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Em termos de modelagem do CAR, a ocorrência de particularidades em nível mesoscópico exige um modelo em escala mais refinada para representar as propriedades alteradas do agregado reciclado (AR), de modo que foi desenvolvido um gerador de agregados reciclados para representar sua composição variada. Os mecanismos de falha que ocorrem nas interfaces características do agregado reciclado e da matriz de concreto introduzem não linearidade ao problema mecânico. Para que haja a representação dessa não linearidade, a estratégia de modelagem proposta recorre ao emprego da técnica de fragmentação de malha de elementos finitos juntamente com um modelo constitutivo de dano. Essa técnica de fragmentação baseia-se no emprego de elementos finitos com alta razão de aspecto, os quais poderão ser utilizados para representar as fases adicionais desse material compósito, correspondentes às diferentes zonas de transição interfaciais (ZTIs) intrínsecas do CAR em mesoescala, e consequentemente, caminhos potenciais para a propagação de fraturas. Um modelo constitutivo baseado na mecânica do dano contínuo é empregado para representar o comportamento não linear dessas diferentes fases do CAR, o qual, juntamente com a técnica de fragmentação citada, compõe ferramentas valiosas para o estudo da influência do AR no comportamento mecânico do CAR. A validação da metodologia se deu através de testes preliminares para calibração de parâmetros, e posteriormente por meio de simulações de casos mais avançados realizados em experimentos, nos quais os resultados numéricos qualitativos e quantitativos obtidos são comparados com os respectivos resultados experimentais colhidos da literatura. Na maioria dos casos simulados foi obtida grande correspondência entre os resultados, indicando que o modelo concebido é capaz de representar o CAR na distribuição 2D de agregados, na simulação de ZTIs e na propagação de fissuras devido ao dano por tração. A influência do AR foi maior em concretos com resistência mais elevada e além disso, uma substituição parcial de até 25% de agregado natural (AN) por AR não produziu grande perda na capacidade resistente. This research presents a numerical analysis proposal for recycled aggregate concrete (RAC), whose recycled aggregates are obtained from the crushing of concrete waste. The developed tool facilitates the mechanical behavior evaluation of the RAC, verifying the feasibility of its use for structural purposes. Considering that in Brazil the current use of the material is still quite limited in comparison with other countries, the RAC could be used more widely and properly, bringing structural, economic and mainly environmental advantages. Due to the occurrence of mesoscopic specificities, the RAC modeling requires a more refined scale model to represent the altered properties of recycled aggregate, so that a recycled aggregate generator was developed to represent its variable composition. The failure mechanisms that occur at the several interfaces of the recycled aggregate (RA) and concrete matrix introduce nonlinearity to the mechanical problem. In order to represent this nonlinearity, the proposed modeling strategy uses the finite element mesh fragmentation technique together with robust and stable damage constitutive model. This fragmentation technique is based on the use of finite elements with high aspect ratio, which can be used to represent the additional phases of this composite material, corresponding to the different mesoscale RAC intrinsic interfacial transition zones (ITZs), as well as potential pathways for the propagation of fractures. A constitutive model based on the Continuum damage mechanics is used to represent the non-linear behavior of these different RAC phases, which together with the cited fragmentation technique are valuable tools for the study of the influence of recycled aggregate on the mechanical behavior of concrete. The validation of the methodology occurred through preliminary tests for calibration of parameters and later through simulations of more advanced cases carried out in experiments in which the qualitative and quantitative numerical results obtained are compared with the respective experimental results from the literature. A great correspondence between the results was obtained in most of the simulated cases, indicating that the model is capable of representing the RAC in the 2D distribution of aggregates, simulation of ITZs and in the propagation of cracks due to tension damage. The influence of RA was greater in concretes with higher matrix strength and, in addition, a partial substitution of up to 25% of natural aggregate (NA) by RA did not produce a great loss in resistant capacity. 2018/05784-3

La mecánica del daño continuo describe el deterioro progresivo de las propiedades mecánicas de los materiales a partir de un modelo fenomenológico. En este trabajo se presenta la formulación, implementación y validación de un modelo de daño escalar aplicado a elementos sólidos tridimensionales. Se trata de un modelo de gran versatilidad definido a partir de una superficie de falla y una variable de daño escalar. Su campo de aplicación es la modelación numérica de materiales elásticos isótropos con degradación de la rigidez cuya tensión límite a tracción es igual a la de compresión. El modelo queda definido a partir de cuatro propiedades del material determinables en un ensayo Tensión-Desplazamiento. El modelo es implementado en el software ABAQUS por medio de una subrutina UMAT. Para la resolución de las ecuaciones de equilibrio no lineal se propone un algoritmo de tipo implícito (Método de Backward Euler). La validación a esfuerzos de tracción muestra una adecuada correlación entre los resultados numéricos y los experimentales, con una dispersión de la energía disipada del 6%. Finalmente, se presenta un ejemplo de aplicación. Los resultados alcanzados demuestran que se trata de una herramienta sencilla y, a la vez, poderosa para el análisis numérico de materiales frágiles. Continuum Damage Mechanics describes the progressive degradation of the material properties based on a phenomenological model. This work presents the formulation, implementation and validation of a scalar damage model applied to three-dimensional solid elements. It is a highly versatile model defined from a fault surface and a scalar damage variable. Isotropic elastic materials with softening behavior and a single threshold surface can be simulated by this model. Four parameters are necessary to define the model and they derive from the classical stress-strain test. The model is implemented through a user-defined UMAT subroutine in software ABAQUS. The non-linear equilibrium equations are solved by an implicit algorithm based on the Backward Euler Method. The tensile stress validation shows an adequate correlation between the numerical and experimental results, with a 6% dispersion of dissipated energy. Finally, an illustrative example is presented. The results show that it is a simple but powerful tool for the numerical analysis of brittle materials. Fil: González del Solar, Gerardo Andrés. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina Fil: Martín, P.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentina Fil: Maldonado, N.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentina

