[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%. / [CA] 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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/57954

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

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

[ES] El hormigón es un material excelente para usar en proyectos estructurales por varias razones, siendo una de ellas su buen comportamiento en caso de incendio, debido a su incombustibilidad y baja difusividad térmica. Pero, aunque el hormigón tenga un muy buen desempeño frente a un incendio, no lo hace inmune al calor, ya que sus propiedades se ven reducidas como cualquier otro material incombustible frente al fuego, solo que, a un ritmo mucho menor en comparación, por ejemplo, con el acero estructural. Por lo tanto, los elementos estructurales de hormigón armado (HA) también deben diseñarse para cumplir determinados criterios de seguridad en una situación de incendio, siendo estos fijados generalmente por las normativas de cada país o región en particular. Esta tesis doctoral se enfoca en la evaluación de la resistencia al fuego de elementos estructurales de HA aislados. Específicamente se estudian las columnas de HA sometidas a cargas axiales con doble excentricidad y expuestas a una curva normalizada tiempo - temperatura (modelo de incendio nominal). Para ello, se han confeccionado dos modelos de cálculo: un modelo de cálculo avanzado en base a un modelo numérico de fibras (MF) y un modelo de cálculo simplificado (MS). El MF consta de un acoplamiento de dos modelos, un modelo de diferencias finitas para el análisis térmico seccional y un modelo numérico de fibras para el cálculo mecánico seccional. El MF desarrollado se ha basado en las propiedades de los materiales a altas temperaturas estipuladas en las normativas española y europea, y se ha validado con resultados de ensayos experimentales y numéricos disponibles en la bibliografía. En cuanto al MS, este se ha elaborado en base a un estudio paramétrico realizado con el MF, con el cual se construyó una batería de 835200 casos en los que se han considerado variables tales como las dimensiones de la sección transversal, la resistencia a compresión del hormigón, el recubrimiento de hormigón de las armaduras, la disposición de la armadura, el tiempo de exposición al fuego, los niveles de carga axial y los ángulos de rotación del eje neutro. Esta propuesta de MS se basó en la definición analítica de la superficie de falla, tomando como referencia las curvas de generatriz y directriz, método aplicado inicialmente a temperatura ambiente por Bonet et al. (2004). Así también, aplicando el MF se realizó un segundo estudio paramétrico con el fin de evaluar la influencia del spalling de esquina (324 secciones de HA) y del spalling de superficie (162 secciones de HA) sobre la capacidad resistente de secciones de HA. Este estudio paramétrico ha permitido correlacionar la pérdida de resistencia mecánica de secciones de HA debida al spalling, con la pérdida de resistencia mecánica derivada de exponer la sección un tiempo adicional al fuego. Además, se han propuesto expresiones analíticas que permiten determinar el tiempo adicional de exposición al fuego, necesarias para diseñar secciones de HA con mayor sencillez y seguridad. / [CA] El formigó és un material excel·lent per a usar en projectes estructurals per diverses raons, sent una d'elles el seu bon comportament en cas d'incendi, a causa de la seua incombustibilitat i baixa difusivitat tèrmica. Però, encara que el formigó tinga un molt bon acompliment enfront d'un incendi, no el fa immune a la calor, ja que les seues propietats es veuen reduïdes com qualsevol altre material incombustible enfront del foc, només que, a un ritme molt de menor en comparació, per exemple, amb l'acer estructural. Per tant, els elements estructurals de formigó armat (FA) també han de dissenyar-se per a complir determinats criteris de seguretat en una situació d'incendi, sent aquests fixats generalment per les normatives de cada país o regió en particular. Aquesta tesi doctoral s'enfoca en l'avaluació de la resistència al foc d'elements estructurals de FA aïllats. Específicament s'estudien les columnes de FA sotmeses a càrregues axials amb doble excentricitat i exposades a una corba normalitzada temps - temperatura (model d'incendi nominal). Per a això, s'han confeccionat dos models de càlcul: un model de càlcul avançat sobre la base d'un model numèric de fibres (MF) i un model de càlcul simplificat (MS). El MF consta d'un acoblament de dos models, un model de diferències finites per a l'anàlisi tèrmica de la secció i un model numèric de fibres per al càlcul mecànic de la secció. El MF desenvolupat s'ha basat en les propietats dels materials a altes temperatures estipulades en les normatives espanyola i europea, i s'ha validat amb resultats d'assajos experimentals i numèrics disponibles en la