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Ferrer Ballester Miquel - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Estudio numérico y experimental de la interacción entre la chapa de acero y el hormigón para la mejora resistente de las losas mixtas frente al deslizamiento longitudinal.
Universitat Politècnica de Catalunya, 2005Co-Authors: Ferrer Ballester MiquelAbstract:El fallo resistente de las losas mixtas se produce generalmente por el deslizamiento longitudinal entre la chapa nervada de acero y el hormigón. La dificultad de diseño de chapas para losas mixtas reside en asegurar su comportamiento efectivamente mixto; en diseñar sistemas de retención que consigan una elevada resistencia al deslizamiento longitudinal relativo entre acero y hormigón.Para cumplir las funciones encomendadas a la chapa, encofrado perdido y armadura de tracción, existen muchos tipos de diseño, creados sobre la base de la experiencia acumulada y cuya eficacia debe siempre ser evaluada empíricamente.Los actuales diseños de chapas incorporan un patrón de embuticiones que se repiten a lo largo de toda la longitud de la chapa. Su función es dificultar el deslizamiento longitudinal, análogamente al corrugado de las barras para el armado del hormigón, pero sus mecanismos resistentes son completamente distintos. En las losas mixtas, el efecto de cuña de las embuticiones transforma el deslizamiento en esfuerzos perpendiculares a la chapa que provocan su flexión transversal y, en algunos casos, la desconexión total.El ángulo de conformado que define los nervios de la losa, la posición de las embuticiones, su profundidad, longitud, etc., son algunos de los parámetros importantes de diseño, ya que contribuyen significativamente a bloquear el deslizamiento. El proceso de diseño y optimización de esta geometría, y también la comprobación de su eficacia, se realiza actualmente de forma completamente empírica. También los métodos de cálculo adoptados por las normativas de todo el mundo para el cálculo de losas mixtas, están basados en parámetros experimentales, obtenidos del ensayo de modelos estándar reducidos. Estos ensayos intentan reproducir, con mayor o menor fidelidad, las condiciones reales de funcionamiento.Esta tesis se enmarca en una línea de investigación destinada a mejorar la conexión entre el acero y el hormigón de los actuales sistemas e idear conceptos innovadores que, a más largo plazo, puedan significar la conexión total sin deslizamiento.Se han desarrollado dos actividades principales:- Experimental: ensayos reducidos de Pull-out y ensayos de flexión de losas completas según método normativo m-k, instrumentadas con galgas extensométricas.- Numérica: establecimiento de un procedimiento validado para la elaboración de modelos tridimensionales de elementos finitos. Simulación del fallo por deslizamiento y estudio paramétrico descriptivo.Con el objetivo general de aportar conocimiento y afianzar la comprensión del comportamiento mecánico de la losa mixta, la tesis aborda el estudio numérico y experimental del fallo por deslizamiento longitudinal, consiguiéndose las siguientes aportaciones particulares:- Procedimiento de simulación numérica local tridimensional y no-lineal del deslizamiento entre la chapa de acero y el hormigón, con el que se describe exactamente la mecánica de funcionamiento de algunos diseños existentes en el mercado.- Análisis del efecto que tienen distintos parámetros físicos y geométricos en la resistencia de la losa mixta frente al deslizamiento longitudinal: rozamiento, profundidad de embutición, longitud, posición, ángulo de conformado, espesor de la chapa, etc., mediante los modelos de elementos finitos.- Evaluación, mediante los modelos numéricos, del perfil de distribución de tensiones longitudinales en tracción simple, con el fin de cuantificar las sombras de tensión que provocan las embuticiones,- Evaluación de la influencia de las condiciones superficiales de la chapa durante el hormigonado en la resistencia al deslizamiento.- Evaluación de la uniformidad de distribución de esfuerzos rasantes transmitidos por las embuticiones. Las losas ensayadas a flexión se han instrumentado, en los tramos de luz rasante, con galgas extensométricas fijadas en varias secciones situadas a distintas distancias de los apoyos.- Recomendaciones generales de diseño. Aplicación al diseño del nuevo perfil "T80" y ensayo.El nuevo perfil "T80", ha sido ya producido en serie, comercializado y puesto en obra en edificios de gran altura, presentando resultados muy satisfactorios.The resistant failure of composite slabs is generally due to longitudinal slip between the profiled steel sheet and concrete. The main goal when designing sheets for composite slabs, consists of ensuring its effective composite behaviour; conceiving retention systems that achieve higher longitudinal slip strengths.To carry out these functions entrusted to steel sheet, i.e. permanent formwork and traction reinforcement, lots of design types are available, created on the basis of prior experience and which effectiveness has to be evaluated empirically.Current sheet designs show a repeating Embossments pattern all along the span. Its function is to inhibit the longitudinal slip in a similar way than the reinforcing bar corrugations for concrete; however, their resistant mechanisms are quite different. In the case of the composite slabs, the Embossments wedge effect transforms the slip to normal efforts that produce the transversal bending of the sheet