Concrete with recycled aggregate is a fragile material under tensile stresses. However, like conventional concrete, it is possible that its contribution is relevant in the design of reinforced concrete elements under tension or bending, even after cracking. The objective of this work is to evaluate the application of the analytical models used to predict the effect of tension stiffening on recycled reinforced concrete. Tests of reinforced concrete under tensile were performed using conventional concrete and concrete containing 25% and 50% replacement of the natural aggregate with recycled aggregate. From the experimental results of reinforced concrete, the contribution of the concrete was isolated and a parametric study was carried out to identify which analytical model in the literature may be more appropriate. The models proposed by Carreira and Chu (1986), Vecchio and Collins (1986) and Hsu and Mo (2010) were evaluated. A numerical analysis, based on the finite element method, was implemented to model the mechanical behavior of the reinforced concrete under tensile using the analytical models already adjusted to concrete with recycled aggregate. The stress distribution in steel and concrete and the cracking mode were evaluated numerically. The results indicate that the parameters used in the analytical models for conventional concrete cannot predict the behavior of concrete with recycled aggregate and need to be modified to obtain a more accurate answer. resumo: O concreto com agregado reciclado é um material frágil sob tensões de tração, no entanto, assim como o concreto convencional, é possível que, mesmo após sua fissuração, a sua contribuição seja relevante no dimensionamento de elementos de concreto armado sob tração ou flexão. O objetivo deste trabalho é avaliar a aplicação dos modelos analíticos usados na previsão do efeito do enrijecimento a tração (tension stiffening) ao concreto armado reciclado. Ensaios de tirantes de concreto armado foram realizados utilizando concreto convencional e concreto contendo 25% e 50% de substituição do agregado natural por agregado reciclado. A partir dos resultados experimentais, a contribuição do concreto foi isolada e um estudo paramétrico foi realizado para identificar qual modelo analítico existente na literatura pode ser mais apropriado. Foram avaliados os modelos propostos por Carreira e Chu (1986), Vecchio e Collins (1986) e Hsu e Mo (2010). Uma análise numérica baseada no método dos elementos finitos foi implementada para modelar o comportamento mecânico do tirante de concreto armado utilizando os modelos analíticos já ajustados ao concreto com agregado reciclado. A distribuição de tensões no aço e no concreto e o modo de fissuração foram avaliados numericamente. Os resultados indicam que os parâmetros utilizados nos modelos analíticos para concreto convencional não conseguem prever o comportamento do concreto com agregado reciclado e precisam ser modificados para se obter uma resposta mais precisa.

This work presents a numerical approach for the automatic adjustment of parameters of the Mazars Damage Model, applied to a thermohydro- mechanical modeling of concrete structures. The procedure is based on a Scientific Workflow System (SWS) that addresses the combinatorial universe of adjustable parameters by minimizing the number of simulations required for optimized results. Not only does SWS improve efficiency, by also makes the strategy easier when compared to manual procedures. The adopted algorithm is developed in an intuitive script language and employs a distributed computational environment. Comparison to experimental data indicates that the proposed methodology was efficient and effective in improving the analysis, by minimizing errors and saving processing time. Este trabajo presenta una estrategia numérica para el ajuste automático de parámetros del Modelo de Daño de Mazars, aplicado a un modelado termohidro- mecánico de estructuras de concreto. El procedimiento se basa en un sistema de flujo de trabajo científico (SWS) que aborda el universo combinatorio de parámetros ajustables al minimizar el número de simulaciones requeridas para obtener resultados optimizados. SWS no sólo mejora la eficiencia, sino que también facilita la estrategia en comparación con los procedimientos manuales. El algoritmo adoptado se desarrolla en un lenguaje de escritura intuitivo y emplea un ambiente computacional distribuido. La comparación con los datos experimentales indica que la metodología propuesta fue eficiente y efectiva para mejorar el análisis, minimizando los errores y ahorrando tiempo de procesamiento.

