DESCRIPCIÓN DE LA OFERTA DE TRABAJOS DEL SEGUNDO PERIODO
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Nombre del programa:
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Mecánica y Materiales Estructurales |
Estructuras sometidas a acciones dinámica de trenes de alta velocidad
Objetivos
Fenómenos resonantes en puentes de ferrocarril y pasos inferiores, debido a las acciones dinámicas de los trenes de alta velocidad. Respuesta de puentes mixtos hormigón-acero. Fenómenos de interacción vehículo-estructura y vehículo-carril-estructura.
Metodología
Elementos finitos de viga y de placa. Análisis modal. Métodos de integración directa en el tiempo. Modelos de interacción simplificados y completos. Métodos de cálculo simplificados.
Métodos mixtos de elementos finitos
Objetivos
Modelización de problemas no lineales de mecánica de sólidos y de mecánica de fluidos. Estimación de error en problemas no lineales.
Metodología
Elementos finitos con deformaciones supuestas. Modelos de plasticidad con grandes deformaciones basados en la descomposición multiplicativa. Técnicas de estimación de error basada en medidas energéticas de los modos incompatibles.
Dinámica no lineal de Mecanismos Flexibles
Este tema engloba la modelización de sistemas mecánicos que incorporan cuerpos rígidos y deformables, y trata de la integración en el tiempo de su movimiento, la formulación eficiente de restricciones, la modelización robusta de fenómenos de contacto-impacto y de imperfecciones en las uniones, etc.
Motivación
Un gran número de aplicaciones en ingeniería demandan el estudio del comportamiento dinámico de sistemas multicuerpo complejos. En las situaciones más tradicionales, éstos están compuestos por cuerpos rígidos interconectados que se mueven bajo la acción de diversas fuerzas externas. No obstante, cada vez con más frecuencia aparecen situaciones en las que la deformabilidad de algunos de los cuerpos es importante y sus efectos cruciales en el comportamiento dinámico global. Es el caso de grandes estructuras espaciales, vehículos sometidos a impacto, manipuladores robóticos, etc.
Metodología
El núcleo de la línea de investigación se sitúa en el contexto de los métodos conservativos aplicados a sistemas multicuerpo no lineales con cuerpos rígidos y deformables. Los cuerpos deformables estudiados serán principalmente elásticos, aunque también cabe considerar materiales con comportamiento inelástico.
Las principales diferencias del algoritmo propuesto en esta línea de investigación con los existentes en la técnica se centran en tres aspectos: la parametrización del sistema mediante coordenadas inerciales de puntos seleccionados, el empleo del método de penalización para imponer las restricciones, y la aplicación del concepto de derivada discreta para la formulación de un algoritmo energía-momento.
Biomecánica cardiovascular
Objetivos
Esta línea trata de forma genérica del desarrollo de modelos computacionales de procesos biomecánicos. Lleva en marcha desde hace algunos años en nuestro Grupo, y ha producido ya algunos interesantes resultados plasmados en proyectos de investigación, artículos en congresos y tesis doctorales en proceso de elaboración.
Simulación computacional del comportamiento mecánico de las paredes arteriales. Mecánica computacional de fluidos para la simulación del flujo sanguíneo. Solución computacional del problema de interacción del el flujo sanguíneo (fluido) y la pared arterial (estructura).
Dentro de la línea de biomecánica, hay tres grandes conjuntos de temas. Uno de estos grupos de temas se refiere a la modelización de materiales biológicos (sólidos), otro grupo a la modelización de flujos biológicos (fundamentalmente flujo sanguíneo) y un tercero referido a la dinámica del movimiento corporal.
Motivación
Los modelos más representativos del comportamiento mecánico de los materiales biológicos son de tipo no lineal, dadas las grandes deformaciones y rotaciones que presentan (baste considerar que una arteria del tipo de las coronarias humanas presenta un alargamiento unitario longitudinal de aproximadamente 1,4), y debido al proceso de alineación de las fibras de colágeno. Una de las formulaciones de mayor difusión en este tipo de modelos es la de tipo hiperelástico. Además, estos materiales son fuertemente anisótropos, debido a la presencia de direcciones preferentes muy influenciadas por la disposición de las fibras de colágeno.
