizado comparándolo con la dimensión original. Para la medición de la velocidad de carbonización unidireccional el efecto de la exposición al fuego se aplica solo sobre una cara de la probeta, a diferencia de los estudios realizados anteriormente en Chile que consideraron exposiciones al fuego en la totalidad de las superficies de las probetas. Como actividades complementarias cabe consignar la realización de ensayos preliminares de calibración de la cámara de combustión, su instrumentalización y la medición de la densidad y el contenido de humedad de la totalidad de las muestras ensayadas para analizar el efecto que estas propiedades pudieran ejercer sobre la velocidad de carbonización. Los resultados obtenidos permiten validar, con excepción de la madera laminada encolada de Pino Radiata, la aplicación de las velocidades de carbonización especificadas en la norma europea para el diseño de construcciones de madera, EN 1995-1-2, que constituye el principal documento referencial para la redacción de la correspondiente norma en el ámbito nacional, labor que en la actualidad se desarrolla por parte del IDIEM.

[EN] Composite steel-concrete beams embedded in the slab (slim-floor) are being increasingly used worldwide in new residential industrial and commercial building projects, as well as in unique infrastructures. However, the current standard design codes applicable in Europe, present several shortcomings. One of the most significant limitations is related to the calculation under fire exposure, where there is a lack of clear design guidance. In addition, many high-performance steels are beginning to be commercialized internationally. The use of these steels, in combination with the use of lightweight concrete with lower thermal conductivity, may significantly increase the fire resistance of this type of beams without the need of using an external protection, hence reducing the carbon footprint at the same time. This thesis suggests the use of a particular section typology (HEB + welded bottom plate) that improves the safety of the current composite beam systems, allowing for different types of steels to be arranged in the section. Plain carbon steels (S275 or S355) can be used for the main profile, while the high-performance steels (HSS or SS) would be employed only on the lower part of the beam. This will allow to balance out the problem of loss of resistance that these beams present when exposed to elevated temperatures, while reducing their cost. To this aim, a first experimental campaign is developed through eight tests, where the distribution of temperatures is analyzed in detail, as the composite beams are being subjected to the action of fire. Subsequently, an innovative solution, originated during the study of the results of this first group of experiments, is produced. This innovation is based on the insertion of an insulating material in the gap generated between the steel profile and the bottom plate (patent P201930438). To prove its novelty, a second and more reduced experimental campaign was developed. It can be concluded that some of the composite beams configured in this thesis are more sustainable, innovative, and provide competitive solutions for residential, industrial or commercial buildings. The use of new materials in embedded steel profiles is proposed in this thesis, as an alternative to the use of classical fire protection solutions (intumescent coatings or sprayed mortars), providing a solution with a better external finish and without the need for maintenance during its service life, which results in the reduction of the associated environmental impact. / [ES] Las vigas mixtas de acero y hormigón embebidas en el forjado, slim-floor, están siendo cada vez más utilizadas a nivel internacional en las nuevas propuestas de edificación tanto residencial, industrial o comercial, así como en infraestructuras singulares. Sin embargo, los códigos de diseño actuales aplicables en Europa, presentan algunas carencias. Una de las más importantes es respecto a su diseño para resistencia al fuego, para el que no existe una guía clara. Por otra parte, algunos aceros especiales, como los aceros inoxidables (SS) o de alta resistencia (HSS), están empezando a comercializarse a nivel internacional. El empleo de estos aceros, en combinación con la utilización de hormigones ligeros de menor difusividad térmica, puede llegar a incrementar significativamente la resistencia frente al fuego de este tipo de vigas sin necesidad de utilizar una protección externa, reduciendo así, a la vez, la huella de carbono. En esta tesis se sugiere la utilización de una tipología particular de sección (HEB + chapa inferior soldada) que mejora la seguridad de los sistemas de viga mixta actuales, permitiendo disponer diferentes tipos de aceros en la sección. Pueden utilizarse aceros normales (S275 o S355) en el perfil principal, mientras que los aceros de altas prestaciones se dispondrían preferentemente en la parte inferior de la sección. Esto permitiría contrarrestar los problemas de pérdida de resistencia frente a altas temperaturas que presentan estas vigas, reduciendo a la vez su coste. Para ello, se desarrolla una campaña de experimentos con ocho ensayos, donde se analiza en detalle la distribución de temperaturas cuando se somete a las vigas mixtas a la acción del fuego. Posteriormente, se presenta una solución innovadora originada durante el estudio de los resultados de los primeros experimentos, que consiste en la interposición de un material de aislamiento térmico en el hueco generado entre el perfil de acero y la chapa inferior (patente P201930438). Para demostrar su novedad, se desarrolla una segunda campaña de ensayos, más reducida. Se puede concluir que las vigas mixtas que se plantean en la presente tesis son soluciones sostenibles, innovadoras y competitivas para edificación residencial, industrial o comercial. El uso de perfiles de acero embebidos propuesto en esta tesis se plantea como una alternativa frente al empleo de soluciones clásicas de protección pasiva (pinturas intumescentes o morteros de proyección), proporcionando una solución con un mejor acabado externo y sin necesidad de mantenimiento durante su vida en servicio, lo cual redunda en la reducción del impacto ambiental asociado. / [CAT] Les bigues mixtes acer-formigó embegudes en el forjat, slim-floor, són cada vegada més utilitzades a nivell internacional en les noves propostes d'edificació tant residencial, industrial, comercial, com d'infraestructures singulars. No obstant això, els codis de disseny actuals aplicables a Europa, presenten diverses manques. Una de les més importants és respecte al dimensionament enfront el foc, on no existeix una guia de disseny clara D'altra banda, la utilització d'acers especials, com els acers inoxidables (SS) o d'alta resistència (HSS) estan començant a comercialitzar-se a nivell internacional. L'ús d'aquests acers en combinació amb la utilització de formigons lleugers de menor conductivitat, pot arribar a incrementar significativament la resistència al foc d'aquest tipus de bigues sense la necessitat d'utilitzar protecció externa, reduint alhora la petjada de carboni. En aquesta tesi es proposa la utilització d'una tipologia de secció mixta (HEB + xapa inferior soldada) que millora la seguretat dels sistemes actuals, permetent disposar diferents tipus d'acers en la secció, els acers comuns (S275 o S355) en el perfil principal i els acers especials només en la part inferior. Això permetria contrarestar els problemes de pèrdua de resistència enfront d'altes temperatures que presenten aquestes bigues reduint alhora el seu cost. Per a això es desenvolupa una campanya experimental amb huit assajos on s'analitza detalladament la distribució de temperatures sota l'acció del foc. Posteriorment, es presenta una solució innovadora originada durant l'estudi dels resultats de la primera campanya experimental i que consisteix en la interposició d'un material protector en el buit generat entre el perfil i la xapa d'acer (patent P201930438). Per a demostrar la seua novetat, es desenvolupa una segona campanya experimental més reduïda. Es pot concloure que, les bigues mixtes que es plantegen en el present projecte són solucions sostenibles, innovadores i competitives per a edificació residencial, industrial o comercial. L'ús de perfils d'acer embeguts proposat en aquesta tesi es planteja com una alternativa enfront de l'ús de solucions clàssiques (pintures intumescents o morters de projecció), proporcionant una solució amb un millor acabat extern i sense necessitat de manteniment durant la seua vida en servei, la qual cosa redunda en la reducció de l'impacte ambiental associat. / Serra Mercé, E. (2021). Análisis experimental del comportamiento frente a altas temperaturas de vigas planas mixtas de acero-hormigón con materiales avanzados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/176062 / TESIS