This study performed the review and comparison of the seismic response of two high-rise steel structural models with different bracing systems projected according to Venezuelan seismic code COVENIN 1756:01 (2001) “Seismic resistant buildings”. Model VI utilized concentrically V-braced steel frames and Model SA used diagonal X-bracing concentrically braces frames. The seismic action was managed in terms of response spectra and buildings were evaluated in terms of demand-capacity. Seismic action used hybrid accelerograms with spectral signals similar to the design spectrum characteristic of the Barquisimeto-Cabudare metropolitan zone in Lara State. The capacity curves were normalized according to the weight of the buildings in order to unify the comparative criteria. The reserve of resistance was compared with an alternative approach based on bilinear representation of capacity and for its evaluation the inelastic static analysis Adaptive Pushover was used. Damage evaluation included probabilistic approach and procedures were applied from the Incremental Dynamic Analysis and the Parametric Capacity Model. Some non-braced frames showed high probability of severe damage or collapse, suffering significant stiffness degradation and lateral deformations beyond normative limits, evidencing that relative displacements and stiffness degradation are fundamental indicators for structural damage. It can be concluded that V-braced model presented a better overall performance than X-braced model, but in both cases non-braced frames showed much greater damage due to dynamic actions.

La presente Tesis Doctoral aborda el estudio de las tensiones interlaminares que aparecen en las inmediaciones de los bordes libres de laminados de material compuesto intactos o en presencia de concentradores de tensión cuando se someten a cargas en su plano. Este estudio consiste en el análisis de los fenómenos de borde libre que ocurren en dos casos diferenciados. En primer lugar, se analizan las tensiones que se desarrollan a la altura de la interfase, en el borde libre, entre láminas cuyas fibras tienen diferentes orientaciones, pertenecientes a laminados intactos sometidos a estados de carga uniaxial de tracción. Se estudian las tensiones fuera del plano que aparecen para diferentes secuencias de apilamiento, analizando el cambio de los valores de las tensiones cuando se varía la orientación de las fibras. El modelo utilizado se basa en un enfoque macroscópico del comportamiento de la lámina que, convenientemente simplificado, permite reducir las ecuaciones a un esquema de diferencias finitas que proporciona el valor de los desplazamientos en puntos discretos del sólido. El método utilizado ha sido validado con resultados de la literatura científica y la realización de ensayos experimentales. La variable que se ha seleccionado, como indicador de la presencia de efectos de borde, es el gradiente del desplazamiento longitudinal en el ancho del laminado, que una vez medido experimentalmente permite corroborar la presencia de las tensiones interlaminares. En segundo lugar, se analizan las tensiones interlaminares que se desarrollan en las inmediaciones de los bordes libres de un laminado con un agujero en el centro geométrico del mismo y que se encuentra sometido a un estado uniaxial de compresión. Para modelar el micropandeo de las fibras alineadas con la dirección de la carga, se propone un modelo fenomenológico de daño continuo isótropo para la fibra, combinado con la Teoría de Mezclas Serie/Paralelo como ley constitutiva del material compuesto. Los parámetros del modelo se fijan utilizando resultados experimentales, extraídos de la literatura, correspondientes a un ensayo de compresión de un laminado sin agujero con las fibras orientadas en la dirección de la carga. Con los parámetros calibrados, el modelo se valida con los resultados correspondientes a dos ensayos de compresión, uno consistente en un laminado sin agujero con las fibras orientadas según diferentes direcciones y otro con agujero con la misma secuencia de apilamiento. Posteriormente, se evalúan las tensiones interlaminares, a lo largo del espesor, tanto en el borde libre del agujero como en el extremo. Finalmente, se analizan las tensiones en el agujero en las láminas con diferentes orientaciones y se repite el estudio para diferentes secuencias de apilamiento. This PHD Thesis deals with the study of interlaminar stresses of unnotched and notched composite laminates under in-plane loads. The study consists of the analysis of the free-edge effects in two different cases. Firstly, an analysis of the influence of fibre orientation on the interlaminar stresses of unnotched composite laminates subjected to traction load was carried out. The analysis is focused, near the free edge, on the interphase between plies with different fibre orientations. A finite difference scheme was implemented in order to obtain the displacements of the discrete material points. This numerical method has been validated using scientific literature and experimental data as well. The presence of a displacement gradient, across the width, was demonstrated using this finite difference scheme. The study showed that the maximum value is dependent on the orientation of the plies in the laminate. The displacement gradient is related to interlaminar stresses, which in turn are dependent on fibre orientation. In order to study the dependence of the out-of-plane stresses on these parameters, an analysis of symmetric laminates with varying stacking sequences and ply orientations was carried out. Secondly, interlaminar stresses near the free edge of an open-hole composite laminate subjected to compression load, were studied. In order to deal with the 0 fibre microbuckling, a phenomenological continuum isotropic damage model is proposed. In addition, the Serial/Parallel Mixture Theory is considered as the composite constitutive law. In the model proposed, damage parameters are required. In this Thesis, these damage parameters are fixed by using experimental data, available in the scientific literature, corresponding to an unidirecctional unnotched laminate subjected to compression load. Afterwards the model is validated using two different compression tests, one for a multidirecctional unnotched laminate and another for a laminate with an open-hole in the geometrical centre. Finally, after model validation, the interlaminar stresses, through the laminate thickness and around the hole, are studied by comparing results varying the stacking sequence. Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial Presidente: José Fernández Sáez.- Secretario: Luis Castejón Herrer.- Vocal: Jesús Manuel Alegre Calderón

