Este trabajo analiza la circulación oceánica en los Golfos Norpatagónicos, una región del Mar Argentino que es ampliamente reconocida por la alta tasa de productividad y biodiversidad del ecosistema. El estudio está orientado fundamentalmente a una exploración sistemática de los procesos físicos que controlan la circulación mediante el empleo de un modelo numérico tridimensional de alta resolución. El análisis físico del problema progresa mediante una sucesión de experimentos numéricos de complejidad creciente, comienza con el estudio de un modelo de densidad constante (barotrópico) forzado por mareas y vientos y finaliza con el caso más complejo que incluye estratificación en la columna de agua generada por flujos de calor y humedad en la superficie. El resultado más importante que surge de este trabajo es que el forzante de mareas contribuye significativamente a la circulación residual en escalas submareales, tanto en el modelo homogéneo como en el estratificado. Los resultados del modelo homogéneo muestran que la interacción no-lineal entre la onda de marea y la topografía de fondo conduce a la formación de diversos patrones robustos de circulación residual: giros de cuenca, vórtices batimétricos y cuadupolos costeros, formados por vórtices de recirculación en las bocas del GSJ y GN. Con la excepción de los meses de invierno, cuando los vientos son más intensos, la respuesta del océano barotrópico está completamente dominada por la circulación ciclónica residual inducida por la marea. Se requiere un viento de gran intensidad y dirección adecuada (p.e. desde el Norte) para romper este patrón. Los resultados del modelo estratificado también muestran la profunda influencia de la marea en modelar el ciclo anual de circulación dentro del Golfo San Matías. La circulación general está dominada por un intenso giro ciclónico (compuesto de dos giros de recirculación) durante el verano y giros menores anticiclónicos en la costa sudoeste y al Norte de Península Valdés. El incremento de la circulación ciclónica entre Octubre y Febrero es producido por la interacción de la marea con la estratificación (generada por los flujos de calor) en la presencia de topografía variable. Como resultado de esta circulación cerrada, en verano el Golfo se halla prácticamente aislado de la plataforma externa. De Marzo a Setiembre con la erosión de la estratificación, el subgiro norte decae y gradualmente reduce su tamaño hasta ser absorbido por el subgiro sur. Simultáneamente el sector Oeste del Golfo es ocupado por un giro anticilónico. La inclusión del forzante de viento no modifica sustancialmente la estructura e intensidad del los giros de verano pero intensifica tanto los giros anticiclónicos como ciclónicos durante el otoñoinvierno. El Golfo Nuevo responde de manera similar, pero en este caso hay un sólo giro ciclónico durante todo el año que se intensifica en verano y se reduce en extensión espacial en invierno con la aparición de un débil giro anticiclónico en la costa oeste. Las corrientes residuales en el Golfo San José están dominadas por un intenso dipolo durante todo el año. Aunque fue inicializado con densidad constante en la horizontal, el modelo es además capaz de capturar la estructura e intensidad observada de los principales frentes térmicos en la plataforma externa y dentro del Golfo San Matías. / This dissertation analyses the oceanic circulation of the Norpatagonian Gulfs, a region of the Argentinean Sea that has long been recognized for the high productivity and biodiversity of the ecosystem. The study aims towards a systematic exploration of the physical processes that control the circulation using a high resolution three dimensional numerical model. To facilitate the dynamical understanding of the results our experimental strategy was to start with a constant density (barotropic) model forced by tides and winds, and to progress to a more complex case including density stratification generated by surface fluxes of heat and humidity. The main result that stems from the numerical experiments is that tidal forcing significantly contributes to the overall subtidal residual circulation both in the homogenous and stratified models. The barotropic model shows that the nonlinear interaction between the oscilating tide and bottom topography leads to the formation of several robust residual circulation patterns: basin gyres, bathymetric vortices and coastline cuadrupoles, whichs are formed by recirculating eddies at mouths of SJG and GN. With the exception of the winter months, when the winds are stronger, the barotropic ocean response is completely dominated by the cyclonic tidal residual. It is necessary to have a strong wind in the northerly or westerly direction to break that pattern. The results of the stratified model also shows the profound influence of the tides in shaping the annual cycle of the circulation inside San Matias Gulf. The overall circulation pattern is dominated by a strong cyclonic gyre (composed by two recirculating sub-gyres) during summer with smaller anticyclonic gyres on the southwest coast and north of Valdes Peninsula. The spinup of the cyclonic circulation between October and February is caused by the interaction of the tides and stratification (generated by surface heat fluxes) in the presence of variable topography. As a result of this closed circulation the Gulf is almost isolated from the shelf during summer. From March to September the stratification is eroded and the northern subgyre spins down and gradually shrinks in size being absorbed by the southern subgyre. Simultaneously, the western sector of the Gulf is occupied by an anticyclonic gyre. The inclusion of wind forcing does not substantially modified the structure and intensity of the summer gyres but strengthens both the cyclonic and anticyclonic circulation during fall-winter. There is a similar oceanic response in Nuevo Gulf, but in this case there is only one year-round cyclonic gyre that intensifies in summer and is reduced in spatial extension in winter with the appearence of a weak anticyclonic gyre in the western coast. The residual currents are dominated by a strong year-round dipole in San Jose Gulf. Being initialized with horizontally constant density, the model is also able to capture the oberved structure and intensity of main thermal fronts in the outer shelf and inside San Matias Gulf.