Metodología
Se emplean modelos constitutivos anisótropos de tipo hiperelástico con varias familias de fibras. Estos modelos se implementan en un contexto computacional mediante técnicas de elementos finitos, que permiten analizar geometrías complejas, típicas de las morfologías observadas en los seres vivos.
Elementos finitos. Modelos constitutivos hiperelásticos anisótropos. Viscoelasticidad. Solución numérica de las ecuaciones de Navier-Stokes para fluidos newtonianos incompresibles. Tecnolog1as de estabilización numérica de elementos finitos. Esquemas numéricos empotrados
(staggered) para la interacción fluido-estructura.
Instalación de emisarios submarinos
Que desarrolla el Ing. De Caminos, Canales y Puertos D. Jaime García Palacios para alcanzar el grado de Doctor bajo la dirección del prof. Samartín en conjunción con el Prof. Vicente Negro. Representa el estudio de una estructura sometida a grandes movimientos y fuerzas no conservativas, con dinámica no lineal al existir problemas de contacto. El curso de doctorado estudia los problemas estructurales que aparecen, si bien la acción del oleaje y fuerzas marinas corresponden a la disciplina de Puertos.
Aplicación de procedimientos de simulación de Montecarlo en la definición del espectro de diseño en un emplazamiento
Trabajo que está desarrollando el Ing. de Caminos, Canales y Puertos D. Ignacio Quecedo Gutiérrez bajo la dirección del prof. A. Samartín. Representa una continuación de anteriores tesis doctorales, siendo de interés la utilización de las técnicas de EPRI y LLNC para introducir las distintas incertidumbres y las opiniones de expertos en el proceso de simulación.
Método unificado de comprobación de armaduras en direcciones arbitrarias en lajas, placas y láminas de hormigón armado
Proyecto de tesis doctoral que realizará el reciente becario FPU el Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos D. Pedro Díaz Domínguez bajo la dirección del prof. A. Samartín. Exige el método un planteamiento no lineal de los comportamientos de ambos materiales, hormigón y acero, con objeto de dimensionar la sección así como obtener la superficie de rotura.
Modelos de bielas y Tirantes
Objetivos
El método de bielas y tirantes resulta fundamental para el correcto diseño de detalles de armado en aquellas zonas en que se producen discontinuidades ya sea por aplicación de cargas puntuales, ya sea por cambios bruscos de geometría. Este método implica despreciar totalmente la resistencia a tracción y por ello es incompatible con algunas prácticas constructivas y de diseño muy extendidas hasta la fecha (como, por ejemplo, anclar con una patilla mínima las barras traccionadas en pilas de puente). Esto supone un primer problema. Por otra parte, otra incógnita que se puede plantear en la aplicación de este tipo de método consiste en saber a partir de qué punto deben anclarse las armadura. En este sentido cabe la posibilidad de adoptar un criterio conservador o intentar obtener una respuesta más ajustada a la realidad.
Los objetivos que se persiguen con este estudio son, por lo tanto, los siguientes:
Evaluación del efecto de la resistencia a tracción del hormigón sobre la precisión de los resultados de los modelos de bielas y tirantes
Posible validación de detalles de armado tradicionales que no resultan válidos si se aplica el método de bielas y tirantes de forma estricta
Definición de unos criterios claros y contrastados para definir las longitudes de anclaje de las barras a partir de modelos de bielas y tirantes.
Metodología
La metodología propuesta se puede resumir en los siguientes puntos:
Búsqueda bibliográfica con objeto de poder redactar un estado del arte
Búsqueda de ejemplos de aplicación prácticos, contando para ello con la importante experiencia profesional de que dispone el grupo investigador
Estudio de los problemas detectados desde el punto de vista teórico
Diseño de ensayos específicos que puedan aportar datos nuevos respecto de lo existente en la bibliografía
Realización de ensayos
Análisis de ensayos y comparación con predicciones teóricas
Formulación de conclusiones con énfasis en las posibles aplicaciones prácticas.
