El conocimiento del funcionamiento hidráulico de un río en avenida es fundamental para la resolución de gran variedad de problemas de ingeniería hidráulica y dinámica fluvial, como delimitación de zonas inundables, diseño de encauzamientos y estructuras hidráulicas, estabilización de márgenes, estudios de rotura de presa, proyectos de rehabilitación de ríos, o determinación del riesgo asociado a episodios extraordinarios de lluvia. Para ello es necesario el estudio del flujo de agua en lámina libre en régimen variable y con geometrías irregulares. En este trabajo se aborda este estudio mediante la puesta a punto de herramientas de modelación numérica. El objetivo es la puesta a punto de una herramienta para la modelación matemática del flujo de agua en lámina libre, en régimen variable, con geometrías irregulares como son los cauces naturales. Los esquemas que se desarrollan permiten modelar con precisión flujos de agua discontinuos o con singularidades (cambios de régimen, frentes de onda, resaltos hidráulicos), como ocurre en la realidad durante el transcurso de una avenida en gran parte de los ríos, sobretodo en los cauces torrenciales. Se desarrollan esquemas numéricos para la resolución de las ecuaciones de Saint Venant en forma conservativa, explícitos en volúmenes finitos. Este tipo de esquemas shock capturing son los más adecuados para la simulación de flujos con singularidades. Los esquemas desarrollados son de alta resolución, con segundo orden de precisión fuera de las discontinuidades mientras que en éstas no se producen oscilaciones espurias ni más disipación de la debida.La geometría de los ríos condiciona las características del flujo hidráulico. Cuando existe una dirección del flujo predominante se puede utilizar una aproximación unidimensional, pero en ocasiones (confluencias de ríos, flujos alrededor de estructuras, cauces compuestos, curvas, desbordamiento de cauces) esto no es así debiéndose recurrir a una aproximación bidimensional, más costosa en información, complejidad del modelo y tiempo de cálculo. Se desarrollan nuevas metodologías para la modelación en una y en dos dimensiones y se realiza la integración de ambas para disponer de modelos que permitan simular grandes áreas considerando una aproximación unidimensional donde ésta sea suficiente, y en dos dimensiones donde las características geométricas o del flujo así lo aconsejen, mejorando la eficiencia de las metodologías existentes actualmente.Las características de las ecuaciones de Saint Venant determinan que las metodologías válidas para otros sistemas de ecuaciones hiperbólicos presenten problemas que conducen a errores importantes en la solución. En una dimensión, y para geometrías irregulares, las ecuaciones presentan una variación espacial del vector de flujo debido a los cambios geométricos. Se desarrolla una metodología para considerar dicha variación que, junto con un correcto tratamiento del término independiente, permite desarrollar un esquema de alta resolución en una dimensión de aplicación a ríos con convergencia a la solución estacionaria correcta.Para la aproximación bidimensional también se consigue un correcto balance del término independiente discretizado, así como el mojado y secado del dominio, y se permite la incorporación de agua de lluvia al modelo. Así se dispone de un modelo hidrológico distribuido de transformación lluvia - escorrentía totalmente integrado en un modelo hidráulico. En la discretización se pueden utilizar tanto elementos triangulares como cuadriláteros. El sistema se ha implementado en una interfaz amigable de preproceso y postproceso.Se realiza una exhaustiva verificación de la metodología desarrollada, mediante la comparación con problemas con solución analítica, otros modelos numéricos, y experiencias de laboratorio. Se presentan también aplicaciones de la herramienta desarrollada, para la resolución de problemas reales de ingeniería y dinámica fluvial. / Understanding the hydraulic behaviour of rivers during floods is crucial for the resolution of a variety of problems of hydraulic engineering and river dynamics as flood areas mapping, embankments and hydraulic structures design, streambank stabilization, dam break studies, river rehabilitation, or risk assessment in extraordinary precipitation events. That is the reason for studying unsteady open channel flow in irregular geometries through the development of numerical simulation tools.The main objective of this work is generating mathematical modelling tools for unsteady open channel flow in irregular geometries, as natural rivers are. The developed numerical schemes are aimed to be able to properly simulate discontinuous flows (front waves, hydraulic jumps, transcritical flows) as occurs during a real flood in most rivers, especially those in Mediterranean areas. Explicit numerical schemes, based on the finite volumes technique, for the resolution of the Saint Venant equations in conservative form, are developed. This shock capturing schemes are most suitable for the simulation of flows with discontinuities. The developed schemes are high resolution schemes: second order precision away from flow discontinuities, no spurious oscillations and no extra dissipation (as with first order schemes) around them.Flow patterns in rivers depend on their geometry. When there exists a predominant flow direction a one dimensional approach can be used, but other times (river confluences, flow around structures, compound channels, river channel overflow) a two dimensional approach is needed. This last one is more