Estudio de la dosificación, fabricación y estudio de las propiedades mecánicas de los tableros estructurales derivados de la Posidonia Oceánica y partículas de madera de Pino Gallego.

Actualmente hay diversas corrientes investigadoras que han profundizado en el estudio del comportamiento mecánico de los materiales, dejando un apreciable cúmulo de experiencias aprovechables. No obstante, se encuentran innumerables interrogantes que aún subsisten sobre el conocimiento del hormigón, dentro de todo su rango de comportamiento.El trabajo desarrollado en esta la tesis, formula un "modelo constitutivo que permite simular el comportamiento de un material cohesivo-friccional", con especial énfasis en el hormigón. Las bases del modelo se encuentran en la "mecánica de los medios continuos", lo que permite presentar una formulación consistente sobre el comportamiento físico de los sólidos en general, y en particular de aquellos que resisten gracias a la acción conjunta de la cohesión y la fricción entre sus partículas granulares.Hasta el presente, se han desarrollado diversos modelos constitutivos, unos más potentes que otros; pero por norma general, cada modelo ha tratado de solucionar uno o más problemas, según sea la exigencia y la motivación que haya conducido a su desarrollo. El modelo constitutivo que aquí se presenta, como todos los ya formulados, tiene una estructura matemática limitada; pero está orientado a solucionar algunos aspectos que otros no han considerado: "El comportamiento total y unificado de procesos a compresión y/o tracción, considerando los respectivos fenómenos de aplastamiento y fisuración, a través de una única formulación teórica".Entre las características más destacadas del modelo que se presenta, se pueden citar las siguientes: Trata en forma unificada los procesos multiaxiales a tracción y compresión, mediante una formulación inelástica sólidamente fundada en la teoría matemática de la plasticidad y el daño.  Define entre sus variables internas, la variable de daño plástico y la cohesión, y permite, si fuese necesario, definir también como variables internas el rozamiento entre partículas, y la dilatancia. Estas variables internas, siguen una ley de evolución que depende del proceso elasto-plástico mismo, y de unas funciones que son ajustadas a partir de resultados experimentales uniaxiales.  Permite definir distintos tipos de criterios de discontinuidad inicial (fluencia inicial para los metales) y subsecuentes superficies de carga plástica, controladas por una regla de endurecimiento que tiene un sentido físico directo, estableciendo así los distintos estados elasto-plásticos consistentes. Trata el flujo plástico a través de una regla de normalidad, asociada a una superficie de potencial plástico, que puede o no coincidir con las de carga plástica. Esta función potencial es la que garantiza el control del fenómeno de dilatancia. Considera que los materiales no solo tienen distintos limites tensionales de falla a tracción y a compresión, sino también distingue para cada uno de estos procesos, deformaciones últimas diferentes. Esto se consigue mediante una generalización de la variable de endurecimiento plástico, que en este modelo se le ha dado el nombre de variable de daño plástico.  Permite simular el comportamiento multiaxial , a partir de datos que surgen de ensayos experimentales uniaxiales.  Trata el concepto de daño y su macro-direccionalidad, a partir del fenómeno de localización de deformaciones.  A modo informativo, obtiene el daño local (daño en un punto), y su dirección, mediante un post-procesamiento de resultados, una vez que se converge al estado de equilibrio. El coste de inclusión de una formulación constitutiva de este tipo, en un programa de elementos finitos de propósito general, capacitado para el cálculo no-lineal, no es excesivamente elevado, sino hasta relativamente simple.Además del modelo constitutivo de daño plástico, que conforma el tema central de la tesis, se presentan otros conceptos que le sirven de complemento. Entre ellos se encuentra una modificación de la función de Mohr-Coulomb y la formulación de distintas funciones de cohesión, con las que se han resuelto gran parte de los problemas de comprobación. Además, se formula una modificación simple y original sobre la técnica numérica de control de desplazamientos, desarrollada a través de un camino plano, que mejora la convergencia hacia la solución durante la resolución del sistema de ecuaciones no-lineales; y también se desarrolla una variante sobre el algoritmo de retroceso radial de Euler, que mejora la integración numérica de la ecuación constitutiva elasto-plástica para procesos que incluyen ablandamiento por deformación.Por último, con el objeto de ayudar y aclarar la lectura de la tesis, se agregan temas de conocimiento general que se desarrollan con un enfoque orientado hacia el modelo constitutivo que se propone. Estos son:  Una reseña sobre las propiedades básicas del hormigón. Un estado del arte sobre los modelos constitutivos más destacados. Una breve presentación de la teoría de la plasticidad clásica, y de algunos conceptos sobre el tratamiento numérico de un modelo constitutivo elasto-plástico genérico.