El uso de materiales poliméricos para el diseño de componentes mecánicos que durante su vida en servicio pueden ser susceptibles de estar sometidos a cargas dinámicas y de impacto, ha sufrido un incremento en las últimas décadas debido, entre otros, a la resistencia al impacto que presentan este tipo de materiales, frente a otros de mayor peso y coste. En esta Tesis Doctoral se presenta un modelo de daño capaz de predecir y reproducir la transición en el modo de fallo que se produce en algunos de estos materiales. El modelo de daño propuesto es independiente del modelo constitutivo, y considera la competencia entre dos modos de fallo que actúan simultáneamente: uno frágil y otro dúctil. El criterio de fallo frágil se ha formulado de forma local y está basado en la tensión principal máxima que se alcanza en el material, estableciéndose la fractura del mismo en el instante en que dicha tensión principal máxima alcanza un valor crítico, el cual se considera dependiente de la velocidad de deformación. Por otro lado, el criterio de fallo dúctil establece la degradación del material en función de su densidad de energía de deformación, permitiendo considerar un daño dúctil progresivo en el material. Este modelo de daño se ha implementado mediante una subrutina de usuario en un código comercial de Elementos Finitos. La verificación del modelo de daño propuesto se ha realizado utilizando como polímero de referencia el Policarbonato, ya que recoge la transición en el modo de fallo de forma natural en condiciones normales de presión y temperatura. Para ello, se ha llevado a cabo una amplia campaña experimental que incluye ensayos de caracterización y ensayos de validación que permiten contrastar las predicciones numéricas con su correspondiente resultado experimental, obteniéndose una buena correlación entre ambos. A raíz de esta comparación de resultados, se ha realizado un análisis detallado del proceso de transición en el modo de fallo, destacando la necesidad de implementar simultáneamente ambos criterios de daño. The use of polymeric materials in the design of mechanical components subjected to impact and dynamic loads, has increased in the last decades due to their impact resistance behavior, compared to other materials with greater weight and cost. In this PhD Thesis is presented a damage model capable of predicting and reproducing the failure mode transition that may occurs in some of these materials. The proposed damage model is independent of the constitutive model, and considers the competition between two modes of failure acting simultaneously, one brittle and the other ductile. The criterion of brittle fracture has been formulated locally and is based on the maximum main stress on the material, establishing the fracture when that maximum principal stress reaches a critical value, which is dependent on the strain rate. On the other hand, the ductile failure criterion establishes the degradation of the material as a function of its strain energy density, allowing a progressive ductile damage to be considered in the material. This damage model has been implemented by means of a user subroutine in a Finite Element code. The verification of the proposed damage model was carried out using Polycarbonate as reference polymer, since it naturally exhibits failure mode transition under normal conditions of pressure and temperature. To this end, an extensive experimental campaign has been carried out, which includes characterization tests and validation tests that allow the comparison of numerical predictions with their corresponding experimental results, obtaining a good correlation between both. As a result of this comparison, a detailed analysis of the transition process in the failure mode has been performed, highlighting the need to simultaneously implement both failure criteria Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial Presidente: Ramón Eulalio Zaera Polo.- Secretario: Eugenio Giner Maravillas.- Vocal: Jesús Manuel Alegre Calderón

This work presents a numerical approach for the automatic adjustment of parameters of the Mazars Damage Model, applied to a thermo-hydro-mechanical modeling of concrete structures. The procedure is based on a Scientific Workflow System (SWS) that addresses the combinatorial universe of adjustable parameters by minimizing the number of simulations required for optimized results. Not only does SWS improve efficiency, by also makes the strategy easier when compared to manual procedures. The adopted algorithm is developed in an intuitive script language and employs a distributed computational environment. Comparison to experimental data indicates that the proposed methodology was efficient and effective in improving the analysis, by minimizing errors and saving processing time. Resumen Este trabajo presenta una estrategia numérica para el ajuste automático de parámetros del Modelo de Daño de Mazars, aplicado a un modelado termo-hidro-mecánico de estructuras de concreto. El procedimiento se basa en un sistema de flujo de trabajo científico (SWS) que aborda el universo combinatorio de parámetros ajustables al minimizar el número de simulaciones requeridas para obtener resultados optimizados. SWS no sólo mejora la eficiencia, sino que también facilita la estrategia en comparación con los procedimientos manuales. El algoritmo adoptado se desarrolla en un lenguaje de escritura intuitivo y emplea un ambiente computacional distribuido. La comparación con los datos experimentales indica que la metodología propuesta fue eficiente y efectiva para mejorar el análisis, minimizando los errores y ahorrando tiempo de procesamiento.