La Madera es un material natural utilizado en elementos estructurales dentro del ámbito de la Ingeniería Civil. Por tratarse de un biomaterial, tiene características complejas y variables. Particularmente, la madera proveniente de la especie Eucalyptus grandis cultivado en la Mesopotamia Argentina es una de las aceptadas para el uso estructural en el país por el Reglamento Argentino de Estructuras de Madera CIRSOC 601. Las piezas de este material presentan una gran variabilidad en sus propiedades en relación a otros materiales de uso estructural, la cual puede ser explicada tanto por las características de su micro y macro estructura, la incidencia del clima y el suelo, los procesos de producción, y la presencia de defectos que afectan su comportamiento mecánico. Dentro de estos últimos, de singular importancia para el uso estructural de este material, se destacan la presencia de médula y los nudos. Ambos, se encuentran limitados en los métodos de clasificación por resistencia de piezas estructurales. Debido a estos factores, la cuantificación de los efectos de la variabilidad de las propiedades materiales en la respuesta estructural es de interés dentro del ámbito del diseño ingenieril. Para ello, en el presente trabajo, se combinaron tres ejes temáticos principales: el material, el modelado estocástico y el modelado numérico. Estos ejes temáticos fueron empleados en la construcción de modelos numérico-estocásticos aplicables a elementos estructurales desarrollados en el entorno del Método de los Elementos Finitos. Estos modelos han sido calibrados y validados con resultados experimentales existentes mediante simulaciones realizadas a través del Método de Monte Carlo. Luego, fueron utilizados para la realización de estudios de propagación de incertidumbres en la respuesta estructural. Se muestra que un modelo estocástico del material que representa la variabilidad longitudinal de las propiedades del mismo provee una respuesta estructural más próxima a la observada en resultados experimentales. Además, como complemento al desarrollo numérico, se realizaron nuevos ensayos experimentales, dinámicos y estáticos, tanto en tablas como en vigas aserradas de dimensiones estructurales. Con el objetivo de validar las hipótesis asumidas para el desarrollo de los modelos estocásticos. Sumado a esto, dado que no se conocen valores precisos para este material se obtuvieron coeficientes de amortiguamiento, los cuales son necesarios para el estudio de la respuesta estructural bajo acciones dinámicas. Finalmente, y a los efectos de aplicar el modelo desarrollado a una estructura, se realizó un estudio numérico sobre un modelo de puente peatonal de madera con vigas laminadas bajo cargas dinámicas determinísticas y estocásticas producidas por peatones. El mismo, se llevó a cabo para el estudio de las condiciones de servicio. La cuantificación de incertidumbre pretende ampliar la información resultante en la predicción de la respuesta así como la sensibilidad de la misma a la variación de uno o más parámetros del sistema. En esta investigación, esto se logra a través del desarrollo y aplicación de modelos numérico-estocásticos aplicables a elementos estructurales y estructuras de madera aserrada. / Timber is a natural material employed for structural elements in the field of the Civil Engineering. Being a biomaterial, it has complex and random characteristics. Particularly, the Eucalyptus grandis cultivated in the Mesopotamic provinces of Argentine is one of the timber species accepted for the structural use by the Argentinean Standard of Timber Structures CIRSOC 601. The pieces of this material have a high variability in their properties in relation to other materials for structural use, which can be explained by the characteristics of its micro and macro structure, the incidence of the climate and soil, the production processes, and the presence of defects that affect its mechanical behavior. Within the latter, of singular importance for the structural use of this material, the presence of pith and knots are emphasized. Both types of defects are limited in the strength grading classification methods of structural elements. Due to these factors, the quantification of the influence of the timber material properties variability in the structural response is an important issue in the structural