expensive as needs more topographic information, model development is complex, and computational time is greater. New methodologies for one and two dimensional modelling are developed, but also both approaches have been integrated in order to be able to model big areas using a one dimensional approach when it is enough, and a two dimensional one when it is required by flow or geometry characteristics. In that way the efficiency of existing modelling methodologies is improved.Due to the special characteristics of Saint Venant equations, modelling methods that work for other hyperbolic equations can lead to important errors. In one dimension and irregular geometries, the flux vector of the equations has a spatial dependency on the geometry variations. A methodology that takes into account that dependency is developed. That, together with a correct treatment of the equations source term, allows a correct balance with the discretised term of the rest of the equations, leading to one dimensional high resolution schemes for irregular geometries. Similar schemes in known previous works were not able to converge to steady state solutions or, if they did, they did not converge to the correct one.A correct balance of the discrtetised source term is also achieved in two dimensions. Also, wetting and drying of the domain and precipitation inputs are implemented. In such way, the developed model can also be seen as a hydrological distributed rainfall-runoff transformation model fully integrated in a hydraulic model. The domain discretisation can be done using triangles or quadrilaterals, and the whole system has been integrated in a user friendly pre-process and post-process interface.High resolution schemes are based in a mathematical theory which is only valid for hyperbolic equations much simpler than Saint Venant equations. For that reason an exhaustive verification of the methodology is carried out. Verification is done with comparison against problems with analytical solution, other numerical models and laboratory experiments. Finally, some real applications of the methodology to engineering and river dynamics problems are presented.

El desarrollo de la ingeniería tisular, nace por la necesidad de dar solución a la gran cantidad de enfermedades que se dan por el deterioro de los tejidos mediante la utilización de células vivas para la regeneración del tejido dañado. El procedimiento básico seria la eliminación del tejido dañado para posteriormente introducir las células en condiciones óptimas para repararlo. Esta metodología de regeneración tisular, necesita una matriz o soporte poroso que guíe el tejido a medida que se desarrolla. El objetivo principal de esta tesis es sintetizar materiales porosos, con la finalidad de utilizarlos en aplicaciones de ingeniería tisular; tanto en regeneración de tejidos, como en cultivos in vitro. Las composiciones utilizadas en esta investigación pertenecen a la familia de los acrilatos, como monómero base se tomó el acrilato de etilo (EA) hidrófobo. El EA se copolimerizó con el metacrilato de hidroxietilo (HEMA), con la finalidad de estudiar la variación de la hidrofilicidad del material en bloque, es decir, conocer la distribución de dominios hidrófilos. El siguiente paso fue conocer la influencia de la esterilización mediante radiación sobre la serie de copolímeros de hidrofilicidad variable. El tercer paso, fue la búsqueda de un método de síntesis de soportes porosos, con una arquitectura definida (poros esféricos e interconectados), con independencia de la composición EA/HEMA. La caracterización de estos materiales 3-D se realizó, básicamente, mediante micrografías en el microscopio electrónico de barrido (SEM), ensayos mecánicos y cálculos de porosidad. El siguiente planteamiento era determinar por qué en ciertas condiciones la estructura porosa una vez secada se encontraba colapsada. Para entender este problema, se sintetizaron una serie de materiales porosos con diferentes porcentajes de entrecruzador y mediante diversas caracterizaciones de los materiales se llegó a entender este fenómeno. Finalmente, se realizó un estudio de las propiedades mecáni / Brígido Diego, R. (2006). Síntesi i caracterització de suports polimèrics porosos per aplicacions en enginyeria tissular [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2002

En la darrera dècada, el disseny de sistemes de supervisió per a processos industrials ha rebut força atenció. Aquest fet s'explica per l'augment de la demanda en prestacions, flexibilitat i seguretat causada per la creixent conscienciació en qüestions de qualitat , legislació ambiental, i productivitat. L'interès principal d'aquesta Tesi es centra en el disseny d'un Sistema de Supervisió Intel·ligent (SIS). La tasca encomanada al SIS és la vigilància del procés, que consisteix en identificar i notificar a l'operador el seu estat de funcionament. Així per exemple, si el SIS detecta un estat de fallada, l'operador podrà emprendre les accions correctores adequades.La originalitat d'aquest treball es basa en la proposta d'una metodologia de disseny basada en la interpretació d'esdeveniments significatius, detectats en els senyals mesurats. En aquesta metodologia, l'expert té un paper rellevant, proporcionant el seu coneixement heurístic del procés. Es proposa una arquitectura de supervisió estructurada en dos nivells: la interfície i el supervisor.La interfície és l'encarregada d'abstraure informació significativa del procés, a partir de l'anàlisi dels senyals mesurats. Per aquest nivell, s'ha formalitzat una metodologia de