bibliografia. Quant al MS, aquest s'ha elaborat sobre la base d'un estudi paramètric realitzat amb el MF, amb el qual es va construir una bateria de 835200 casos en els quals s'han considerat variables com ara les dimensions de la secció transversal, la resistència a compressió del formigó, el recobriment de formigó de les armadures, la disposició de l'armadura, el temps d'exposició al foc, els nivells de càrrega axial i els angles de rotació de l'eix neutre. Aquesta proposta de MS es va basar en la definició analítica de la superfície de falla, prenent com a referència les corbes de generatriu i directriu, mètode aplicat inicialment a temperatura ambient per Bonet et al. (2004). Així també, aplicant el MF es va realitzar un segon estudi paramètric amb la finalitat d'avaluar la influència del spalling de cantonada (324 seccions de FA) i del spalling de superfície (162 seccions de FA) sobre la capacitat resistent de seccions de FA. Aquest estudi paramètric ha permés correlacionar la pèrdua de resistència mecànica de seccions de FA deguda al spalling, amb la pèrdua de resistència mecànica derivada d'exposar la secció un temps addicional al foc. A més, s'han proposat expressions analítiques que permeten determinar el temps addicional d'exposició al foc, necessàries per a dissenyar seccions de FA amb major senzillesa i seguretat. / [EN] Concrete is an excellent material to use in structural projects for several reasons, one of them being its exceptional fire behavior, due to its incombustibility and low thermal diffusivity. But, although concrete has particularly superior performance against fire, it does not make it immune to heat, as its properties are reduced like any other non-combustible material in a fire, but a slower rate when compared to, for example, structural steel. Therefore, structural elements composed of reinforced concrete (RC) must also be designed to meet certain safety criteria in a fire, criteria that are generally set by the codes of each country or region. This PhD thesis focuses on the evaluation of the fire resistance of reinforced concrete isolated structural elements. Specifically, RC columns subjected to axial loads with double eccentricity and exposed to a standard fire curve (nominal fire model) are studied. For this purpose, two calculation models have been developed: an advanced calculation model based on a numerical fiber model (FM) and a simplified calculation model (SM). The FM consists of coupling two models, a finite difference model for sectional thermal analysis, and a numerical fiber model for the sectional mechanical calculation. The FM developed has been based on the properties of materials at elevated temperatures stipulated in the Spanish and European codes and has been validated with the results of experimental and numerical tests available in the literature. The SM here presented has been developed based on a parametric study carried out with the FM, in total 835200 cases, in which variables such as cross - sectional dimensions, concrete compressive strength, concrete cover, reinforcement ratio, reinforcement arrangement ratio, fire exposure time, axial load levels and rotation angles of the neutral axis have been considered. This SM proposal is based on the analytical definition of the failure surface taking as reference the generatrix and directrix curves, a method initially applied at room temperature by Bonet et al. (2004). Similarly, applying the FM, a second parametric study was carried out to evaluate the influence of corner spalling (324 RC sections) and surface spalling (162 RC sections) on the resistant capacity of RC sections. This parametric study has allowed correlating the loss of mechanical strength of RC sections due to the occurrence of spalling with the loss of mechanical strength derived from exposing the section to fire for an additional time. In addition, analytical expressions have been proposed to determine the additional time of exposure to fire, necessary to design RC sections with greater simplicity and safety. / Agradecer los fondos recibidos por el Chilean Doctoral Fellowship Programme: CONICYT PFCHA/DOCTORADO BECAS CHILE/2018– 72190104, los cuales han financiado mis estudios doctorales. / Peña Mansilla, DL. (2023). Desarrollo de un modelo semiempírico para el dimensionado de pilares rectangulares de hormigón armado en situación accidental de incendio [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192064

