En la ingeniería estructural, uno de los desafíos constantes es encontrar nuevas formas de proteger las estructuras de las fuerzas medioambientales. El aislamiento sísmico se ha mostrado como una forma efectiva de reducir la respuesta de la estructura principal y de mitigar el daño de equipos o elementos secundarios. Una desventaja de la mayoría de los sistemas de aislamiento se hace evidente en el caso de estructuras sometidas a terremotos cercanos. Estos suelen producir grandes deformaciones en los aisladores que pueden llegar a poner en peligro la estabilidad de la estructura. Para evitar esto se ha sugerido combinar aisladores con dispositivos adicionales de disipación de energía (sistema hibrido). En este contexto, se ha potenciado significativamente el interés por incorporar dispositivos cuyas propiedades se pueden ajustar en tiempo real durante un terremoto. Este tipo de sistemas se denominan semi-activos. Las fuerzas de control en los sistemas semi-activos se aplican como resultado del movimiento propio de la estructura. La fuerza en cuestión puede modificarse únicamente mediante el ajuste de ciertas propiedades mecánicas de los actuadores semi-activos. Además, las fuerzas de control actúan siempre en el sentido de oponerse al movimiento del sistema estructural y por tanto garantizan la estabilidad global de la estructura. Específicamente, los amortiguadores magnetoreològicos (MR) parecen tener un buen potencial para avanzar en la aceptación del control estructural como una forma viable de atenuar el riesgo de las estructuras frente a cargas dinámicas. Sin embargo, debido a la inherente no linealidad de los amortiguadores MR, el primer paso en el diseño de una estrategia de control semi-activo es el desarrollo de un modelo matemático adecuado. Aquí, la identificación de sistemas juega un papel clave. La naturaleza de esta investigación es multidisciplinar porque trata con dos conceptos, la identificación de un dispositivo mecánico (amortiguador MR) y la solución de un problema de control estructural en una perspectiva de ingeniera civil. Como primer paso, se ha desarrollado un nuevo modelo, basado en el modelo Bouc-Wen normalizado, para describir el comportamiento de una gama más amplia de amortiguadores MR, de manera especial los que pueden ser más eficaces en el control de estructuras de ingeniería civil (amortiguadores MR de gran escala). Basado en este modelo, se ha extendido un método de identificación de los parámetros. La validación del método de identificación se ha llevado a cabo sobre un modelo caja negra de un amortiguador MR que es parte de un modelo numérico de edificio muy utilizado como banco de pruebas en la comunidad de investigadores en control estructural. La versatilidad del método se ha probado utilizando el amortiguador de MR en forma semi-activa, con un voltaje variable y operando en el edificio bajo la excitación de terremotos. Posteriormente, basado en el modelo Bouc-Wen extendido, se ha propuesto un nuevo modelo inverso para amortiguadores MR, el cual permite calcular el voltaje requerido para manipular los amortiguadores. Finalmente, se ha presentado una estrategia jerárquica de control semi-activo Esta estrategia consta de cuatro pasos aplicados en tiempo real en cada instante de control: 1. Calcular la fuerza de control deseada global para ser aplicada en la base de la estructura. 2. Determinar la fuerza total que se está aplicando en instante de control actual por el conjunto de amortiguadores MR. Si esta fuerza es más pequeña que la fuerza deseada y tienen el mismo signo, esto significa que los amortiguadores MR necesitan aplicar más fuerza de amortiguamiento y entonces se va al paso 3. De lo contrario el voltaje de los amortiguadores MR se pone en 0. 3. Determinar el número de amortiguadores MR que están aplicando fuerza en la misma dirección que la fuerza de control deseada. 4. Calcular el voltaje a aplicar a cada amortiguador MR usando el modelo inverso. El método (algoritmo) completo se ha simulado en el edificio tridimensional de pruebas utilizado por la comunidad de control estructural como modelo realista para experimentos numéricos de control de la respuesta sísmica. Los índices de rendimiento obtenidos muestran que el método semi-activo propuesto puede mejorar eficazmente el rendimiento del edificio bajo diferentes terremotos. / In structural engineering, one of the constant challenges is to find new better means of protecting structures from destructive environmental forces. One approach is seismic isolation, which has shown to not only reduce the response of the primary structure, but also reduce damage to equipment and other non-structural secondary elements. A drawback of most isolation systems appears when one considers the response of isolated structures subjected to earthquakes characterized by near-field motions. Such motions are likely to produce large isolation deformations, which may lead to buckling or rupture of isolators. To control these large deformations one way is to utilize supplemental dampers together with the isolation system (a hybrid system). However the benefits of isolation system may be significantly reduced for both moderate and strong earthquakes due to the transfer of energy into higher modes which can result in increased interstory drift and floor accelerations. One approach to improve the performance of an