disseny fonamentada en el paradigma de les finestres lliscants. Una finestra és un conjunt de dades consecutives d'un senyal, caracteritzada per una amplada i un desplaçament. Aplicant un càlcul determinat sobre aquestes dades és possible obtenir una nova dada. Així, l'anàlisi de diverses finestres consecutives proporciona un nou senyal sobre el que es pot aplicar un procediment similar. Continuant aquest procés iteratiu, es pot arribar a abstraure un senyal amb un contingut prou significatiu per a l'expert. Aquesta informació és transmesa al supervisor en forma d'esdeveniments.El supervisor s'encarrega d'interpretar els diversos encadenaments d'esdeveniments observats, i notifica l'estat de funcionament del procés a l'operador. Per aquest nivell, s'ha desenvolupat una metodologia per a l'obtenció d'un model comportamental de la planta, com a màquina d'estats finits. El procediment de modelatge proposat considera la definició de models associats a diversos components del procés i a les interaccions que s'estableixen entre ells. L'autòmat final s'obté per composició de tots aquests models.Ambdós nivells es nodreixen del coneixement heurístic de l'operador: definint els esdeveniments significatius a detectar mitjançant l'anàlisi dels senyals, i associant els encadenaments esperats a estats de funcionament.La metodologia de disseny del SIS ha estat validada satisfactòriament mitjançant l'aplicació a un procés biotecnològic i a una estació de mecanitzat.Diversos resultats d'aquest treball han estat presentats a congressos nacionals i internacionals. / OF THE THESISOver the last decade, the design of supervisory systems for industrial processes has received a great deal of attention. One reason for this is the increased demands on performance, flexibility, and safety caused by increased awareness, environmental regulations, and customer-driven productivity.The main purpose of this Thesis is the design of a Supervisory Intelligent System (SIS). The proposed SIS is concerned with process monitoring, consisting in process functional state identification and its notification to the operator. For example, on faulty state detection, the operator could apply the appropriate corrective action.The originality of this work consists in proposing a design methodology based on the interpretation of significative events, detected from measured signals. In this methodology, heuristic knowledge supplied by operators and experts is very important. A two level supervision architecture is proposed: the interface and the supervisor.The interface deals with abstracting significative process information by means of measured signals data analysis. For this level, a design methodology based on the sliding window paradigm has been formalised. A window is a signal data set, characterised by a duration and a sliding time. Running a specific computation on this data set produces new data. So, the analysis of different consecutive windows leads to a new signal on which a similar procedure can then be applied. Following this iterative process, a signal can be derived which carries enough significative information according to the operator. This information is transmitted to the supervisor as events. The supervisor translates observed event sequences into process states, which later are notified to the operator. For this level, we propose a design methodology that supplies a behavioural plant model by means of a finite state machine description. This procedure is based on modelling process components and interactions between them. The final automaton is obtained by the composition of all these models.Both SIS levels depend on the available operator heuristic knowledge: defining significative events which are to be detected using data analysis, and linking expected event sequences to functional states.The SIS design methodology has been successfully validated through its application to a biotechnological process and a milling machine.Several results in this dissertation have been presented at national and international conferences.

Se ha elaborado un modelo general para la consolidación del suelo parcialmente saturado en condiciones unidimensionales. El modelo acopla los cambios de succión con la deformación volumétrica a través del concepto de superficie de estado. Adicionalmente, se ha propuesto una metodología de cálculo para evaluar los cambios de volumen y de presión de aire y de agua en un proceso de carga no drenada. El modelo se ha implementado utilizando la técnica de los elementos finitos y se ha aplicado a diversos casos de interés geotécnico: consolidación en un suelo no saturado, infiltración con hinchamiento o colapso, desarrollo de presión de hinchamiento en condiciones confinadas y construcción capa a capa de obras de tierra. Paralelamente, en el laboratorio se ha desarrollado una célula edométrica para realizar ensayos con succión controlada. Este equipo se ha utilizado para obtener las superficies de estado de un caolín comercial y para comprobar de forma experimental la validez del modelo numérico propuesto. Se ha obtenido un buen ajuste entre las medidas de laboratorio y las predicciones del modelo si se tienen en cuenta las deformaciones debidas a la fluencia del suelo. Este trabajo constituye una aportación en la tarea de desarrollar nuevos métodos de cálculo y técnicas de laboratorio que pueden ser de utilidad en situaciones en las que el flujo acoplado con la deformación en un medio no saturado sea relevante, tal como es el caso de terraplenes, presas de tierra , barreras de residuos, etc.