Diseño sísmico de puentes
Objetivos
El diseño sísmico de puentes es un tema de gran actualidad particularmente debido a la revisión que se está llevando a cabo en el Eurocódigo 8, en la cual está participando el grupo investigador. Por otra parte la normativa española actualmente vigente para puentes de carretera (IAP) contiene elementos muy controvertidos, como, por ejemplo, utilizar el factor de comportamiento como un elemento reductor del espectro de respuesta, en lugar de aplicarlo al detalle concreto que se desea dimensionar. En este sentido, un aspecto importante es el comportamiento de estructuras que trabajan fundamentalmente a axil (pilas en A) frente al comportamiento de estructuras que trabajan como elementos en flexión.
Otro punto de gran interés es el comportamiento en servicio de estructuras frente a sismos moderados. Actualmente la normativa vigente plantea el sismo exclusivamente como un problema de Estado Límite Último para el cual lo único que hay que conseguir es que la estructura en cuestión no se caiga. Las tendencias actuales tienden a imponer condiciones de servicio, que se concretan en una fisuración limitada de las estructuras, en el no-desprendimiento del recubrimiento o en un funcionamiento adecuado de las juntas de dilatación con objeto de que las estructuras vitales sean transitables inmediatamente después de un evento sísmico.
Esta línea de investigación pretende establecer y sistematizar la información disponible con vistas a establecer propuestas que permitan modernizar la normativa vigente, adaptándola a las últimas tendencias.
Metodología
La metodología propuesta se puede resumir en los siguientes puntos:
Búsqueda bibliográfica con objeto de poder redactar un estado del arte
Búsqueda de ejemplos de aplicación prácticos, contando para ello con la importante experiencia profesional de que dispone el grupo investigador
Estudio de los problemas detectados desde el punto de vista teórico
Análisis crítico de la normativa vigente y de las distintas propuestas que se están manejando para el EC8
Estructuras Integrales
Objetivos
En España, tradicionalmente, se han diseñado las estructuras con juntas, en edificación cada 40 metros, con objeto de evitar enfrentarse en proyecto a los efectos de las deformaciones impuestas, y en puentes con apoyos de neopreno en pilas y estribos con objeto de reducir los efectos de las deformaciones impuestas en las pilas.
Esta práctica, sin embargo, que nace más del desconocimiento que de un análisis claro de optimización de las estructuras ha generado muchos problemas desde el punto de vista funcional y de durabilidad en las estructuras afectadas. En edificación, las juntas obligan a desdoblar pilares y condicionan fuertemente la distribución de espacios desde un punto de vista arquitectónico. Por otra parte las juntas en cubierta acaban inevitablemente generando problemas de humedades y de durabilidad del hormigón en la proximidad de las mismas. Por otra parte las juntas reducen la capacidad portante de las estructuras. En puentes, las juntas y la disposición de aparatos de apoyo, incrementan los costes de mantenimiento debido a la menor vida útil de los apoyos respecto de la vida útil de la estructura. Por otra parte, la disposición de aparatos de apoyo reduce la seguridad de las estructuras frente a acciones horizontales accidentales (sismo).
Todas estas consideraciones han generado un gran interés en el diseño de estructuras sin juntas. En la actualidad existen una serie de realizaciones de estructuras sin juntas que demuestran que este tipo de estructura funciona adecuadamente. Sin embargo, en la actualidad no existe una metodología de cálculo que pueda ser abordable desde un punto de vista práctico. Por ello se plantean los siguientes objetivos:
Estudiar in situ el comportamiento de estructuras sin juntas, midiendo, deformaciones, desplazamientos en cabeza de pilares y aberturas de fisuras.
Llevar a cabo un análisis no lineal que permita, con un esfuerzo de análisis importante, simular la realidad.
Proponer a partir de los resultado obtenidos metodologías de cálculo simplificadas que permitan abordar este tipo de estructura a nivel de oficina de proyecto y utilizando un tipo de análisis fundamentalmente lineal.