La investigación descrita se centra en las barandillas de seguridad tipo B y C (UNE-EN 13374), utilizadas en obras de construcción o mantenimiento, que deben resistir caídas de potenciales accidentados desde una altura máxima de 5 m, sobre un plano de caída de hasta 60° sobre la horizontal (o mayor altura con menor inclinación) y ser capaces de absorber una energía cinética de hasta 2.200 julios con determinados requisitos de deformabilidad mínima. Por sus características y requerimiento, este tipo de barandillas se construyen frecuentemente mediante un bastidor metálico sobre el que se tiende una red de seguridad. Dadas las dificultades de análisis del fenómeno del impacto y proceso de detención, los trabajos se inician con el desarrollo de un modelo matemático mediante la técnica de elementos finitos partiendo de un comportamiento equivalente elástico bilineal de la red, analizado en trabajos anteriores, capaz de simular la realidad y valorar el conjunto de variables implicadas en el estudio como las deceleraciones del lastre, tensiones de los soportes, deformaciones de la red, trayectoria de detención del lastre, factores de impacto, inclinación de la protección, tamaño de la red y distancias entre soportes. Asimismo se ha efectuado un estudio cinemático simplificado del proceso de la retención del lastre, consiguiendo una expresión simple que puede usarse como herramienta de diseño de estos sistemas de protección. Por último se han realizado ensayos experimentales de prototipos de barandillas a escala real en laboratorio, para contrastar y ajustar, en su caso, el modelo matemático de elementos finitos. Todo este trabajo permite llegar a conclusiones que hacen dudar de algunos de los requisitos vigentes de UNE-EN 13374 para estos dispositivos, y encontrar soluciones satisfactorias.

Es necesario para evitar el mayor número posible de pérdidas humanas mejorar las estructuras frente a cargas sísmicas. Las estructuras aporticadas de hormigón armado son el sistema estructural más utilizado en nuestra sociedad, especialmente en las tipologías residenciales. Estas estructuras de hormigón armado presentan una ductilidad elevada, pero la rotura siempre es en el nudo, y es necesario analizar un refuerzo capaz de absorber la energía del sismo y evitar la ruina de la estructura. Cuanto mayor es la ductilidad, mayor es la absorción de energía del sismo, mayor es la deformación que puede alcanzar sin el colapso de la estructura y por tanto disminuyen el riesgo de las personas que en dicha estructura habitan. Es por ello que se pretende estudiar de forma experimental las estructuras mixtas frente a esfuerzos sísmicos, con una simulación de un nudo entre una viga y un pilar, analizando la resistencia poscrítica y el aumento de ductilidad en las estructuras de hormigón armado que evitarían la pérdida de muchas vidas humanas en caso de seísmo.