design. In order to quantify this influence, three thematic areas are combined: the material, the stochastic modelling and the numerical modelling. These areas were employed in the construction of numerical-stochastic models applicable to structural elements developed in the environment of the Finite Element Method. These models have been calibrated and validated with existing experimental results through simulations performed through the Monte Carlo Method. Then, they were used to carry out uncertainty propagation studies on the structural response. It is shown that a stochastic model of the material which represents the longitudinal variability of the properties provides a structural response closer to the experimental results. In addition, as a complement to the numerical development, new experimental dynamic and static tests were performed in beams and boards of structural dimensions. The aim of these tests is the validation of the assumptions taken into account in the development of the stochastic models. In addition to this, since no precise values are known for this material, damping coefficients were obtained, which are necessary for the study of the structural response under dynamic actions. Finally, and in order to apply the developed model to a structure, a numerical study of the structural behaviour of a timber footbridge under the action of deterministic and stochastic models of walking loads induced by pedestrians was performed. It was carried out in order to evaluate the serviceability conditions. The uncertainty quantification aims to extend the information resulting in the prediction of the response as well as the sensitivity to the variation of one or more parameters of the system. In this work, this is achieved through the development and application of numerical-stochastic models applicable to structural timber elements and structures.

El movimiento del mar (corrientes, olas...) es un factor determinante de las condiciones ambientales del medio marino. Estas condiciones son alteradas por las actuaciones humanas mediante la construcción de diques o espigones, el tendido de tuberías submarinas, la ejecución de planes de ordenación de playas, etc...Para evaluar y predecir los efectos de las actuaciones humanas en la zona litoral (e.g. alteraciones de la línea de orilla, contaminación debida a la emisión de efluentes químicos o térmicos, etc...) es necesario simular el flujo marino mediante un modelo matemático que nos permita abordar este cometido con total generalidad, aunque introduciendo por economía computacional, todas las simplificaciones que la naturaleza física del problema permita. En el estudio de la circulación marina en áreas de plataforma continental, bahías y estuarios poco estratificados, etc, es frecuente el uso de una versión simplificada de las ecuaciones de Navier-Stokes para aguas someras, comúnmente denominadas ecuaciones de Shallow-Water (SWE) (ver e.g. Abbot, 1979).Entre 1987 y 1990, se desarrolló en el Laboratorio de Ingeniería Marítima de la Universitat Politècnica de Catalunya un modelo quasi-3D en elementos finitos (ANASTASE) para resolver las SWE en régimen estacionario, encaminado al estudio oceanógrafico de la circulación en las zonas de rompientes y de plataforma continental a bajo coste computacional. El esquema numérico del modelo se basaba en una versión modificada del método de la función de penalización (García, 1990). Su uso práctico puso de manifiesto un conjunto de problemas característicos de códigos similares a éste (García et al., 1990; Espino et al.; 1992), cuyo denominador común es el no cumplimiento de la condición de incompresibilidad (Pelletier et al., 1989). Por otro lado, la elección de elementos Ql/PO para "abaratar" el coste de las soluciones numéricas planteaba, además de inconvenientes de tipo teórico, restricciones en cuanto a la bondad de los campos de presión (o altura de la superficie libre) calculadas por el modelo. En esta memoria se pretende desarrollar um modelo quasi-3D en elementos finitos que elimine los problemas que limitan la aplicabilidad/de ANASTASE. En segundo lugar, se investigan, haciendo uso del nuevo código, rasgos de la circulación general inducida por el viento en dos regiones con interés oceanógrafico: El Golfo de St. Jordi (Mediterráneo Occidental) y el Estrecho de Bransfield (Antártida).