isolation system is to incorporate devices within the isolation system whose properties can be adjusted in real-time during earthquakes. Such devices are referred to as semi-active. The control forces in semi-active systems are developed as a result of the motion of the structure itself. They can only be modified through appropriate adjustment of mechanical properties of semi-active devices. Furthermore, the control forces act to oppose the motion of the structural system and therefore promote the global stability of the structure. Specifically the MR dampers appear to have significant potential to advance the acceptance of structural control as a viable means for dynamic hazard mitigation. However, because of the inherent nonlinearity of MR dampers, the first step in the design of a semiactive control is the development of an accurate model of the MR device. The system-identification issue plays a key role in control problems. The nature of this research is multidisciplinary because it deals with two concepts, identification of a mechanical device (MR damper) as well as a structural control problem in a civil engineering perspective. As a first step, a new Bouc-Wen based normalized model has been developed to study the behavior of a wider range of MR dampers, specially the devices which can be more effective in the vibration control of real civil engineering structures (large-scale MR dampers). Based on this new model, an extension of a parameter identification method for MR dampers has been proposed. This extension allows to identify a larger class of MR dampers more accurately. The validation of the parameter identification method has been carried out using a black-box model of an MR damper that is a part of a smart base-isolated benchmark building model available in the community of researchers in structural control. The versatility of the parameter identification method has been tested using the MR damper as a semi-active device under time-varying voltage and earthquake excitation. Then, based on the proposed extended Bouc-Wen based normalized model, a new inverse model for MR dampers has been proposed. If two additional practical physical constraints are satisfied, then the voltage of the MR dampers can be manipulated by the inverse model. Finally, a hierarchical semi-active control strategy for the control of the vibration response of the isolated buildings equipped with a set of parallel MR dampers has been presented. This strategy consists of four steps applied in real time at each control instant: 1. Compute the overall desired control force to be applied at the base of the structure. 2. Determine the total force applied at the current control instant by the set of MR dampers. If this force is smaller than the desired force and they have the same sign, this means that the MR dampers need to apply more damping force and go to step 3. Otherwise the voltage of the MR dampers is set to 0. 3. Determine the number of dampers that are applying force in the same direction as the desired control force. 4. Compute the corresponding command voltage for each MR damper using the inverse model. The whole method is simulated by considering the three-dimensional smart base isolated benchmark building which is also used by the structural control community as a state-of-the-art model for numerical experiments of seismic control attenuation. The resulted performance indices demonstrate that the proposed semi-active method can effectively improve the performance of the building under earthquake loading

En el proyecto sismorresistente de edificios tal como es aplicado actualmente, se parte de ciertas consideraciones cuya validez no siempre está clara o en algunos casos no permiten al proyectista tomar decisiones que hagan aseguren la integridad del edificio durante su vida útil.Por esta causa, en este trabajo se trata el tema del comportamiento sísmico de los edificios de hormigón armado, estudiando la respuesta no lineal, procurando aclarar algunos criterios adoptados en el proyecto sismorresistente. La respuesta no lineal de los edificios de hormigón armado se estudia mediante el análisis numérico estático y dinámico, en cuya modelización se han incluido características importantes de este material compuesto como son la plasticidad y el daño, así como también las condiciones especiales de confinamiento que proporciona el proyecto sismorresistente. Para evaluar la respuesta no lineal se parte de un estudio de edificios porticados, emplazados en zonas de alta sismicidad y proyectados conforme a dos relevantes normas sismorresistentes: el Eurocódigo-8 y el IBC-2003. Para lograr la caracterización de la respuesta sísmica, se incluyen en este estudio la aplicación de un procedimiento de predimensionamiento sísmico de secciones de los elementos de los edificios proyectados, la propuesta de un procedimiento de análisis estático no lineal con control de fuerzas, la determinación del modo de colapso, el estudio de la influencia de la reserva de resistencia y la redundancia en los factores de reducción de respuesta, el cálculo de la ductilidad máxima de los pórticos, la formulación de un índice de daño sísmico objetivo y la determinación de umbrales objetivos de daño correspondientes a unos Estados Límite específicos. La aplicación de los umbrales de daño permite estimar el desplome para el cual se proyecta el