Metodología
La metodología propuesta se puede resumir en los siguientes puntos:
Búsqueda bibliográfica con objeto de poder redactar un estado del arte
Estudio de ejemplos de aplicación prácticos, contando para ello con la importante experiencia profesional de que dispone el grupo investigador
Estudio de los problemas detectados desde el punto de vista teórico
Realización de medidas en estructuras reales (Nueva Área Términal del Aeropuerto de Madrid, Aparcamiento en Vigo)
Diseño de ensayos específicos que puedan aportar datos nuevos respecto de lo existente en la bibliografía
Realización de ensayos de laboratorio
Análisis de ensayos y comparación con predicciones teóricas
Estudio paramétrico
Formulación de criterios de cálculo sencillos con objeto de poder abordar el proyecto de estructuras sin juntas de forma eficiente.
Reparación de Estructuras
Objetivos
En la práctica profesional, particularmente en los trabajos de asistencia técnica, el ingeniero se encuentra con problemas que requieren la ejecución de refuerzos, ya sea debido a errores en proyecto o en obra, ya sea debido a que se quiere incrementar la sobrecarga. En general, el ingeniero en estas condiciones, sólo dispone de la información que le facilita el fabricante, que en muchos casos no queda debidamente justificada, y de su experiencia profesional. Ésta última, no obstante no permite evaluar la seguridad real de que se dispone en un actuación de reparación.
En este sentido parece interesante que un organismo independiente como la Universidad pueda llevar a cabo una evaluación de las técnicas de reparación más comunes empleadas en la práctica profesional, particularmente efectuando ensayos con objeto de determinar la seguridad real de las actuaciones de reparación, pensando posteriormente en la optimización de alguna de estas soluciones.
Metodología
La metodología propuesta se puede resumir en los siguientes puntos:
Estudio de ejemplos de aplicación prácticos, contando para ello con la importante experiencia profesional de que dispone el grupo investigador
Obtención de información de los fabricantes relativo a los productos que se pueden utilizar para resolver estos casos prácticos.
Estudio del los problemas detectados desde el punto de vista teórico
Diseño de ensayos específicos que permitan evaluar las técnica de reparación utilizada.
Realización de ensayos de laboratorio.
Análisis de ensayos y comparación con predicciones teóricas.
Formulación de conclusiones. Propuestas de optimización.
El objetivo último de estos trabajos tutelados es el desarrollo de teorías que expliquen y permitan predecir el comportamiento mecánico, la durabilidad y la rotura de los materiales estructurales mecánicos, incluyendo la influencia de factores externos como la temperatura y los ambientes agresivos.
La metodología empleada abarca el estudio, la mejora y la formulación de modelos mecánicos y micromecánicos, la experimentación fenomenológica con fines de observación cuantitativa, la experimentación diseñada con fines de contrastación y validación de modelos, y la simulación numérica en ordenador por el método de elementos finitos. Cada trabajo tutelado se plantea de manera que sus objetivos específicos constituyan contribuciones parciales al objetivo último en problemas de interés para el grupo de investigación (rotura de transición dúctil-frágil en aceros estructurales, comportamiento mecánico de aceros de construcción a alta temperatura, corrosión bajo tensión de aceros de pretensado y de sistemas de anclaje, etc.), y que su desarrollo consista en la aplicación de uno o varios aspectos de la metodología indicada.
Conocer los mecanismos de fractura de este tipo de materiales compuestos y los parámetros que gobiernan su resistencia y ductilidad.
Adquirir una visión global de los modelos más relevantes en relación con el comportamiento en fractura del hormigón y materiales cuasi-frágiles.
Familiarizarse con las técnicas experimentales más comunes para la caracterización en fractura de estos materiales ( flexión y tracción indirecta)
Conocer y utilizar los modelos analíticos y numéricos para el análisis y tratamiento de los resultados de los ensayos y la modelización de estructuras.
Obtención/fabricación de materiales. Diseño de mezclas de base cemento y y selección de materiales cerámicos y pétreos.