En la actualidad, las decisiones en la ingeniería de costas y la gestión costera se apoyan, cada vez más, en los modelos numéricos predictivos de los procesos costeros, que por otra parte, se basan en modelos conceptuales simplificados que no reproducen de manera adecuada todos los procesos físicos relacionados en la dinámica costera. Buena parte de este problema se debe a la gran cantidad de incertidumbres que a día de hoy siguen existiendo en lo referente a la complejidad de la hidrodinámica, la transferencia de energía del oleaje a distintas escalas hidrodinámicas, la interacción de los flujos con el fondo marino y el transporte de sedimento y evolución del fondo resultantes. A pesar de esto y de su creciente demanda, raramente estos modelos se comparan (y validan) con datos de campo reales tomados en la zona de interés. Sin la adecuada calibración, la utilización de los resultados del modelado numérico de los procesos hidromorfodinámicos y de evolución costera a situaciones reales es, como mínimo, ambiguo y en ciertos casos podría ser hasta contraproducente. Para mejorar los planteamientos conceptuales de los modelos, es necesario realizar medidas de campo para mejorar el conocimiento de los procesos hidromorfodinámicos y que a su vez, sirvan para validar las predicciones numéricas. Dado que la mayor parte de los datos de campo disponibles se han tomado en playas en Estados Unidos, su utilidad para calibrar modelos en playas de otras partes del mundo es limitada. Para cubrir esta carencia, recientemente se han realizado importantes esfuerzos de investigación en este campo en Europa. En ésta tesis se presentan tres campañas de campo a nivel Europeo encaminadas, por una parte, a mejorar el conocimiento de los procesos físicos hidrodinámicos (Delta'93 y Delta'96 en el Delta del Ebro), y por otra, a la obtención de información esencial para la simulación numérica de los procesos morfodinámicos (Egmond, Holanda). El análisis de los datos obtenidos de las campañas Delta'93 y Delta'96 se ha centrado en la separación de las distintas escalas hidrodinámicas presentes en la zona cercana a la costa, la cuantificación de la transferencia de energía del oleaje a dichas escalas, la caracterización de la estructura vertical de las corrientes inducidas por la rotura del oleaje, la fricción con el fondo y la evolución batimétrica resultante. Los datos obtenidos de la campaña de Egmond se han utilizado para la calibración y validación del campo de oleaje, corrientes inducidas por la rotura y la evolución del perfil de playa predichas por un modelo hidromorfodinámico desarrollado en el LIM-UPC.

[ES] El diseño de puentes, a diferencia de lo que ocurre con el diseño de edificios o con el diseño de túneles ha dejado de lado la consideración de la acción del fuego hasta la fecha. Este vacío normativo, combinado con la gran repercusión económica y social de colapsos de puentes en el pasado como consecuencia de incendios, ha motivado un rápido incremento del número de estudios relativos a la ingeniería frente al fuego en el ámbito de los puentes. Aunque la acción del fuego no resulta del todo desconocida en el ámbito de las estructuras, sí que existen una serie de singularidades que impiden la trasposición directa de recomendaciones o de modelos de fuego simplificados ya desarrollados en otros campos que ya incorporan la acción del fuego en el diseño. En este contexto, el trabajo que a continuación se expone parte de un incendio ocurrido en el estado de Alabama en 2002, cuyas consecuencias fueron la demolición de un puente mixto de 37 metros de vano central, para plantear y validar una metodología que aborda el problema de forma numérica mediante tres modelos acoplados secuencialmente: modelo de incendios, modelo térmico y modelo mecánico Realizada una validación a nivel general se descubre que, aunque la configuración geométrica final obtenida se ajustan bastante a la realidad, la definición del incendio ha supuesto un gran número de hipótesis. Es por ello que se decide, en una segunda parte, realizar una campaña experimental que permita registrar la potencia del fuego, las temperaturas del gas y del acero y las flechas en un puente construido ad-hoc en el campus de la Universitat Politècnica de València. Este puente experimental tenía un vano único de 6 m de luz y fue sometido a cargas de fuego de hasta 1.3 MW. Mediante el empleo de los registros realizados en la campaña experimental se ha validado el modelo de incendio, el modelo térmico y el modelo mecánico. Con todo ello se ha puesto en evidencia la importancia del viento en la acción del fuego, la magnitud de los gradientes térmicos espaciales y la urgencia de desarrollar procedimientos simplificados que permitan la incorporación del fuego como acción