edificio, lo que a su vez permite estimar la ductilidad por prestaciones, lo que permite realizar el proyecto con base en desplazamientos sin necesidad de aplicar métodos aproximados.También se aborda el tema del comportamiento sísmico de edificios de hormigón armado proyectados para ductilidad limitada, que corresponde a algunas de las tipologías usuales en España, comparando los resultados con los obtenidos de un edificio dúctil y estudiando las posibles mejoras a la respuesta de estos edificios de ductilidad limitada. Esta evaluación se complementa con los resultados obtenidos al aplicar un procedimiento probabilista, mediante el cual se calculan las curvas de fragilidad y las matrices de probabilidad de daño.Los resultados de este estudio permiten obtener algunas conclusiones sobre la respuesta sísmica de edificios de hormigón armado, tal como son proyectados conforme a normas modernas, encontrando que los valores de los factores de reducción de respuesta no son constantes y que incluso llegan a variar entre los pórticos que componen un edificio.Igualmente, ocurre con los valores de la ductilidad estructural, que por lo general es menor que la ductilidad de proyecto señalada en las normas. Los resultados muestran que la redundancia tiene un ligero efecto sobre los factores de reducción de respuesta y que no es posible separar su efecto del efecto de la reserva de resistencia, por lo que se recomienda agruparlos en un factor único. La reserva de resistencia alcanza valores altos para todos los casos, especialmente para los edificios bajos, lo que permite indicar que el proyecto sismorresistente permite garantizar una respuesta segura frente a la demanda sísmica. Los desplomes normalizados de los edificios permiten determinar umbrales objetivos de daño con valores muy próximos, independientemente de la altura de los edificios, estos umbrales objetivos al corresponder a Estados Límite específico, permiten al proyectista decidir el desplome máximo que desea que alcance el edificio durante su vida útil, aplicando procedimientos de proyecto con base en desplazamientos y no con base en resistencia. El índice de daño objetivo formulado complementa la caracterización mediante la aplicación de los umbrales de daño, brindando la posibilidad de calcular un índice de daño para cada umbral o cada Estado Límite.Finalmente, del estudio de los edificios de ductilidad limitada, se puede indicar que la respuesta sólo es satisfactoria para una demanda sísmica que mantenga a la estructura dentro del rango elástico, ya que la reserva de resistencia es mayor que la unidad aunque no alcanzan el valor de la ductilidad de proyecto, sin embargo para demandas sísmicas mayores sólo los edificios porticados disponen de suficiente ductilidad y reserva de resistencia.

La heterogeneidad es una característica saliente de cada formación geológica natural. En las últimas décadas un gran número de trabajos se han centrado en estudiar la influencia de la heterogeneidad en los problemas de flujo y transporte en medios poros. Dichos trabajos han mejorado sustancialmente la comprensión de los mecanismos que gobiernan estos fenómenos, sin embargo aun existen carencias en la caracterización de propiedades importantes de un acuífero. Entre ellas, el flujo preferencial, la conectividad entre dos puntos de un acuífero y la interpretación de ensayos en acuíferos heterogéneos son aspectos importantes que tienen que ser adecuadamente evaluados para obtener modelos predictivos robustos. En este contexto, el objetivo de esta tesis es doble:· mejorar el conocimiento de la influencia de la heterogeneidad en los procesos de flujo y transporte· proporcionar nuevas herramientas para caracterizar la heterogeneidad de los acuíferosEn primer lugar, evaluamos la relación entre dos indicadores de conectividad de flujo y transporte. El indicador de conectividad de flujo utilizado aquí se basa en el tiempo de respuesta hidráulica en un ensayo de bombeo (por ejemplo, el coeficiente de almacenamiento estimado con el método de Cooper-Jacob). Como indicador de conectividad de transporte utilizamos la porosidad estimada de curvas de llegadas (Φest) en ensayos de trazadores con flujo radial. Los resultados obtenidos permiten explicar la poca correlación entre estos dos indicadores ya observada númericamente por Knudby y Carrera (2005).En segundo lugar, se ha desarrollado un marco geoestádistico para delinear mapas de conectividad utilizando un número limitado de medidas hidráulicas. La metodología permite condicionar los resultados a tres tipos de datos medidos a diferentes escalas: (a) tiempos de llegada de ensayos de trazadores en flujo convergente ta, (b) estimaciones del coeficiente de almacenamiento obtenidas de ensayos de bombeo interpretados con el método de Cooper-Jacob, Sest, y (c) mediciones de valores de transmisividad puntuales, T. La capacidad de la metodología para delinear correctamente zonas de captura se evalúa a través de estimaciones (krigeado simple y ordinario) y simulaciones secuenciales gausianas basadas en diferentes conjuntos de medidas.En tercer lugar, se ha desarrollado una metodología, llamada método del doble punto de inflexión (DIP), para la interpretación de pruebas de bombeo en acuíferos semiconfinados. La ventaja de este método (DIP) se observa en acuíferos heterogéneos, cuando se aplica junto a las demás metodologías. En