and, sometimes, the connection loss.The profiling shape that defines the ribs of the slab, the Embossment locations, its depth, length, etc. are some of the main parameters that significantly contributes to lock the slip.Currently, the design and optimization processes for the geometry, and also the checking of its effectiveness, are just empirically evaluated.In the same way, also the composite slabs calculation methods adopted by all national and international standards are based on experimental parameters, obtained from the test of reduced specimens. These tests attempt to reproduce the real behaviour conditions.The framework of this thesis is a research line devoted to improve the longitudinal shear connection between steel and concrete of the current designs as well as conceive innovative concepts that might achieve the permanent connection.Two main activities have been developed:- Experimental: reduced Pull-out tests and standard m-k bending tests, with the use of strain gauges technology.- Numerical: state a validated procedure for making parametrical 3D non-linear finite elements models to simulate the failure micro-mechanics due to longitudinal slip. Within the global aim of improving the knowledge and to strengthen the comprehension of the micro-mechanical behaviour of the composite slabs, this thesis approach the numerical and experimental analysis of the longitudinal slip failure micro-mechanics, achieving the following particular contributions:- Stating a procedure for creating non-linear 3D finite elements models to simulate the slip between steel sheet and concrete, by which the failure mechanics of several existing designs has been exactly described and analysed.- Analysis of the shear strength dependency on several physical and geometrical parameters, such as: friction coefficient, Embossment depth, length, location, profiling angle, sheet thickness, etc., by means of the above said FEM procedure.- Evaluation, by FEM, of the distribution of longitudinal stresses in simple traction, for quantifying the stress shadows due to Embossments.- Effect of the sheet surface conditions, prior to setting the concrete, in the longitudinal shear strength.- Distribution analysis of the longitudinal shear forces transmitted by the Embossments all along the shear span. Strain gauges have been bonded to the free steel surface of several composite slabs, in different locations along the shear span.- General design recommendations. Pre-design, optimization and test of the new "T80" open-rib profile.This new "T80" profile is being manufactured, commercialized, and used in many outstanding buildings and skyscrapers, showing very good results in comparison to other existing open-rib designs
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Estudio numérico y experimental de la interacción entre la chapa de acero y el hormigón para la mejora resistente de las losas mixtas frente al deslizamiento longitudinal.
Universitat Politècnica de Catalunya, 2005Co-Authors: Ferrer Ballester MiquelAbstract:El fallo resistente de las losas mixtas se produce generalmente por el deslizamiento longitudinal entre la chapa nervada de acero y el hormigón. La dificultad de diseño de chapas para losas mixtas reside en asegurar su comportamiento efectivamente mixto; en diseñar sistemas de retención que consigan una elevada resistencia al deslizamiento longitudinal relativo entre acero y hormigón.Para cumplir las funciones encomendadas a la chapa, encofrado perdido y armadura de tracción, existen muchos tipos de diseño, creados sobre la base de la experiencia acumulada y cuya eficacia debe siempre ser evaluada empíricamente.Los actuales diseños de chapas incorporan un patrón de embuticiones que se repiten a lo largo de toda la longitud de la chapa. Su función es dificultar el deslizamiento longitudinal, análogamente al corrugado de las barras para el armado del hormigón, pero sus mecanismos resistentes son completamente distintos. En las losas mixtas, el efecto de cuña de las embuticiones transforma el deslizamiento en esfuerzos perpendiculares a la chapa que provocan su flexión transversal y, en algunos casos, la desconexión total.El ángulo de conformado que define los nervios de la losa, la posición de las embuticiones, su profundidad, longitud, etc., son algunos de los parámetros importantes de diseño, ya que contribuyen significativamente a bloquear el deslizamiento. El proceso de diseño y optimización de esta geometría, y también la comprobación de su eficacia, se realiza actualmente de forma completamente empírica. También los métodos de cálculo adoptados por las normativas de todo el mundo para el cálculo de losas mixtas, están basados en parámetros experimentales, obtenidos del ensayo de modelos estándar reducidos. Estos ensayos intentan reproducir, con mayor o menor fidelidad, las condiciones reales de funcionamiento.Esta tesis se enmarca en una línea de investigación destinada a mejorar la conexión entre el acero y el hormigón de los actuales sistemas e idear conceptos innovadores que, a más largo plazo, puedan significar la conexión total sin deslizamiento.Se han desarrollado dos actividades principales:- Experimental: ensayos reducidos de Pull-out y ensayos de flexión de losas completas según método normativo m-k, instrumentadas con galgas extensométricas.