Fabricación de probetas (moldeado, corte, etc..) y realización de ensayos de fractura. Realización de ensayos estables de propagación de grietas. Medida de fuerzas y desplazamientos.
Análisis y tratamiento de los resultados aplicando los diferentes modelos de fractura. Modelización numérica mediante elementos finitos.
El objetivo de los trabajos tutelados es formar al estudiante de doctorado en el uso de todas las herramientas necesarias para la modelización micromecánica de materiales compuestos: la mecánica computacional, los ensayos mecánicos y la caracterización microestructural. El objetivo tiene - por tanto - un carácter interdisciplinar, y la formación del estudiante se lleva a cabo por doctores con distinta formación básica (ingeniería y física) pero con un objetivo común: el desarrollo de modelos basados apoyados en una representación de la mciroestructura real del material compuesto y validados experimentalmente que permitan conocer la relación entre la estructura y las propiedades mecánicas.
Los trabajos tutelados se suelen desarrollar sobre la base de estudiar la microestructura y las propiedades mecánicas de un material compuesto y el desarrollo de un modelo micromecánico computacional para relacionar ambas. La primera parte del trabajo tutelado se centra en el conocimiento de las técnicas de caracterización microestructural (microscopía óptica, electrónica, de fuerza atómica, etc.) y su aplicación al material compuesto elegido. A continuación se procede a formar al doctorando en las técnicas de medida de las propiedades mecánicas, eligiendo aquellas que son más relevantes para el material compuesto. Finalmente, el trabajo se culmina con el desarrollo del modelo computacional para relacionar ambas.
Propiedades mecánicas de materiales biológicos
Objetivos
Conocer los mecanismos de fractura de dos de estos tipos de materiales: las fibras de seda y las conchas de los moluscos, así como los parámetros que gobiernan su resistencia y ductilidad.
Conocer los modelos más relevantes que relacionan la estructura y los mecanismos de rotura con las propiedades macroscópicas.
Familiarizarse con las técnicas experimentales más comunes para la caracterización de estos materiales ( tracción simple, flexión y tracción indirecta) y con las técnicas de observación de superficies (microscopía óptica y electrónica)
Conocer y utilizar los numéricos para el análisis y tratamiento de los resultados de los ensayos.
Metodología
¢Â¢ Fibras de seda:
Obtención de fibras por hilado forzoso y fibras super contraídas. Control de las condiciones de extracción.
Realización de ensayos de tracción con diferentes condiciones de temperatura, humedad y velocidad de solicitación.
Observación microscópica de las superficies de fractura. Análisis y tratamiento de los resultados. Modelización numérica de los ensayos.
¢Â¢ Conchas de moluscos:
Obtención de materiales. Selección de especies. Diseño y fabricación de probetas.
Realización de ensayos de fractura por flexión y tracción. Influencia de la humedad, temperatura y velocidad de solicitación. Medida de fuerzas y desplazamientos.
Observación microscópica de las superficies de fractura. Identificación de micromecanismos. Medida de los elementos constituyentes (placas, espaciamiento, etc..).
Análisis y tratamiento de los resultados aplicando diferentes modelos de fractura. Modelización numérica mediante elementos finitos.
Formar al alumno en el conocimiento de aquellos procesos en la velocidad de deformación es elevada desde el punto de vista del material. El análisis del comportamiento del material se realiza estudiando su comportamiento elástico, plástico, el modo de fallo y su fisuración o rotura teniendo como variable la velocidad de deformación. El trabajo se aborda desde dos puntos de vista, el de los ensayos mecánicos y el del estudio computacional.
El programa aborda de forma preferente los métodos de ensayos y la modelización en régimen de impacto y la caracterización mecánica. El alumno comenzará una primera fase consistente es una búsqueda bibliográfica asistida de los temas objeto de la investigación. La segunda parte del trabajo consiste en la experimentación mediante la realización de ensayos mecánicos a alta velocidad de deformación o de impacto. Finalmente y como tercera fase, se realizará una modelización numérica mediante herramientas específicas de situaciones dinámicas.