Grâce à l'amélioration des performances des outils expérimentaux et numériques, la mécanique des matériaux peut explorer des échelles de plus en plus fines. Une meilleure compréhension, voire une prédiction, des phénomènes locaux mis en jeu est alors espérée. Cette thèse s'intéresse à la plus petite échelle impliquée dans le comportement mécanique des matériaux, c.-à-d. les interactions entre noyaux dues au comportement des électrons, et notamment des électrons de valence. L'originalité de ce travail est dans la mise en place des éléments finis comme outil numérique de résolution de ce problème. Cette approche largement utilisée dans le domaine de la mécanique des structures fournit de puissants outils numériques permettant de résoudre le problème électronique. Des modèles de Hartree-Fock et post-Hatree-Fock sont implémentés, et les caractéristiques mécaniques des structures électroniques sont estimées. Ces résultats reposent sur de nombreuses approximations dues aussi bien à la modélisation qu'aux approximations numériques. Des estimateurs d'erreur sont développés pour analyser les résultats.

En el trabajo se definen modelos constitutivos que permiten reproducir el proceso de fallo de estructuras de materiales compuestos en distintas escalas bajo cargas estáticas. Se define un modelo constitutivo para determinar la respuesta de estructuras de materiales compuestos mediante la teoría de laminados. El modelo es validado mediante un programa de ensayos experimentales con probetas con un agujero central geométricamente similares. Se muestra la capacidad del modelo de detectar el efecto tamaño.Se define un modelo constitutivo para materiales transversalmente isótropos bajo estados tridimensionales de tensión. El modelo se valida analizando numéricamente el proceso de agrietamiento de la matriz. Finalmente se desarrolla un modelo analítico para determinar el agrietamiento de la matriz y la delaminación entre las capas. / In this contribution a set of constitutive models are defined to reproduce the damage processes that takes place in laminated composites until failure at different scales under static loads.A damage model is defined to determine the structural response of composite structures by means of laminated theory. The validation of this model is done by comparing the numerical results with an experimental program on open hole test specimens. The ability of the model to reproduce the size effect in laminated composite is demostrated.A damage model for a transversely isotropic material under tridimentional stress states is defined. It is numerically validated analysing the process of matrix cracking in multidirectional composites.Finally an analytical model is defined that describes the onset and evolution of matrix cracking and delamination .

[ES] La técnica de "Soil Nailing" es un procedimiento de refuerzo del terreno utilizado continuamente en la estabilización de taludes y cortes del terreno en proyectos de ingeniería geotécnica. Esta técnica se aplica con frecuencia en la ciudad de Quito (Ecuador) para el refuerzo del terreno, mejorando la estabilidad de los taludes, durante el proceso de excavación de varios niveles de sótanos. Estas excavaciones de gran profundidad son habituales en proyectos inmobiliarios importantes de la ciudad, en los que el "Soil Nailing" se emplea con algunas variantes que la ajusten a los recursos constructivos disponibles en el medio. Pese a lo extendido de su uso, esta técnica, que ha resultado ser efectiva para estabilizar las excavaciones durante los procesos constructivos de estructuras de sótano en los suelos de la ciudad de Quito, actualmente dispone de pocas investigaciones locales, ya sean teóricas, numéricas o experimentales, basadas en las propiedades geotécnicas de los suelos volcánicos característicos de la ciudad. Esta Tesis Doctoral que contó con el soporte del Laboratorio de Ingeniería Geotécnica y el Laboratorio de Estructuras del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València presenta un estudio experimental y numérico del comportamiento de dos excavaciones reforzadas con la técnica de "Soil Nailing" para la construcción de las estructuras de sótano de dos importantes edificios ubicados en la zona centro-norte de la ciudad de Quito. Tanto el estudio experimental como el numérico se enfocan principalmente en la evolución de las fuerzas de tensión en las barras de acero de los "Soil Nails", el análisis de desplazamientos horizontales de las pantallas y el análisis de asentamientos en el terreno que se encuentra detrás de las pantallas y que fueron inferidos por la construcción de cada nivel de sótano. Como parte del análisis numérico a través de elementos finitos se han considerado diferentes modelos constitutivos de suelo, cuyos parámetros se determinaron detalladamente de acuerdo a los ensayos de laboratorio del estudio de caracterización geotécnica de esta investigación. Por tanto, esta Tesis Doctoral constituye una de las primeras investigaciones completas de la región encaminada a explicar el comportamiento experimental y numérico de excavaciones mediante la técnica de "Soil Nailing" y