estos casos cada método proporciona información diferente acerca de la heterogeneidad. En particular, la combinación del método DIP y el método de Hantush permite identificar contrastes entre la transmisividad local (cerca del pozo) y la transmisividad equivalente del acuífero.En cuarto lugar, se utiliza el método de Monte Carlo para evaluar el significado de los parámetros hidráulicos estimados de ensayos de bombeo en acuíferos semiconfinados. Dichos parámetros resultan ser espacialmente dependientes y varían en función del método de interpretación, ya que cada método pondera de forma distinta diferentes partes de la curva de descensos. Por último, se muestra que al combinar las estimaciones de los parámetros obtenidos a partir de los diferentes procedimientos de análisis, se puede inferir información sobre la heterogeneidad del sistema.En quinto lugar, se modela el flujo no saturado en un dique de estériles utilizando un modelo basado en funciones de transferencia. La calibración del modelo proporciona información sobre el tiempo característico del flujo a través de la matriz y de la fracción de agua que se canaliza a través de los macroporos. Por último se presenta un análisis de la influencia de la escala en los resultados. A gran escala el comportamiento del sistema tiende al de un sistema-matriz homogéneo equivalente,enmascarando los efectos del flujo preferencial. / Heterogeneity is a salient feature of every natural geological formation. In the past decades a large body of literature has focused on the effects of heterogeneity on flow and transport problems. These works have substantially improved the understanding of flow and transport phenomena but still fail to characterize many of the important features of an aquifer. Among them, preferential flows and solute paths, connectivity between two points of an aquifer, and interpretation of hydraulic and tracer tests in heterogeneous media are crucial points that need to be properly assessed to obtain accurate model predictions. In this context, the aim of this thesis is twofold:· to improve the understanding of the effects of heterogeneity on flow and transport phenomena· to provide new tools for characterizing aquifer heterogeneityFirst, we start by theoretically and numerically examine the relationship between two indicators of flow and transport connectivity. The flow connectivity indicator used here is based on the time elapsed for hydraulic response in a pumping test (e.g., the storage coefficient estimated by the Cooper-Jacob method, Sest). Regarding transport, we select the estimated porosity from the observed breakthrough curve (Φ est) in a forced-gradient tracer test. Our results allow explaining the poor correlation between these two indicators, already observed numerically by Knudby and Carrera (2005).Second, a geostatistical framework has been developed to delineate connectivity patterns using a limited and sparse number of measurements. The methodology allows conditioning the results to three types of data measured over different scales, namely: (a) travel times of convergent tracer tests, ta, (b) estimates of the storage coefficient from pumping tests interpreted using the Cooper-a Jacob method, S est, and (c) measurements of transmissivity point values, T. The ability of the methodology to properly delineate capture zones is assessed through estimations (i.e. ordinary cokriging) and sequential gaussian simulations based on different sets of measurements.Third, a novel methodology for the interpretation of pumping tests in leaky aquifer systems, referred to as the double inflection point (DIP) method, is presented. The real advantage of the DIP method comes when it is applied with all the existing methods independently to a test in a heterogeneous aquifer. In this case each method yields parameter values that are weighted differently, and thus each method provides different information about the heterogeneity distribution. In particular, the combination of the DIP method and Hantush method is shown to lead to the identification of contrasts between the local transmissivity in the vicinity of the well and the equivalent transmissivity of the perturbed aquifer volume.Fourth, the meaning of the hydraulic parameters estimated from pumping test performed in leaky aquifers is assessed numerically within a Monte Carlo framework. A synthetic pumping test is interpreted using three existing methods. The resulting estimated parameters are shown to be space dependent and vary with the interpretation method, since each method gives different emphasis to different parts of the timedrawdown data. Finally, we show that by combining the parameter estimates obtained from the different analysis procedures, information about the heterogeneity of the leaky aquifer system may be inferred.Fifth, an unsaturated highly heterogeneous waste rock pile is modeled using a simple linear transfer function (TF) model. The calibration of the parametric model provides information on the characteristic time of the flow through the matrix and on the fraction of the water that, within each section, is channeled through the macropores. An analysis of the influence of the scale on the results is also provided showing that at large scales the behavior of the system tends to that of an equivalent matrix reservoir masking the effects of preferential flow.