“Sistemas de protección individual contra caídas: Legislación, definiciones y equipos”. Dentro del sector de la construcción, el riesgo de caída a distinto nivel en trabajos de altura supone un elevado número de accidentes mortales, que en muchos casos son debidos al desconocimiento de los sistemas de protección o a una incorrecta elección de sus componentes. Desde el punto de vista normativo UNE-EN 363:2099 Sistemas de protección individual contra caídas, describe y detalla cinco sistemas normalizados en el campo de los trabajos en altura con protección individual: retención, sujeción, acceso mediante cuerda, anticaídas y salvamento. Con esta publicación se pretende mejorar la seguridad de los trabajadores expuestos a riesgos por caída de altura, estableciendo los criterios de selección y verificación de los requisitos d cada componente que forma un sistema de protección individual contra caídas. “Sistemas de protección individual contra caídas: Simulación numérica”. Este artículo analiza variables geométricas que afectan al comportamiento del sistema, como la altura de caída libre y la longitud de la cuerda de retención. También analiza otros parámetros: la rigidez y amortiguamiento del material de retención, y el peso del operario. A tal fin, el fenómeno ha sido simulado con modelos dinámicos de elementos finitos mediante una cuerda elástica (sin rigidez a compresión) y un lastre rígido, variando los parámetros citados. Ello permite obtener valores verosímiles de las máximas fuerzas sobre el accidentado y sobre el sistema durante el impacto, y su duración. Los resultados demuestran el papel fundamental de la proporción entre altura de caída y longitud de cuerda (factor de caída) sobre las variables del impacto, más determinante que la propia altura de caída. Las elevadas fuerzas máximas obtenidas (crecientes con la rigidez, con la masa del lastre y con el amortiguamiento) indican la necesidad de incluir en el modelo absorbedores de energía elastoplásticos, en futuras investigaciones, con el fin de disminuir el impacto a valores razonables. En el apartado correspondiente a trabajos no publicados se presentan los resultados y conclusiones referidas al sistema con absorbedor de energía integrado. “Soft retention in height fall safety devices”. En este trabajo se analizan tres sistemas de seguridad: protecciones colectivas como las redes de seguridad (tipo V) o los sistemas provisionales de protección de borde (barandillas de clase C) y los sistemas de protección individual anticaídas (con arnés). Varios de los dispositivos de seguridad para evitar caídas de altura en las obras de construcción implican la absorción de energía cinética debido a los impactos. Es el caso de algunos sistemas de protección colectiva como redes de seguridad y las protecciones provisionales de borde y otros sistemas de protección personal contra caídas. Es en este último apartado donde la doctoranda realiza su aportación más relevante a este artículo, en colaborando con otros investigadores en el mismo campo que realizan desarrollos sobre sistemas de protección colectiva contrastándolos con los desarrollos en cuanto a sistemas de protección personal. En este trabajo, se hace una discusión sobre tres variables (energía cinética, desaceleraciones del cuerpo y la deformación del sistema) para los dispositivos de seguridad citados en la parte superior con los resultados y conclusiones de los estudios originales que muestran algunas incoherencias y requisitos inadecuados en las normas actuales. Estas normas se podrían mejorar en futuras revisiones con el fin de garantizar suficientes deceleraciones y fuerzas bajas en los procesos de retención de caída.

La técnica del confinamiento es un recurso muy eficaz para mejorar la capacidad portante de los elementos comprimidos. En el caso particular de los soportes de piedra, los refuerzos se han venido realizando tradicionalmente con elementos metálicos; sin embargo, la reciente introducción de los materiales compuestos en la industria de la construcción ofrece un gran potencial y supone una alternativa muy interesante. El confinamiento con materiales compuestos ha sido ampliamente investigado durante los últimos años, si bien la inmensa mayoría de los estudios publicados se han centrado en el refuerzo de elementos de hormigón, mientras que las referencias acerca del zunchado de piezas de piedra o mampostería son muy escasas por el momento. Esta tesis se plantea, por consiguiente, a fin de poder ampliar en la medida de lo posible el estado del conocimiento en esta materia. En la investigación que se propone, de carácter básicamente experimental, se emplea como material base la Piedra de San Julián, una calcarenita con la que se encuentran construidos la mayoría de los edificios históricos de la ciudad de Alicante. En una primera fase del trabajo se estudian las propiedades del material pétreo intacto y sometido a condiciones adversas: exposición a temperaturas elevadas (mediante horno eléctrico o tratamiento con fuego real) o saturación con agua, a fin de evaluar la pérdida de capacidad mecánica de la roca en estas circunstancias. En una segunda fase se procede al refuerzo de las muestras de piedra con encamisados de distinta naturaleza, tanto polímeros reforzados con fibras (FRP) como morteros de base cementosa reforzados con mallas (FRCM), analizándose la respuesta de las piezas confinadas en función del tipo de material empleado y el tratamiento sufrido por la roca. La investigación concluye con un estudio en el que se comparan los resultados obtenidos experimentalmente con los modelos de confinamiento propuestos por las principales guías de diseño, a fin de valorar el nivel de precisión de dichos modelos para cada una de las situaciones contempladas en este trabajo.