[ES] Los pilares tubulares de acero rellenos de hormigón (CFST) son un tipo de elementos estructurales mixtos que han ganado popularidad recientemente debido a su excelente comportamiento estructural y al uso racional de los materiales en su fabricación. Con la introducción de un perfil de acero dentro de una sección CFST, surge un nuevo tipo de sección mixta: los pilares tubulares de acero rellenos de hormigón con perfil de acero interior (SR-CFST), en los cuáles se centra esta tesis. Esta tipología incrementa la capacidad portante a temperatura ambiente de los pilares CFST y mejora su comportamiento a fuego, ya que el perfil interior está protegido térmicamente por el hormigón que lo rodea. Las investigaciones disponibles en la bibliografía sobre pilares SR-CFST aún son escasas, pese a sus significativas capacidades mecánicas tanto a temperatura ambiente como a elevada. En esta tesis se revisa el estado del arte sobre pilares SR-CFST, llegando a la conclusión de que son necesarias más investigaciones para comprender el comportamiento de estas secciones a temperatura elevada. La presente tesis analizará el comportamiento frente al fuego de pilares SR-CFST mediante ensayos experimentales y simulaciones numéricas. Inicialmente, se lleva a cabo una campaña experimental para analizar el comportamiento de los pilares bajo dos escenarios: una primera fase que estudia el comportamiento de los pilares tras su exposición al fuego, y una segunda en la que se analizará el comportamiento termo-mecánico de pilares cortos SR-CFST bajo carga constante e incremento progresivo de la temperatura. Tras ello, se desarrolla un modelo de elementos finitos para extender los resultados obtenidos experimentalmente y estudiar en profundidad el comportamiento de los pilares SR-CFST en fuego. El modelo numérico se valida con los ensayos termo-mecánicos realizados anteriormente, así como comparando sus predicciones con los resultados experimentales extraídos de la bibliografía. Con el modelo desarrollado se realizan una serie de estudios paramétricos para examinar la influencia de los parámetros geométricos más relevantes, así como para analizar el efecto del uso de materiales de alta resistencia en el comportamiento a fuego de los pilares. En base a los resultados obtenidos de los estudios paramétricos, se lleva a cabo una propuesta para determinar de forma sencilla la distribución de temperaturas seccional en un tiempo de exposición al fuego dado. Empleando las temperaturas equivalentes obtenidas y en línea con las directrices del Eurocódigo 4 Parte 1.2, se propone una nueva expresión para evaluar la resistencia plástica seccional de los pilares SR-CFST bajo la acción del fuego. Esta propuesta cubre un campo de aplicación que actualmente no está contemplado en la normativa europea. / [CA] Els pilars tubulars d'acer plens de formigó (CFST) són un tipus de membres estructurals mixtes que han guanyat popularitat recentment degut al seu excel·lent comportament estructural y a l'ús moderat de materials en la seua construcció. Amb la introducció d'un perfil d'acer dins d'una secció CFST, s'obté un nou tipus de secció mixta: els pilars tubulars d'acer plens de formigó amb perfil d'acer interior (SR-CFST), al voltant dels quals se centra esta tesi. Esta tipologia incrementa la capacitat a temperatura ambient dels pilars CFST i millora el seu comportament a foc, ja que el perfil interior està protegit tèrmicament pel formigó que l'envolta. Les investigacions disponibles a la bibliografia sobre pilars SR-CFST encara són escasses, malgrat les seues significatives capacitats mecàniques tant a temperatura ambient com a elevada. En esta tesi es revisa l'estat de l'art sobre pilars SR-CFST, concloent que són necessàries més investigacions per tal de comprendre el comportament d'estes seccions a alta temperatura. En la present tesi s'analitzarà el comportament a foc dels pilars SR-CFST per mitjà d'assajos experimentals i simulacions numèriques. Inicialment es desenvolupa una campanya experimental per tal d'analitzar el comportament dels pilars en dos situacions: una primesa fase estudia el comportament dels pilars després de la seua exposició al foc i una segona en què s'analitza el comportament termo-mecànic de pilars curts SR-CFST subjectes a una càrrega constant i a un increment progressiu de la temperatura. Seguidament es desenvolupa un model d'elements finits realista per tal d'estendre els resultats obtinguts experimentalment i estudiar en profunditat el comportament dels pilars SR-CFST en foc. El model numèric es valida amb els assajos termo-mecànics realitzats anteriorment, així com comparant les seues prediccions amb els resultats disponibles a la bibliografia. Amb ajuda del model desenvolupat es realitzen una sèrie d'estudis paramètrics per tal d'examinar la influència dels paràmetres geomètrics més rellevants així com l'efecte de l'ús de materials d'alta resistència en el comportament a foc dels pilars. Basat en els resultats obtinguts dels estudis paramètrics, es desenvolupa una proposta per determinar, de forma senzilla, la distribució de temperatures seccional en un temps d'exposició al foc concret. Amb les temperatures equivalents obtingudes i en línia en les indicacions de l'Eurocódi 4 Part 1.2, es proposa un nou mètode per avaluar la resistència plàstica seccional de pilars SR-CFST baix l'acció del foc. Esta proposta cobreix un camp