[ES] Las características constructivas de la catedral de Valencia la convierten en un ejemplo representativo del gótico mediterrá- neo: reducida esbeltez, escasa diferencia de altura entre las naves y limitadas dimensiones de huecos. Estas características se explican a partir del presente trabajo donde se muestra un estudio constructivo y un análisis del sistema estructural frente a cargas gravitatorias y efectos sísmicos. En el análisis se utiliza el método por empujes incrementales (pushover) y el método no-lineal de modelo de daño. La función de arbotantes y diafragmas quedará patente con la modificación del modelo MEF que eliminará progresivamente cada uno de estos elementos constructivos. Los resultados muestran una suficiente capacidad resistente frente a un sismo con un período de retorno de 475 años que empeora si se considera de 950 años. Se evidenciará la necesidad de la continuidad muraria a través de los arbotantes que se convierten en auténticos muros diafragmáticos., [EN] The cathedral of Valencia constructive characteristics make it a representative example of the Mediterranean Gothic: low slenderness, little height difference between the naves and limited voids dimension. These differences are explained from the present work, where a constructive study and a structural system analysis under gravity loads and seismic effects are shown. For the analysis a pushover method and a non-linear damage model have been used. The buttresses and diaphragms function will be patent with the Finite Element structural model modification which will progressively remove each one of these constructive elements. The results display a resistant capacity enough to face a seism of 450 years that gets worse if a return period of 950 years is considered. The need of the walls continuity trough the buttresses that turn into authentic diaphragm walls will be demonstrated.

En esta investigación se realizó la revisión y comparación mediante parámetros de capacidad de la respuesta sismo-resistente de dos modelos estructurales de acero de gran altura con diferentes sistemas de arriostramiento lateral, proyectados según la norma venezolana COVENIN 1756 :01 (2001) “ Edificaciones sismo-resistentes”. El Modelo VI utiliza rigidizadores tipo V invertida y el Modelo SA utiliza diagonales concéntricas en forma de X (cruces de San Andrés). Se manejó la acción sísmica en términos de espectros de respuesta y se evaluaron los edificios en términos de demanda- capacidad. En la acción sísmica se utilizaron acelerogramas híbridos compatibles con el espectro de diseño característico de la zona metropolitana Barquisimeto-Cabudare en el estado Lara. Las curvas de capacidad se normalizaron en función del peso de las edificaciones a fin de unificar los criterios comparativos. La reserva de resistencia se comparó con un criterio alternativo basado en la representación bilineal de la capacidad y para su evaluación se utilizó el análisis estático inelástico Adaptive Pushover. En la evaluación del daño se incluyó el enfoque probabilístico y se aplicaron los criterios del Análisis Dinámico Incremental y el Modelo Paramétrico de Capacidad. Algunos pórticos no arriostrados mostraron altas probabilidades de daño severo o colapso, sufriendo deformaciones laterales y degradaciones de rigidez significativas más allá de límites normativos, evidenciando que los desplazamientos relativos y la rigidez son indicadores fundamentales del daño. El Modelo VI presentó en todos los pórticos una mejor respuesta sismo-resistente que el Modelo SA, pero en ambas configuraciones los marcos no arriostrados mostraron mayores daños ante acciones dinámicas. This study performed the review and comparison of the seismic response of two high-rise steel structural models with dif-ferent bracing systems projected according to Venezuelan seismic code COVENIN 1756 :01 (2001) “Seismic resistant buildings”. Model VI utilized concentrically V-braced steel frames and Model SA used diagonal X-bracing concentrically braces frames. The seismic action was managed in terms of response spectra and buildings were evaluated in terms of demand-capacity. Seismic action used hybrid accelerograms with spectral signals similar to the design spectrum characteristic of the Barquisimeto-Cabudare metropolitan zone in Lara State. The capacity curves were normalized according to the weight of the buildings in order to unify the comparative criteria. The reserve of resistance was compared with an alternative approach based on bilinear representation of capacity and for its evaluation the inelastic static analysis Adaptive Pushover was used. Damage evaluation included probabilistic approach and procedures were applied from the Incremental Dynamic Analysis and the Parametric Capacity Model. Some non-braced frames showed high probability of severe damage or collapse, suffering significant stiffness degradation and lateral deformations beyond normative limits, evidencing that relative displacements and stiffness degradation are fundamental indicators for structural damage. It can be concluded that V-braced model presented a better overall performance than X-braced model, but in both cases non- braced frames showed much greater damage due to dynamic actions.

"Se formulan e implantan modelos de daño con distintas normas de falla para modelar elementos estructurales en su evolución al colapso. La formulación de los modelos de daño con superficie de falla sólo tensión y sólo cortante se desarrolló a partir de un modelo de daño isotrópico igual tensión-compresión. Estos modelos constitutivos se implantaron en subrutinas programadas en Fortran. Se presentan ejemplos numéricos que validan los modelos de daño formulados para modelar elementos al colapso."