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La presente tesis muestra el trabajo realizado durante los últimos diez años en la concepción de estructuras de singulares tanto para infraestructuras de obra civil como para obras de arquitectura. Estas estructuras se han concebido la mayor parte de las veces por equipos pluridisciplinares en los que los conocimientos de los integrantes de los equipos de trabajo han sumado con el objetivo común del proyecto redactado. Las estructuras estudiadas en la tesis tienen la característica común de configurarse en forma de pieles, que son a su vez estructura y forma de los objetos construidos. A lo largo del documento de síntesis, y en los artículos que forman el compendio de publicaciones, se explican; los planteamientos proyectuales, las condiciones de contorno impuestas de forma objetiva y también los impuestos de forma subjetiva, el proceso de diseño y análisis de las estructuras, las mediciones y observaciones de comportamiento que se realizaron, y el análisis del impacto en lo material y lo inmaterial de las ciudades en las que se han implantado. También se presentan las conclusiones obtenidas tras los trabajos realizados tanto en cuanto a la concepción y análisis de las estructuras, como en lo referente al impacto positivo que su creación ha producido. Finalmente se indican las líneas de investigación que pueden seguir el camino marcado por el trabajo desarrollado en esta tesis.

El interés por las estructuras mixtas de hormigón y madera está plenamente justificado por su aplicación técnica en rehabilitación de forjados antiguos de madera, en nuevos forjados o en cualquier otra tipología estructural al amparo, entre otros, de criterios ambientales y de sostenibilidad, al ser la madera un material de menor coste energético que los clásicos hormigón o acero. En éste tipo de estructuras la conexión entre materiales es la que hace posible el trabajo conjunto de todos ellos. En la presente tesis se ha realizado una revisión pormenorizada de las características mecánicas de los conectores utilizados para este tipo de estructuras, en términos de resistencia a esfuerzo rasante, rigidez y modo de rotura, encontrando que estas propiedades mecánicas son manifiestamente mejorables. A partir de una idea preconcebida, se realizan ensayos con el material necesario y se desarrolla el diseño de un nuevo conector que, colocado inclinado respecto del plano de contacto entre materiales, trabaja a flexotracción y supera los inconvenientes de los precedentes. Se analiza con detalle cuáles han de ser sus características geométricas y cuáles son las propiedades mecánicas de la conexión resultante. Se comparan estas propiedades con las de algunas de las conexiones precedentes encontrando que su resistencia por unidad de área es superior a la de cualquier conexión anterior. Además con dicha disposición se moviliza un rozamiento en el plano de contacto que es en parte responsable de esas altas propiedades mecánicas conjuntas Mediante otra serie de ensayos se evalúa experimentalmente la magnitud del coeficiente de rozamiento para distintos acabados superficiales y sucesivos ciclos de carga. Se obtiene que la resistencia a rasante aportada por el rozamiento potencial puede llegar a ser del mismo orden que la propia resistencia del elemento en la dirección del deslizamiento. Se han fabricado dos prototipos de forjado mixto a escala real unidos con las conexiones diseñadas y se ensayan a flexión simple analizando su comportamiento, registrando en ambos casos las flechas resultantes en centro de vano. A partir de la teoría clásica de estructuras mixtas, se ha desarrollado un modelo matemático para el comportamiento a flexión del forjado con conexiones cuyo comportamiento rasante-deslizamiento se encuentra en rango elástico lineal, elastoplástico o plástico. Se ha aplicado a la conexión diseñada y, a pesar de las hipótesis realizadas para su desarrollo, el modelo predice con suficiente aproximación las flechas observadas y es, por tanto, una buena herramienta de diseño de los forjados de hormigón-madera.

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