d'aplicació que actualment no està contemplat en la normativa europea. / [EN] Concrete-filled steel tubular (CFST) columns are a type of composite structural members that have gained popularity in recent years owing to their excellent structural performance and rational use of the materials. By embedding a steel profile inside a CFST section, a new and innovative type of composite section is generated: the so-called steel-reinforced concrete-filled steel tubular (SR-CFST) column, which is the focus of this thesis. This typology improves the room temperature capacity of CFST columns, while enhancing their fire performance, as the inner steel profile is thermally protected by the surrounding concrete. Despite their remarkable load-bearing capacity at both room and elevated temperature, investigations on SR-CFST columns under fire are still scarce. The state of the art on the fire behaviour of SR-CFST columns is reviewed in this thesis, proving that further research is needed to completely understand the performance of this type of columns under elevated temperature. The fire performance of SR-CFST columns is analysed in this thesis by means of experimental tests and numerical simulations. First, an experimental investigation is conducted to study the behaviour of these composite columns under two scenarios: the first phase of the experimental campaign is focused on the post-fire performance, while the second phase is conducted to determine the thermo-mechanical performance of SR-CFST stub columns under constant load and increasing temperature. Subsequently, a realistic finite element model is developed to extend the experimental results and analyse in depth the behaviour of SR-CFST columns in fire. The numerical model is validated against the previously performed thermo-mechanical tests, as well as by comparing its predictions with the available experimental results from the literature. A series of parametric studies are conducted to analyse the influence of the relevant geometrical parameters and to study the effect of the use of high-strength materials on the fire performance of the columns. Based on the results of the parametric studies, a simplified proposal is developed to easily determine the cross-sectional temperature distribution at a given fire exposure time. Using the obtained equivalent temperatures and in line with the current provisions in Eurocode 4 Part 1.2, a new design equation is proposed to evaluate the cross-sectional plastic resistance of SR-CFST columns under fire conditions, filling an existing gap in the European design code. / The authors would like to express their sincere gratitude for the help provided through the Grant PID2019-105908RB-I00 and for the first author’s pre-doctoral contract through the Grant PRE2020-093106 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and by ‘‘ESF Investing in your future’’. Finally, the authors would like to acknowledge the funding for open access charge from CRUE-Universitat Politècnica de València. / Medall Martos, D. (2024). Numerical and experimental research on the fire resistance of composite columns with steel sections embedded in concrete and high strength materials [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207130

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

[ES] Los edificios históricos tienen un gran valor arquitectónico y cultural y son un bien muy preciado de nuestra civilización. Por ello, no es de extrañar que se hagan grandes esfuerzos para conservarlos. Sin embargo, a pesar de los avances en la investigación, el fuego sigue siendo una amenaza importante para lograr la conservación del patrimonio construido. Además, los códigos de incendios actuales no suelen proporcionar directrices o métodos específicos que tengan en cuenta las características únicas de los edificios históricos. En consecuencia, conseguir que estos edificios cumplan la normativa de seguridad contra incendios evitando al mismo tiempo la pérdida de patrimonio supone un gran reto. En este contexto, la presente tesis doctoral se centra en el análisis de la resistencia frente al fuego de los forjados de viguetas de madera y revoltones de ladrillos, que pueden encontrarse en muchos edificios históricos de todo el mundo, utilizando enfoques deterministas y probabilistas basados en el rendimiento. Además, la tesis propone modelos probabilísticos para caracterizar las propiedades físicas y mecánicas de la madera contemporánea e histórica a temperatura ambiente y a temperaturas elevadas, que se adoptan en dichos enfoques probabilistas. Debido a la singular geometría y configuración estructural de estos forjados históricos, los métodos establecidos por los códigos de incendios actuales para verificar su resistencia frente al fuego no son aplicables. Por ello, se propone una nueva metodología basada en el "Método de la sección reducida" de la actual EN 1995-1-2. A continuación, la metodología