En las últimas décadas la literatura se ha centrado en la estimación de la recarga natural y los parámetros que la controlan, incluyendo clima, vegetación, suelo, y topografía. Por el contrario, pocos son los trabajos centrados en la recarga de acuíferos a partir de zonas cultivadas intensamente regadas. Aunque estos han mejorado la compresión sobre el proceso de recarga, todavía resultan incompletos a la hora de estimarla a partir del mencionado uso de suelo. En este contexto, los objetivos de esta tesis son: (i) mejorar la compresión de la recarga a partir de zonas intensamente regadas, y (ii) proporcionar nuevas herramientas para su caracterización. Algunas de las metodologías proporcionadas pueden ser fácilmente reproducidas por profesionales para inferir información cuantitativa. Ensayos en campo, incluyendo diferentes tipos de cultivo y prácticas agrícolas, son llevados a cabo en al área del Campo de Cartagena, sureste de España, una región semi-árida donde la agricultura intensiva es el principal uso de suelo. El desarrollo de metodologías con observaciones en el medio saturado y no saturado, junto con la modelación numérica, fueron usados para mejorar la compresión de los procesos que controlan la recarga a partir de zonas intensamente regadas. Las aproximaciones desarrolladas pueden ser resumidas como sigue: Ensayo de campo a lo largo de seiscientos días bajo cultivos hortícolas anuales y riego por goteo. La distribución del contenido de agua en la zona de raíces y bajo esta fue simulada considerando un modelo de flujo no saturado. El contenido de agua y la succión fueron medidos a diferentes profundidades y empleados para la calibración y validación del modelo. Ensayo de trazador (tritio) en campo en una parcela experimental con riego por goteo y cultivos hortícolas anuales durante cuatrocientos treinta días. El movimiento de trazador a lo largo del perfil de suelo fue simulado considerando transporte multifásico. Los perfiles de concentración de trazador, a partir de un espaciado y limitado número de muestras destructivas, fueron usados para calibrar y validar el modelo. Experimento de larga duración (nueve años hidrológicos) para diferentes tipos de cultivo: cultivos hortícolas anuales, cultivos hortícolas perennes y árboles frutales. La recarga producida por cada tipo de cultivo fue estimada a partir del balance de agua en suelo, zona no saturada y acuífero. Las fluctuaciones del nivel freático registradas a lo largo del mencionado periodo fueron usadas para calibrar y validar el modelo. Esta experiencia permitió evaluar la fiabilidad de las estimaciones de recarga a partir de las otras dos metodologías previas (a corto plazo) para el tipo de cultivo coincidente (cultivos hortícolas anuales). Para las tres aproximaciones, el cubrimiento de suelo por las plantas y el crecimiento de raíces han sido incluidos en la condición de contorno superior. La evapotranspiración se ha dividido en evaporación y transpiración como una función del índice de área de hoja, y es limitada por el contenido de agua en el suelo. La transpiración a su vez ha sido distribuida a través del perfil de suelo como una función del contenido de agua y profundidad de raíces. Valores similares de recarga han sido obtenidos a partir de las tres técnicas, aunque el modelo de flujo no saturado la sobreestima ligeramente. La evapotranspiración real fue siempre más baja que la potencial, ya que el contenido de agua en suelo fue insuficiente para mantener la extracción de agua por parte de las raíces, a pesar de la alta frecuencia de riego. Aunque las prácticas agrícolas por parte de los agricultores son las correctas, con una alta eficiencia de riego, se obtuvieron altos valores de recarga. La lluvia es distribuida de manera irregular en unos pocos eventos intensivos, algo por otro lado muy común en regiones semi-áridas, lo que contribuye de manera significativa a la percolación profunda, debido al constante alto contenido de humedad en el suelo. / In the past decades a large body of literature has focused on the assessment of the natural recharge and parameters of control (including climate, vegetation, soils, and topography). On the contrary, only few papers focused on aquifer recharge from intensively irrigated farmland. Although findings have improved the understanding of recharge phenomena, they still fail to characterize many features of aquifer recharge from the mentioned land use. In this context, the aims of this thesis are: (i) to improve the understanding of aquifer recharge from intensively irrigated farmland, and (ii) to provide new tools for its characterization. Also, this thesis provides a framework that can be easily used by practitioners to infer quantitative information. Field tests, including different crop types and agricultural management, were carried out in the Campo de Cartagena area of southeast Spain, a semi-arid region where intensive irrigated agriculture is prevalent. The development of methodologies, with field observations in both saturated and unsaturated media, along with the application of numerical modelling were used to understand the processes governing the recharge from irrigated farmland. The developed approaches can be summarized as follows: A field experiment with annual row crops and drip irrigation. Soil moisture dynamics through the root zone and below were simulated from unsaturated flow approach. Soil moisture and pressure head data at different depths were recorded along six hundred days for model calibration and prediction. A tracer test (tritium) in field along four hundred thirty days. The test was carried out in an experimental plot with drip irrigation and annual row crops. The tracer transport in soil was simulated considering a multiphase approach. Tracer concentration profiles, from a limited and sparse number of destructive samples, were used to calibrate and validate the modelling approach. A long-term field experiment (based on nine hydrologic years) for different crop types, annual row crops, perennial vegetables and fruit trees. The recharge produced from each crop type was estimated from a water balance approach, including soil, vadose zone and aquifer. Water table fluctuations, recorded along the mentioned period, were used for model calibration and predictions. This long-term approach permits to evaluate recharge estimates reliability of the two previous methodologies (short-term) for the type of crop overlapped (annual row crops). For the three approaches, ground cover and root depth are assumed as upper boundary conditions. Evapotranspiration is allocated to evaporation and transpiration as a function of leaf-area-index and is limited by soil moisture content; transpiration is distributed through the soil profile as a function of soil moisture and root depth. Similar recharge values have been obtained from the three techniques, although the unsaturated flow approach slightly overestimates values. Actual evapotranspiration was always lower than potential evapotranspiration, because soil moisture was insufficient to sustain the potential uptake, despite high irrigation frequency. Although the agricultural practices from farmers are sound, high irrigation efficiency, high recharge values are achieved. Rainfall is unevenly distributed into a few intensive events, likewise very common in semi-arid regions, and it meaningfully contributes to deep percolation, due to consistently high soil water content.