The cathedral of Valencia constructive characteristics make it a representative example of the Mediterranean Gothic: low slenderness, little height difference between the naves and limited voids dimension. These differences are explained from the present work, where a constructive study and a structural system analysis under gravity loads and seismic effects are shown. For the analysis a pushover method and a non-linear damage model have been used. The buttresses and diaphragms function will be patent with the Finite Element structural model modification which will progressively remove each one of these constructive elements. The results display a resistant capacity enough to face a seism of 450 years that gets worse if a return period of 950 years is considered. The need of the walls continuity trough the buttresses that turn into authentic diaphragm walls will be demonstrated. Las características constructivas de la catedral de Valencia la convierten en un ejemplo representativo del gótico mediterráneo: reducida esbeltez, escasa diferencia de altura entre las naves y limitadas dimensiones de huecos. Estas características se explican a partir del presente trabajo donde se muestra un estudio constructivo y un análisis del sistema estructural frente a cargas gravitatorias y efectos sísmicos. En el análisis se utiliza el método por empujes incrementales (pushover) y el método no-lineal de modelo de daño. La función de arbotantes y diafragmas quedará patente con la modificación del modelo MEF que eliminará progresivamente cada uno de estos elementos constructivos. Los resultados muestran una suficiente capacidad resistente frente a un sismo con un período de retorno de 475 años que empeora si se considera de 950 años. Se evidenciará la necesidad de la continuidad muraria a través de los arbotantes que se convierten en auténticos muros diafragmáticos.

[EN] The Church of Santa Catalina is a unique building within the historical heritage of the city of Valencia due to different aspects. Among them, it sould be noted its medieval origin and its unusual plan layout, because of both the asymmetry of its side chapels and its particular ambulatory with an even number of radial chapels. Moreover, there are uncertainties of its constructive evolution that are reflected on the façade on Lope de Vega square. In addition, there is the importance of its bell tower, which is considered to be a key example of the Valencian Baroque. This study provides information on its constructive process logic, linking its typological evolution with the different historical periods that the building has lived. The historical study, not only of the temple in particular but also of its surrounding environment, reveals important data about the structural design along the building's history. Access to previously unpublished artwork provides a greater insight on the temple. With all this, the church can be classified within the Mediterranean Gothic style, characterized by a diaphragmatic system that gives the ensemble a better behaviour for resisting seismic forces. Furthermore, this study provides an exhaustive and unpublished structural analysis, which results explain its behaviour in the different construction stages and the current state response facing horizontal seismic forces. For this purpose, a structural model has been developed. This model reproduces accurately the current shape of the temple by using the 3D laser scanner, a nondestructive technique which results are shown in this investigation. For the structural analysis of the ensemble formed by the church and its belfry, the most advanced calculation methods available to date are used. By means of the developed finite element numerical model , several analytical methods have been carried out, such as a linear static analysis for gravitational loads, a modal analysis, a nonlinear static procedure (pushover) and, finally, a nonlinear dynamic analysis (time-history). The results obtained in these analyses provide information about its structural behaviour, its collapse mechanism and its vulnerability index., [ES] La Iglesia de Santa Catalina es un edificio único dentro del patrimonio histórico de la ciudad de Valencia por distintos aspectos. Entre ellos su origen medieval y su peculiar disposición en planta, tanto por la asimetría de sus capillas laterales como por su característica girola con un número par de capillas radiales. Además existen incógnitas acerca de su evolución constructiva, que quedan reflejadas en la fachada recayente a la plaza Lope de Vega. A esto se añade la importancia de su campanario, una pieza clave del barroco valenciano. Esta investigación aporta información relativa a su lógica constructiva, relacionando su evolución tipológica con las distintas épocas históricas que ha vivido el edificio. El estudio histórico, no sólo del templo en particular sino también de su entorno próximo, revela datos importantes respecto al diseño constructivo a lo largo de la historia del edificio. El acceso a material gráfico no publicado anteriormente proporciona un grado de conocimiento mayor del templo. Con todo ello podemos clasificar la iglesia dentro del estilo Gótico Mediterráneo, caracterizado por un sistema diafragmático que le confiere al conjunto un mejor comportamiento frente a esfuerzos sísmicos. Además este estudio aporta un análisis estructural exhaustivo e inédito, cuyos resultados explican su comportamiento en las distintas fases constructivas y la respuesta del estado actual frente a esfuerzos horizontales de sismo. Para ello se elabora un modelo de cálculo que reproduce con precisión la geometría actual del templo, utilizando para ello el escáner láser 3D, técnica no destructiva cuyos resultados se muestran en esta investigación. Para el análisis estructural del conjunto formado por la iglesia y su campanario se emplean los métodos de cálculo más avanzados en la actualidad. A partir del modelo numérico realizado con elementos finitos, se realiza un análisis estático para cargas gravitatorias, un cálculo modal, un cálculo no lineal estático (pushover) y, por último, un cálculo no lineal dinámico (historia en el tiempo). Los resultados obtenidos en estos análisis nos proporcionan la información sobre su comportamiento estructural, su mecanismo de colapso y su índice de vulnerabilidad., [CAT] L'Església de Santa Catalina és un edifici únic dins del patrimoni històric de la ciutat de València degut a diferents aspectos. Entre ells el seu origen medieval i la seua peculiar disposició en planta, tant per l'asimetria de les seues capelles laterals com per la seua característica girola amb un nombre parell de capelles radials. A més existeixen incògnites de la seua evolució constructiva reflectides en la façana de la plaça Lope de Vega. A açò s'afig la importància del seu campanar, considerat una peça clau del barroc valencià. Aquesta investigació aporta informació relativa a la seua lògica constructiva, relacionant la seua evolució tipològica amb les diferents èpoques històriques que ha viscut l'edifici. L'estudi històric, no solament del temple en particular sinó també del seu entorn pròxim, revela dades importants respecte al disseny constructiu al llarg de la història de l'edifici. L'accés a material gràfic no publicat anteriorment proporciona un grau de coneixement major del temple. Amb tot açò podem classificar l'església dins de l'estil Gòtic Mediterrani, caracteritzat per un sistema diafragmàtic que li confereix al conjunt un millor comportament enfront d'esforços sísmics. A més aquest estudi aporta una anàlisi estructural exhaustiva i inèdita, els resultats de la qual expliquen el seu comportament en les diferents fases constructives i la resposta de l'estat actual enfront d'esforços horitzontals de sisme. Per a açò s'elabora un model de càlcul que reprodueix amb precisió la geometria actual del temple utilitzant per a açò l'escàner làser 3D, tècnica no destructiva els resultats de la qual es mostren en aquesta investigació. Per a l'anàlisi estructural del conjunt format per l'església i el seu campanar s'empren els mètodes de càlcul més avançats en l'actualitat. A partir del model numèric realitzat amb elements finits, es realitza una anàlisi estàtica per a càrregues gravitatòries, un càlcul modal, un càlcul no lineal estàtic (pushover) i, finalment, un càlcul no lineal dinàmic (història en el temps). Els resultats obtinguts en aquestes anàlisis ens donen informació sobre el seu comportament estructural, el seu mecanisme de col·lapse i el seu índex de vulnerabilitat., Moreno Puchalt, J. (2016). La iglesia de Santa Catalina de Valencia: Historia, construcción y estructura [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. doi:10.4995/Thesis/10251/64074., TESIS