en el ámbito de los puentes Las validaciones específicas de cada modelo han permitido además llegar a una serie de conclusiones de gran interés para la realización de futuras campañas experimentales en puentes a mayor escala. / [CAT] El disseny de ponts, a diferència del que passa amb el disseny d'edificis o amb el disseny de túnels ha deixat de banda la consideració de l'acció del foc. Aquest buit normatiu, combinat amb la gran repercussió econòmica i social de col·lapses de ponts com a conseqüència d'incendis, ha motivat un ràpid increment del nombre d'estudis relatius a l'enginyeria del foc del foc en l'àmbit dels ponts. Encara que l'acció del foc no resulta del tot desconeguda en l'àmbit de les estructures, sí que hi ha una sèrie de singularitats que impedeixen la transposició directa de recomanacions o de models de foc simplificats ja desenvolupats en altres camps que ja incorporen l'acció del foc al disseny. En aquest context, el treball que a continuació s'exposa part d'un incendi ocorregut a l'estat d'Alabama en 2002 i que va provocar la demolició d'un pont mixt de 37 metres de va, per plantejar i validar una metodologia que aborda el problema de forma numèrica mitjançant tres models acoplats seqüencialment: model d'incendis, model tèrmic i model mecànic Realitzada una validació a nivell general es descobreix que, encara que la configuració geomètrica final obtinguda s'ajusta en gran mesura a la realitat, la definició de l'incendi ha suposat un gran nombre d'hipòtesis. És per això que es decideix, en una segona part, realitzar una campanya experimental que permeta registrar la potència del foc, les temperatures del gas i de l'acer i les fletxes en un pont construït ad hoc al campus de la Universitat Politècnica de València. Aquest pont experimental presenta un va únic de 6 m de llum i va ser sotmès a càrregues de foc de fins a 1.3 MW. Mitjançant l'ús dels registres realitzats a la campanya experimental s'ha validat el model d'incendi, el model tèrmic i el model mecànic. Amb tot això s'ha posat en evidència la importància del vent en l'acció del foc, la magnitud dels gradients tèrmics espacials i la urgència de desenvolupar procediments simplificats que permetin la incorporació del foc com a acció en l'àmbit dels ponts Les validacions específiques de cada model han permès a més arribar a una sèrie de conclusions de gran interès per a la realització de futures campanyes experimentals en ponts a major escala. / [EN] To date, the fire action has been left aside in the bridge design despite this action has been widely considered in other structures such as building and tunnels. This regulatory vacuum, combined with the great economic and social impact of bridge collapses in recent times as a result of fires, has led to a rapid increase in the number of studies related to fire engineering in the field of bridges. Although the action of fire is not entirely unknown in the field of structures, there are a number of singularities that prevent the direct transposition of recommendations or simplified fire models from such fields. In this context, the study started by using a real fire which occurred in the state of Alabama in 2002 and led to the demolition of the 37-meter main span of a composite concrete and steel bridge to introduce and validate a methodology that numerically addresses the problem by uncoupling the problem in three different models: fire model, thermal model and mechanical model. Once the validation was accomplished at a general level, it was discovered that, although the geometrical data were quite adjusted to reality, the definition of the fire had involved a large number of hypotheses. That is why carrying out an experimental campaign to record the power of the fire, the gas and steel temperatures and the vertical deflections of a bridge built ad-hoc on the campus of the Universitat Politècnica de València became a priority. This 6-meter single span experimental bridge was subjected to fire loads of up to 1.3 MW. Through the use of the information recorded during the experimental campaign, the fire model, the thermal model and the mechanical model were validated. Moreover, the importance of wind in the action of fire, the magnitude of spatial thermal gradients and the urgency of developing simplified procedures which allow the consideration of fire as an action in the field of bridges were also highlighted. Last but not least, the validation of the different models allowed the author to include useful guidelines in order to define future experimental campaigns with more powerful fires and longer span bridges. / Alós Moya, J. (2018). Análisis de la respuesta frente al fuego de puentes mixtos multijácena [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/116625 / TESIS