Networks territory is starting to be established as an important field of study in arder to understand several physical phenomena associated to infrastructures. In this context, railroad networks point out as an essential element to guarantee eitizens' mobility needs, to provide territories withcohesion and to push economical activities, as well as responding to better sustainability eriteria and respecting our environment more than other transport infrastruetures.hat is why this study aims to analyse railroad networks' morphological features, in a way that we can identify the faetors that originate an improvementin transport, territory and infrastrueture planning.

The placement of safety signs on buildings and crowded public places and work places is usually done quickly and not always effectively. Generally, the financial budget dedicated to this facility, taking into account that involves installing a series of plastic signs, is not cost-effective compared to the work involved in its implementation properly. Given that, fortunately, these are facilities that are rarely necessary, it seems logical and necessary effort and resources devoted to its design. But even taking into account these premises, it is unthinkable to make the design of these facilities without trying to approach the optimum design. It therefore seems necessary to develop tools that not only reduce the mechanical and repetitive work required to perform these designs, but also allow us to bring the level of safety of these facilities to the maximum required to each, ensuring technical staff employees that their design is the best of all possible. With this in mind, work has been developed. It has been arranged so that, once raised the issue of it, we will establish the hypothesis considered, and objectives defined at the beginning of the investigation. It will also be considered and justified the methodology of work followed. While the final outcome of the investigation will be embodied in a computer program, the study will focus on establishing the groundwork that allows its definition, through the requirements that will be set throughout the study. As a starting point of research, a study of the state of the art will be made. Thus all legislation and regulations affecting the system design will be analyzed, focusing the work on the statement of the premises to be considered during the establishment of requirements. Another important point is the study of the programs that are available to technicians in signaling. As a starting point in the research, we will carry out an analysis of the target system. It will be structured in several sections and it will be analyzed the data stream that can convert the information extracted from the rules and regulations studied. Then we will analyze the use cases in which the system can be defined. These use cases reflect the various scenarios that may be encountered during the use of the system. Use cases diagrams are transformed into state diagrams, which will lead us to an approach to the procedimental solution of the case taken as a basis for developing the prototype. The fundamental step in designing the structure of the system is modelling. This will establish the conceptual classes with their relationships and attributes, so that the system design will be completed in the absence of development and structure as a computer program. Although it appears as the final part of the analysis process, the realization of a prototype will serve as a testbed in which to test the result of the design done. In addition, data and experiences arising from the use of prototype will feedback the design process, providing a wealth of information to the steps outlined above and performed simultaneously with it. To validate the whole process, the prototype will be used for carrying out various projects within a protected environment, allowing study "in the wild" the behavior of both the user and the system, observing the mutual interaction and drawing conclusions difficult to achieve since the cold point of view of analysis.Finally, before final conclusions are drawn a Software Requirements Specification document, as recommended by the IEEE in IEEE 830. / La señalización de seguridad en los edificios y establecimientos de pública concurrencia, así como la de los lugares de trabajo, se suele realizar de forma rápida y no siempre de forma eficaz. Generalmente, el montante económico de esta instalación, teniendo en cuenta que consiste en instalar una serie de señales de plástico, no resulta rentable comparado con el trabajo que implica su realización de forma correcta. Teniendo en cuenta que, afortunadamente, son instalaciones que rara vez son necesarias, parece lógico e imprescindible el esfuerzo y los recursos dedicados a su diseño. Pero, aún teniendo en cuenta estas premisas, es impensable realizar el diseño de estas instalaciones sin tratar de acercarse al diseño óptimo. Por eso, parece necesario desarrollar herramientas que no solo reduzcan el trabajo mecánico y repetitivo necesario para realizar estos diseños, sino que, además, permitan acercar el nivel de seguridad de estas instalaciones al máximo exigido a cada una de ellas, asegurando al técnico que las emplee que su diseño es el mejor de todos los posibles. Con esta idea se ha planteado el trabajo, organizado de forma que, una vez presentado el tema del mismo, se establecerán las hipótesis tenidas en cuenta, así como los objetivos definidos al inicio de la investigación. También se planteará y justificará la metodología de trabajo seguida. Si bien el resultado final de la investigación