respaldada con un completo trabajo de caracterización geotécnica, llevado a cabo a propósito como parte de este estudio. / [CA] La tècnica de "Soil Nailing" és un procediment de reforç del terreny utilitzat contínuament en l'estabilització de talussos i talls del terreny en projectes d'enginyeria geotècnica. Esta tècnica s'aplica ben sovint en la ciutat de Quito (Equador) per al reforç del terreny, millorant l'estabilitat dels talussos, durant el procés d'excavació de diversos nivells de soterranis. Estes excavacions de gran profunditat són habituals en projectes immobiliaris importants de la ciutat, en els que el "Soil Nailing" s'empra amb algunes variants que l'ajusten als recursos constructius disponibles en el mig. A pesar d'allò que s'ha estés del seu ús, esta tècnica que ha resultat ser efectiva per a estabilitzar les excavacions durant els processos constructius d'estructures de soterrani en els sòls de la ciutat de Quito, actualment disposa de poques investigacions locals, ja siguen teòriques, numèriques o experimentals basades en les propietats geotècniques dels sòls volcànics característics de la ciutat. Esta Tesi Doctoral que va comptar amb el suport del Laboratori d'Enginyeria Geotècnica i el Laboratori d'Estructures de l'Institut de Ciència i Tecnologia del Formigó (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València presenta un estudi experimental i numèric del comportament de dos excavacions reforçades amb la tècnica del "Soil Nailing" per a la construcció de les estructures de soterrani de dos importants edificis ubicats en la zona centre-nord de la ciutat de Quito. Tant l'estudi experimental com el numèric s'enfoquen principalment en l'evolució de les forces de tensió en les barres d'acer dels "Soil Nailing", l'anàlisi de desplaçaments horitzontals de les pantalles i l'anàlisi d'assentaments en el terreny que es troba darrere de les pantalles i que van ser inferits per la construcció de cada nivell de soterrani. Com a part de l'anàlisi numèrica a través d'elements finits s'han considerat diferents models constitutius de sòl, els paràmetres de la qual es van determinar detalladament d'acord amb els assajos de laboratori de l'estudi de caracterització geotècnica d'esta investigació. Per tant, esta Tesi Doctoral constituïx una de les primeres investigacions completes de la regió encaminada a explicar el comportament experimental i numèric d'excavacions per mitjà de la tècnica del "Soil Nailing" i protegida amb un complet treball de caracterització geotècnica, dut a terme a propòsit com a part d'este estudi. / [EN] The "Soil Nailing" technique is a ground reinforcement procedure used consistently to stabilize slopes and land sections in geotechnical engineering projects. This technique is frequently used in the city of Quito (Ecuador) to reinforce the ground and improve slope stability during the excavation process for various underground parking levels. Such deep excavations are common in the city's most important real estate projects, in which "Soil Nailing" is used with different variations that are adjusted in accordance with the construction resources available in the particular environment. Despite its widespread use, this technique which has proven to be so effective in stabilizing excavations during the construction of underground structures in the soils of the city of Quito, currently suffers from a lack of local theoretical, numerical or experimental research based on the geotechnical properties of the city's characteristic soils. This Doctoral Thesis was supported by the Geotechnical Engineering Laboratory and the Structures Laboratory of the Concrete Science and Technology Institute (ICITECH) of the Universitat Politècnica de València. It presents an experimental and numerical study of the behavior of two excavations reinforced with the Soil Nailing technique for the construction of the basement structures of two important buildings located in the north-central area of the city of Quito. Both the experimental and the numerical study focus mainly on the stress of tension forces exerted on the steel bars of the "Soil Nails", analysis of horizontal wall displacements and analysis of settlements of the ground behind the walls, which were induced by the construction of each underground level. As part of the numerical analysis through finite elements, different constitutive soil models were considered, the parameters of which were determined in detail in accordance with laboratory testing from the geotechnical characterization study for this research. This Doctoral Thesis, therefore, constitutes one of the first complete studies in the region aimed at explaining the experimental and numerical behavior of excavations through the Soil Nailing technique, supported by complete geotechnical characterization work which was carried out for the purpose of forming part of this study. / Capa Guachón, VE. (2021). Estudio experimental y numérico del comportamiento de excavaciones ejecutadas mediante la técnica de suelo claveteado (soil nailing) en suelos de la ciudad de Quito (Ecuador) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/164174