se aplica a un amplio número de forjados que abarcan diferentes luces, resistencias a flexión de la madera y exposiciones al fuego para evaluar la influencia de estos parámetros en la resistencia frente al fuego. Posteriormente, debido al considerable número de parámetros de entrada con una alta incertidumbre que influyen en la resistencia frente al fuego de los forjados de viguetas de madera y revoltones de ladrillos, se adopta un enfoque probabilístico. El análisis asume diferentes secciones transversales y luces para los forjados históricos, así como múltiples geometrías del sector de incendio. Además, considera la incertidumbre de las cargas permanentes y variables aplicadas, así como de las propiedades físicas y mecánicas de la madera a temperatura ambiente y a altas temperaturas. De este modo, en base a un gran número de simulaciones numéricas, se desarrollan curvas de fragilidad y se obtienen los índices de fiabilidad de los forjados históricos frente al fuego. Los resultados muestran que, aunque los enfoques probabilísticos pueden ayudar a preservar un número significativamente mayor de forjados históricos de viguetas de madera y revoltones de ladrillos, muchos de ellos pueden no cumplir los requisitos de resistencia frente al fuego establecidos por los códigos actuales, lo que es motivo de preocupación. Por lo tanto, llevar a cabo estos análisis resulta esencial para garantizar su resistencia frente al fuego y tomar medidas en caso necesario. En definitiva, esta tesis doctoral pretende promover la conservación racional de las estructuras históricas de madera y, en consecuencia, del patrimonio construido. Además, se prevé que los modelos deterministas y probabilistas propuestos también permitan el diseño de estructuras de madera más fiables y eficientes. Así, fomentando la rehabilitación frente a la demolición y la nueva construcción e incentivando el uso de la madera en nuevas estructuras, se puede contribuir también a la mejora de la sostenibilidad del sector de la construcción. Por último, se espera que esta tesis sirva para concienciar sobre la alta vulnerabilidad de los edificios históricos frente al fuego y, en última instancia, para fomentar futuras investigaciones encaminadas a la búsqueda de soluciones que permitan cumplir los requisitos de seguridad contra incendios sin comprometer el patrimonio existente. / [CA] Els edificis històrics tenen un gran valor arquitectònic i cultural i són un bé molt preuat de la nostra civilització. Per això, no és d'estranyar que es facen grans esforços per a conservar-los. No obstant això, malgrat els avanços en la investigació, el foc continua sent una amenaça important per a aconseguir la conservació del patrimoni construït. A més, els codis d'incendis actuals no solen proporcionar directrius o mètodes específics que tinguen en compte les característiques úniques dels edificis històrics. En conseqüència, aconseguir que estos edificis complisquen la normativa de seguretat contra incendis evitant al mateix temps la pèrdua de patrimoni suposa un gran repte. En este context, la present tesi doctoral se centra en l'anàlisi de la resistència al foc dels forjats de biguetes de fusta i revoltons de rajoles, que poden trobar-se en molts edificis històrics de tot el món, utilitzant enfocaments deterministes i probabilistes basats en el rendiment. A més, la tesi proposa models probabilístics per a caracteritzar les propietats físiques i mecàniques de la fusta contemporània i històrica a temperatura ambient i a temperatures elevades, que després s'adopten en els enfocaments probabilistes. A causa de la singular geometria i configuració estructural d'estos forjats històrics, els mètodes establits pels codis d'incendis actuals per a verificar la seua resistència al foc no són aplicables. Per això, es proposa una nova metodologia basada en el "Mètode de la secció reduïda" de l'actual EN 1995-1-2. A continuació, la metodologia s'aplica a un ampli nombre de forjats que abasten diferents llums, resistències a flexió de la fusta i exposicions al foc per a avaluar la influència d'estos paràmetres en la resistència al foc. Posteriorment, a causa del considerable nombre de paràmetres d'entrada amb una alta incertesa que influïxen en la resistència al foc dels forjats de biguetes de fusta i revoltons de rajoles, s'adopta un enfocament probabilístic. L'anàlisi assumix diferents seccions transversals i llums per als forjats històrics, així com múltiples geometries del sector d'incendi. A més, considera la incertesa de les càrregues permanents i variables aplicades, així com de les propietats físiques i mecàniques de la fusta a temperatura ambient i a temperatures elevades. D'esta manera, a partir d'un gran nombre de simulacions numèriques, es desenvolupen corbes de fragilitat i s'obtenen els índexs de fiabilitat dels forjats històrics davant del foc. Els resultats mostren que, encara que els enfocaments probabilístics