se materializará en un programa informático, el trabajo realizado se centrará en establecer las bases que permitan definirlo, por medio de los requisitos que se irán fijando a lo largo del estudio. Como punto de partida de la investigación, se realizará un estudio del estado del arte. Para ello se analizará toda la legislación y normativa que afecta al diseño del sistema, centrando el trabajo en el enunciado de las premisas a tener en cuenta durante el establecimiento de los requisitos. Otro punto importante será el estudio de los programas que se encuentran a disposición de los técnicos en señalización. Como punto de inicio, se realizará un análisis del sistema a definir. Se irá estructurando el sistema en diversos apartados y se analizará el flujo de datos en que se puede convertir la información extraída de la reglamentación y normativa estudiada. A continuación se analizarán los casos de uso en los que se puede definir el sistema. Estos casos de uso reflejarán los distintos escenarios que se podrán encontrar durante el uso del sistema. Los casos de uso se transformarán en diagramas de estados, lo que permitirá realizar una aproximación a la solución procedimental tomada como base para desarrollar el prototipo. El paso fundamental para el diseño de la estructura del sistema consiste en su modelado. Para ello se establecerán las clases conceptuales, con sus relaciones y sus atributos, de forma que quede terminado el diseño del sistema, a falta de su desarrollo y conformación como programa informático. Aunque aparezca como la parte final del proceso de análisis, la realización de un prototipo servirá como banco de pruebas en el que probar el resultado del diseño realizado. Además, los datos y experiencias surgidos de su uso servirán de realimentación del proceso de diseño, aportando gran cantidad de información a las etapas expuestas en orden anterior en el trabajo, pero realizadas de forma simultánea con el mismo. Para validar todo el proceso, se empleará el prototipo para la realización de varios proyectos dentro de un entorno “protegido”, que permita estudiar “in the wild” tanto el comportamiento del sistema como el del usuario, observando la interacción mutua y extrayendo conclusiones difícilmente alcanzables desde el frío punto de vista del análisis. Por último, antes de las conclusiones finales, se redactará el documento de especificación de requisitos del software, tal y como lo recomienda el IEEE en su norma IEEE 830.

En esta tesis se aplican los métodos estático no lineal y dinámico no lineal en el edificio prototipo y en otros seis representativos de las principales subclases de las estructuras de acero. Como resultado se expresan los umbrales de los estados de daño en función de los puntos característicos del espectro de capacidad bilineal. Se presenta una nueva propuesta de clasificación de las estructuras de acero de acuerdo con la EMS-98. Se cierra la investigación con un estudio estocástico detallado que considera la variabilidad probabilística de la acción sísmica, de las cargas verticales y de las propiedades físicas y mecánicas de los miembros estructurales. Se calcula la probabilidad de excedencia de los principales estados límite y de los umbrales de los distintos estados de daño. Como resultado se identifican los estados límite que con más probabilidad serán alcanzados y se recomiendan algunos factores de seguridad adicionales. / In this thesis nonlinear static and dynamic methods are applied to the prototype building, and to six more buildings, representing main subclasses of steel structures. As a result, the thresholds of damage state are expressed in function of the main points of the bilinear capacity spectrum. A new proposal of classification of steel structures, according with EMS-98, is presented. The last part of this thesis is a detailed stochastic study that considers probabilistic variability of seismic action, vertical loads and physical and mechanics properties of the structural members. Exceedance probabilities for the main limit states and thresholds of damage states are calculate. As a result the limit states most likely will be exceeded are identified. Finally some additional security factors are recommended.

The main contribution of this work is to introduce analytical models able to create simple design charts that would allow designers to quickly determine the strength of quasi-brittle structures containing circular holes. Cohesive Zone Models are an excellent tool to model quasi-brittle structures with holes in which a large failure process zone is confined in a plane. Also, the CZM is able to predict the effect of the structure size on its strength. Moreover, it is one of the few models (or the only model) that takes into account the material cohesive law explicitly. Therefore, most of the presented models in this work are based on the cohesive zone model. / La principal contribució d'aquest treball és la dʼintroduïr un model analític capaç de generar diagrames de disseny que permeten obtenir la resistència nominal dʼestructures quasi-fràgils que continguin forats. Els models de zona cohesiva permeten predir la resistencia dʼestructures amb forats formades de materials quasi-fràgils amb una gran zona de procés de fallada confinada en un pla. Aquests models també són capaços de predir lʼefecte de la mida de lʼestructura en la resistència nominal. A mès els models de zona cohesiva són un dels pocs (o els únics) que consideren dʼuna manera explítica la llei cohesiva en la seva formulació. Per aquestes raons, la majoria de resultats presentats es basen en els models de zona cohesiva.