Este trabajo presenta un modelo numérico del comportamiento estructural cíclico de barras de pandeo restringido, comúnmente utilizadas como una alternativa a las clásicas barras de arriostramiento concéntrico para protección sismorresistente de pórticos de edificios y otras estructuras. Estos dispositivos se componen normalmente de un núcleo de acero esbelto recubierto por una carcasa de mayor rigidez que tiene por objeto impedir su pandeo cuando se encuentra comprimido. La carcasa puede ser de mortero o de acero, y una interfaz de deslizamiento está interpuesta entre el núcleo y la carcasa para evitar la transferencia excesiva de tensiones tangenciales. El comportamiento del núcleo de acero se describe mediante un modelo de daño y plasticidad, el comportamiento de la carcasa de mortero se describe mediante un modelo de daño isótropo y el comportamiento de la interfaz de deslizamiento se describe mediante un modelo de penalización de contacto. Estos 3 modelos se implementan en el paquete de software Abaqus siguiendo una formulación explícita. En un artículo previo publicado en una revista de ingeniería sísmica se describió someramente el modelo, se comprobó de forma preliminar su capacidad para reproducir el comportamiento cíclico de barras de pandeo restringido y se compararon satisfactoriamente sus resultados con los de ensayos experimentales; el objetivo de este trabajo es describir el modelo en profundidad y discutir en mayor extensión las valoraciones acerca de su utilidad. This work presents a numerical model of the cyclic structural behavior of dissipative buckling-restrained braces, commonly used as an alternative to classical concentric braces for seismic protection of building frames and other structures. Such devices are usually composed of a slender steel core embedded in a stockiest casing that is intended to prevent its buckling when it is under compression. The casing is made either of mortar or steel, and a sliding interface is interposed between the core and the casing to prevent excessive shear stress transfer. The behavior of the steel core is described by a damage and plasticity model; the behavior of the mortar casing is described by an isotropic damage model and the sliding behavior of the interface is described by a contact penalty model. These 3 models are implemented in the Abaqus software package following an explicit formulation. In a previous article (published in an earthquake engineering journal) the model was briefly described, its ability to reproduce the cyclical behavior of buckling-restrained braces was preliminarily pointed out and their results were satisfactorily compared with those of experimental tests. The aim of this paper is to describe the model thoroughly and to present new judgments about its usefulness.

ResumenSe determinan, mediante la mecánica del daño continuo, coeficientes de diseño y trayectorias de agrietamiento en losas circulares, elípticas y triangulares. El comportamiento no lineal del concreto reforzado se simuló con un modelo de daño, el cual considera ablandamiento, mientras que el comportamiento del acero de refuerzo con un modelo de plasticidad bilineal con superficie de fluencia de Von Misses. Los modelos constitutivos y el método de los elementos finitos se validan comparando los resultados numéricos con los experimentales de una losa rectangular reportada en la literatura. La distribución del acero de refuerzo se propone con base en análisis elásticos lineales con elementos placa. Los coeficientes se calcularon con análisis elásticos y no lineales, observándose que en estos últimos existe una variación debido a la redistribución de esfuerzos. Se muestran las trayectorias del agrietamiento, las cuales son dependientes de las condiciones de apoyo. Los coeficientes y la distribución del acero de refuerzo para losas con estas geometrías son una base en la reglamentación para el análisis y diseño de losas con este tipo de geometrías.AbstractDesign coefficients and cracking paths for circular, elliptical and triangular labsare obtained by damage mechanics were determined. The nonlinear behavior of the reinforced concrete was simulated with a damage model which considers softening, whereas the behavior of the reinforcing steel was modeling with a bilinear plasticity model which has a Von Mises yield surface. The constitutive models and the finite element method were validated by comparing the computed numerical results with the experimental results of a rectangular slab reported in the scientific literature. The distribution of the reinforcing steel was proposed based on linear elastic analysis with plate elements. The coefficients were computed with elastic and nonlinear analyses, noticing that the last has a variation because of the stress redistribution. The crack paths are shown, which are dependent on the boundary conditions. The coefficients and the distribution of the reinforcing steel are a base on the regulation for the analysis and design of slabs with this kind of geometry.