En los últimos tiempos, el empleo de perfiles tubulares de acero rellenos de hormigón ha experimentado un notable incremento debido a su buen comportamiento, por una parte, estructural, al combinar el efecto del hormigón y del acero trabajando conjuntamente, y por otra, en situación de incendio, al presentar unos elevados tiempos de resistencia al fuego sin necesidad de protección externa. Una extensa revisión del estado actual del conocimiento ha permitido constatar que, si bien el comportamiento frente al fuego de estos perfiles tubulares de acero rellenos de hormigón ha sido investigado en profundidad en las últimas décadas, el número de investigaciones experimentales específicamente diseñadas para evaluar la resistencia al fuego de pilares tubulares circulares de acero esbeltos rellenos de hormigón de alta resistencia sometidos a cargas excéntricas es escaso. Este trabajo de investigación analiza una campaña experimental consistente en el desarrollo de 40 ensayos de resistencia al fuego sobre pilares tubulares circulares de acero esbeltos rellenos de hormigón, tanto de resistencia normal como de alta resistencia, y sometidos a la acción de cargas centradas y excéntricas, con el fin de analizar la influencia de estas variables. Así, los parámetros de diseño de este programa experimental son el valor nominal de la resistencia a compresión del hormigón (30 y 90 MPa), el tipo de hormigón de relleno (en masa, reforzado con armaduras de acero y reforzado con fibras de acero), el nivel de carga (20 y 40%) y la excentricidad de la carga (0, 20 y 50 mm). Todos los pilares ensayados tienen una longitud total de 3180 mm y un diámetro exterior de 159 mm, siendo el espesor de la pared del tubo de acero de 6 mm. Como condiciones de contorno se considera empotrado el extremo inferior de cada pilar y articulado el superior, siendo el valor de la esbeltez relativa a temperatura ambiente de los pilares superior a 0,5 en todos los casos analizados. Finalmente, los resultados obtenidos en los ensayos experimentales se comparan con las previsiones de diferentes métodos de cálculo simplificado propuestos por la normativa vigente a nivel internacional con el fin de validar la precisión de estos métodos, confirmando que el Eurocódigo 4 proporciona predicciones inseguras para pilares circulares esbeltos CFT sometidos a cargas centradas y excesivamente conservadoras cuando la carga es excéntrica. / Moliner Besalduch, V. (2014). Análisis experimental de la resistencia al fuego de pilares tubulares circulares de acero esbeltos rellenos de hormigón [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/35327 / Alfresco

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 / TESIS / Compendio