The aim of this thesis is to present a framework for the application of micro-modeling techniques for the analysis of unreinforced masonry structures. Finite element analyses of case studies from the literature are carried out in order to establish their capacity to predict the compressive strength of masonry. A critical review of the experimental inventory is carried out in parallel. An experimental campaign involving masonry materials common in historical structures is presented. A parametric study on the modeling technique and the influence of material properties is also performed based on the finite element framework already presented. A series of shear wall experiments are simulated using finite element models. The shear tests have been performed under a wide range of vertical prestress levels. The influence of the modeling technique is again investigated. A micro-mechanical model for the analysis of masonry periodic unit cells is developed and presented, based on a critical analysis of the results of the preceding finite element analyses. The model may be used for the derivation of the linear and nonlinear elastic properties of masonry walls ans pillars of a wide variety of typologies. The results of the model are compared against experimental results, finite element analysis benchmarks and closed form expressions. The model also forms the basis for the development of a closed formexpression for the prediction of the compressive strength of masonry. A complex masonry pillar is tested in compression. Its constituent materials are extensively characterized for the determination of their mechanical properties. The pillar test is simulated using a finite element micro-model for the purpose of highlighting the effect of the properties of its materials on its structural response. An analytical model for the prediction of the compressive strength of multi-leaf masonry is also proposed. / El objetivo de esta tesis es presentar un esbozo de aplicación de técnicas de micro-modelado para el análisis de estructuras de fábrica sin refuerzo. Se han llevado a cabo análisis de elementos finitos de casos prácticos extraídos de la bibliografia para establecer su capacidad de predecir la resistencia a compresión de las estructures de fábrica. Paralelamente se ha realizado una revisión crítica del inventario experimental. Se expone una campaña experimental involucrando materiales de fábrica frecuentemente encontrado en estructuras históricas. Así mismo, se realiza un estudio paramétrico de las técnicas de modelado y la influencia de las propiedades de los materiales basado en el esbozo de anàlisis expuesto previamente. Se ha simulado por medio de modelos de elementos finitos una serie de experimentos realizados en muros a cortante. Los ensayos a cortante se han realizado bajo la acción de un amplio rango de niveles de pretensado vertical. La influencia de las técnicas de modelado es investigada. Se desarrolla y expone un modelo micro-mecánico para analizar células de fábrica periódicas, basado en un análisis crítico de los resultados obtenidos en los análisis de elementos finitos previamente realizados. El modelo puede ser usado para la deducción de las propiedades lineales y no lineales de una amplia variedad de tipologías tanto de muros y como de pilares de fábrica. Los resultados del modelo son comparados con resultados experimentales, estándares de comparación de análisis de elementos finitos y ecuaciónes analíticas. El modelo también establece las bases para el desarrollo de una nueva ecuación analítica para la predicción de la resistencia a compresión de estructuras de fábrica. Se realiza un ensayo de un complejo pilar de fábrica. Los materiales que lo componen son extensamente descritos para la definición de sus propiedades mecánicas. El ensayo del pilar es así mismo simulado por medio de un micro-modelo de elementos finitos con el objetivo de resaltar el efecto de las propiedades de los materiales en el comportamiento estructural. Se expone un modelo analítico para predecir la resistencia a compresión de fábrica de hoja múltiple.

This work presents a study of the simulation of cable-stayed bridges built on temporary supports focused on their response during construction and in service. To simulate the behavior during construction, a set of four different algorithms has been developed to deal with initial design (Backward Algorithm), updating the tensioning process when deviations on site are measured (Forward Algorithm), optimization processes (Direct Algorithm) and time-dependent phenomena effects (Forward-Direct Algorithm). These algorithms were validated by comparing their results with those obtained by two commercial codes. On the other hand, new criteria have been proposed to include the effects of the staggered erection of the superstructure and the time-dependent phenomena effects into the definition of the Objective Service State. To illustrate the application of these methods, a set of academic and actual structures is analyzed. For a more accurate simulation of the actual response of structures on site, a new Structural System Identification (SSI) method (Observability method) is developed. This method is based on the information provided by the monitoring of a static non-destructive test. After validating the results of this method with three alternative methods proposed in the literature, it is applied to complex structures (such as singular buildings and cable-stayed bridges). A parametric analysis is presented to illustrate the role that the uncertainty of each parameter of a real cable-stayed bridge plays in its behavior during construction and in service. Furthermore, modifications of this method to deal with damages, actual boundary conditions, temperature effects, and dynamic excitation tests are presented. The developed SSI method has also lead to the development of a very powerful mathematical tool to deal with polyrational systems of equations. This tool presents a number of applications in many fields of science and engineering (such as transportation, hydraulics or energy power distribution, among many others). To define the minimum measurement set of measurements required for an adequate system identification, a new and innovative graphical tool (observability tree) is developed. To ease the representation of these trees, a set of guidelines is proposed for beam and cable-stayed bridges. To minimize the degrees of freedom to be monitored on site for system identification with actual loads, a new application of the Maxwell's theorem has been proposed. To this end, the utilization of information from alternative load cases, boundary conditions and construction stages is also presented. The results of the proposed methods have led to significant conclusions regarding the response of the cable-stayed bridges built on temporary supports both during construction and in service as well as the importance of their construction control by SSI techniques. From these conclusions, a set of guidelines has been proposed to address the erection of the superstructure, to estimate the appropriate time to define the stay cable forces in service in concrete cable-stay bridges considering time-dependent phenomena effects, to define a measurement set for an adequate SSI and to minimize the points to be monitored.