"Se desarrollan e implantan elementos finitos con discontinuidades interiores con una nueva definición del vector de tracciones, que depende de la discontinuidad y del ángulo. Se realiza un análisis de las principales características de los elementos finitos con discontinuidades interiores; particularmente dos familias de este tipo de elementos: 1) cinemático óptimo simétrico y 2) estático y cinemático optimo no simétrico. Las características analizadas son la formulación variacional, modelo constitutivo de daño y como se introduce la discontinuidad. Se demuestra que la cinemática y el equilibrio se satisfacen sin el problema de tracciones ficticias como se establece en la literatura. Para mostrar la validez de la formulación simétrica, se presentan ejemplos de aplicación numérica para ilustrar el desempeño de la formulación propuesta. Los resultados muestran que la formulación propuesta proporciona resultandos congruentes con la energía requerida para crear una discontinuidad, sin subestimar o sobrestimar esta energía como sucede con las formulaciones no simétricas."

A partir de un exhaustivo estudio del estado del conocimiento, en este trabajo se desarrolla un modelo para el análisis no lineal de estructuras porticadas de hormigón armado con muros de mampostería sometidas a acciones sísmicas. Dicho modelo considera el comportamiento no lineal de los muros debido al daño progresivo que éstos sufren durante una acción sísmica. Sin embargo, puesto que está orientado hacia el diseño sísmico de estructuras, admite la hipótesis de que, una vez dañada completamente la mampostería, el pórtico de hormigón armado sigue teniendo un comportamiento en régimen elástico con inestabilidad elástica en los pilares (pandeo). En este sentido, el modelo desarrollado admite las simplificaciones que realizan las normas existentes de diseño ismorresistente como, por ejemplo, la española NCSE-02, que calculan las fuerzas símicas con base en un análisis dinámico lineal, pero va más allá, considerando el efecto estructural y el comportamiento no lineal de los cerramientos y de la tabiquería. Por esto, permite una mejor descripción del comportamiento de la estructura sometida a acciones sísmicas de diseño siendo, al mismo tiempo, suficientemente simple para asegurar la alta velocidad de resolución del problema sísmico necesaria en la práctica de diseño. El comportamiento de la estructura está influenciado de manera muy significativa por el comportamiento mecánico complejo de los muros de mampostería que depende de un gran número de variables, algunas de las cuales difíciles de controlar y/o cuantificar. La presencia de los muros aumenta la rigidez de la estructura y su resistencia a cargas laterales, produce efectos torsionales importantes, disminuye los periodos naturales de vibración con lo que las acciones sísmicas varían de forma relevante y contribuye a la disipación de la energía que éstas inducen. El efecto de los muros de mampostería se consideran incluyendo barras diagonales equivalentes en el esquema estructural. A pesar de que esta forma de tratar el problema ignora los efectos locales producidos por la mampostería, aproxima bien la rigidez y la resistencia global de la estructura y permite evaluar, de manera eficiente desde un punto de vista computacional, el comportamiento de la estructura con muros de mampostería. Para ello, en este trabajo se ha desarrollado un programa de ordenador que calcula las estructuras con una eficiencia computacional similar a la de los programas de cálculo convencionales que no consideran el efecto de los muros de mampostería y, por supuesto, muy superior a la de los programas de elementos finitos. Las características mecánicas del material compuesto de las barras equivalentes a la mampostería se han definido utilizando conceptos avanzados de mecánica computacional tales como la teoría de homogeneización y considerando la ortotropía. El modelo se ha validado con resultados existentes en la literatura de ensayos experimentales. Finalmente, el trabajo muestra ejemplos calculados con el programa de ordenador desarrollado que ilustran la capacidad del modelo y del programa de ordenador de resolver el problema.

"En este artículo se formula, implementa y valida un modelo constitutivo, con superficie de daño diferente en tensión y compresión, para elementos de concreto simple y reforzado sometidos a acciones que inducen su colapso. Para modelar elementos de concreto reforzado, el comportamiento constitutivo del concreto considera el ablandamiento por deformación mediante una superficie de daño, mientras que el endurecimiento del acero de refuerzo con una superficie de plasticidad de Von Mises. Se considera adherencia perfecta entre ambos materiales. El modelo desarrollado no presenta el problema de atoramiento de esfuerzos, como sucede con el modelo de agrietamiento distribuido, garantizando una adecuada liberación de energía al fallar el material. Se presentan ejemplos numéricos que muestran la validez del modelo de daño formulado para predecir elementos al colapso."