poden ajudar a preservar un nombre significativament major de forjats històrics de biguetes de fusta i revoltons de rajoles, molts d'ells poden no complir els requisits de resistència al foc establits pels codis actuals, la qual cosa és motiu de preocupació. Per tant, dur a terme estes anàlisis resulta essencial per a garantir la seua resistència al foc i prendre mesures en cas necessari. En definitiva, esta tesi doctoral pretén promoure la conservació racional de les estructures històriques de fusta i, en conseqüència, del patrimoni construït. A més, es preveu que els models deterministes i probabilistes proposats també permeten el disseny d'estructures de fusta més fiables i eficients. D'esta manera, fomentant la rehabilitació per sobre de la demolició i la nova construcció i incentivant l'ús de la fusta en noves estructures, es pot contribuir també a la millora de la sostenibilitat del sector de la construcció. Finalment, s'espera que la present tesi doctoral servisca per a conscienciar sobre l'alta vulnerabilitat dels edificis històrics davant del foc i, en última instància, per a fomentar futures investigacions encaminades a la cerca de solucions que permeten complir els requisits de seguretat contra incendis sense comprometre el patrimoni existent. / [EN] Historic buildings hold significant architectural and cultural value and are a precious asset of our civilisation. It is therefore not surprising that great efforts are being made to preserve them. However, despite advances in research, fire remains a major threat to achieve the conservation of the built heritage. In addition, current fire codes generally do not provide specific guidelines or methods that address the unique characteristics of historic buildings. Consequently, bringing these buildings into compliance with fire safety regulations while avoiding heritage loss is a great challenge. In this context, the present doctoral thesis focuses on the analysis of the fire resistance of timber jack arch flooring systems, which can be found in many historic buildings around the world, using deterministic and probabilistic performance-based approaches. Furthermore, the thesis proposes probabilistic models to characterise the physical and mechanical properties of contemporary and historic timber at ambient and elevated temperatures, which are then adopted in such probabilistic approaches. Due to the singular geometry and structural configuration of these historic flooring systems, the methods established by current fire codes to verify their fire resistance are not applicable. Thus, a new methodology based on the "Reduced cross-section method" of the current EN 1995-1-2 is proposed. Then, the methodology is applied to a wide number of flooring systems covering different span lengths, timber bending strengths, and fire exposures to evaluate the influence of these parameters on the fire resistance. Subsequently, due to the considerable number of input parameters with high uncertainty that influence the fire resistance of timber jack arch flooring systems, a probabilistic approach is adopted. The analysis assumes different cross-sections, span lengths and geometries of the compartment where the fire occurs. Moreover, uncertainty in the applied permanent and live loads, as well as in the physical and mechanical properties of timber at ambient and elevated temperatures, is considered. Thus, based on a large number of numerical simulations, fire fragility functions are developed and the reliability indices of the historic flooring systems against fire are derived. The results of the fire resistance analyses show that, although probabilistic approaches can help to preserve significantly more historic timber jack arch flooring systems, many of them may not meet the fire resistance requirements set by current codes, which is a cause for concern. Conducting these analyses is therefore essential to ensure their fire resistance and take action where necessary. In summary, this doctoral thesis aims to promote the rational conservation of historic timber structures and, consequently, of the built heritage. Moreover, it is envisaged that the proposed deterministic and probabilistic models will also enable the design of more reliable and efficient timber structures. Thus, by fostering rehabilitation over demolition and new construction and by encouraging the use of timber in new structures, a more sustainable construction can also be achieved. Finally, the present doctoral thesis is expected to raise awareness of the high vulnerability of historic buildings to fire and, ultimately, encourage future research aimed at finding solutions that allow fire safety requirements to be met without compromising the existing heritage. / García Castillo, E. (2024). Analysis of the fire resistance of traditional timber flooring systems in historic buildings [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207365