- Numérica: establecimiento de un procedimiento validado para la elaboración de modelos tridimensionales de elementos finitos. Simulación del fallo por deslizamiento y estudio paramétrico descriptivo.Con el objetivo general de aportar conocimiento y afianzar la comprensión del comportamiento mecánico de la losa mixta, la tesis aborda el estudio numérico y experimental del fallo por deslizamiento longitudinal, consiguiéndose las siguientes aportaciones particulares:- Procedimiento de simulación numérica local tridimensional y no-lineal del deslizamiento entre la chapa de acero y el hormigón, con el que se describe exactamente la mecánica de funcionamiento de algunos diseños existentes en el mercado.- Análisis del efecto que tienen distintos parámetros físicos y geométricos en la resistencia de la losa mixta frente al deslizamiento longitudinal: rozamiento, profundidad de embutición, longitud, posición, ángulo de conformado, espesor de la chapa, etc., mediante los modelos de elementos finitos.- Evaluación, mediante los modelos numéricos, del perfil de distribución de tensiones longitudinales en tracción simple, con el fin de cuantificar las sombras de tensión que provocan las embuticiones,- Evaluación de la influencia de las condiciones superficiales de la chapa durante el hormigonado en la resistencia al deslizamiento.- Evaluación de la uniformidad de distribución de esfuerzos rasantes transmitidos por las embuticiones. Las losas ensayadas a flexión se han instrumentado, en los tramos de luz rasante, con galgas extensométricas fijadas en varias secciones situadas a distintas distancias de los apoyos.- Recomendaciones generales de diseño. Aplicación al diseño del nuevo perfil "T80" y ensayo.El nuevo perfil "T80", ha sido ya producido en serie, comercializado y puesto en obra en edificios de gran altura, presentando resultados muy satisfactorios.The resistant failure of composite slabs is generally due to longitudinal slip between the profiled steel sheet and concrete. The main goal when designing sheets for composite slabs, consists of ensuring its effective composite behaviour; conceiving retention systems that achieve higher longitudinal slip strengths.To carry out these functions entrusted to steel sheet, i.e. permanent formwork and traction reinforcement, lots of design types are available, created on the basis of prior experience and which effectiveness has to be evaluated empirically.Current sheet designs show a repeating Embossments pattern all along the span. Its function is to inhibit the longitudinal slip in a similar way than the reinforcing bar corrugations for concrete; however, their resistant mechanisms are quite different. In the case of the composite slabs, the Embossments wedge effect transforms the slip to normal efforts that produce the transversal bending of the sheet and, sometimes, the connection loss.The profiling shape that defines the ribs of the slab, the Embossment locations, its depth, length, etc. are some of the main parameters that significantly contributes to lock the slip.Currently, the design and optimization processes for the geometry, and also the checking of its effectiveness, are just empirically evaluated.In the same way, also the composite slabs calculation methods adopted by all national and international standards are based on experimental parameters, obtained from the test of reduced specimens. These tests attempt to reproduce the real behaviour conditions.The framework of this thesis is a research line devoted to improve the longitudinal shear connection between steel and concrete of the current designs as well as conceive innovative concepts that might achieve the permanent connection.Two main activities have been developed:- Experimental: reduced Pull-out tests and standard m-k bending tests, with the use of strain gauges technology.- Numerical: state a validated procedure for making parametrical 3D non-linear finite elements models to simulate the failure micro-mechanics due to longitudinal slip. Within the global aim of improving the knowledge and to strengthen the comprehension of the micro-mechanical behaviour of the composite slabs, this thesis approach the numerical and experimental analysis of the longitudinal slip failure micro-mechanics, achieving the following particular contributions:- Stating a procedure for creating non-linear 3D finite elements models to simulate the slip between steel sheet and concrete, by which the failure mechanics of several existing designs has been exactly described and analysed.- Analysis of the shear strength dependency on several physical and geometrical parameters, such as: friction coefficient, Embossment depth, length, location, profiling angle, sheet thickness, etc., by means of the above said FEM procedure.- Evaluation, by FEM, of the distribution of longitudinal stresses in simple traction, for quantifying the stress shadows due to Embossments.- Effect of the sheet surface conditions, prior to setting the concrete, in the longitudinal shear strength.- Distribution analysis of the longitudinal shear forces transmitted by the Embossments all along the shear span. Strain gauges have been bonded to the free steel surface of several composite slabs, in different locations along the shear span.- General design recommendations. Pre-design, optimization and test of the new "T80" open-rib profile.This new "T80" profile is being manufactured, commercialized, and used in many outstanding buildings and skyscrapers, showing very good results in comparison to other existing open-rib designs.Postprint (published version
Contel José - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Tlálloc, el cerro, la olla y el "chalchihuitl". Una interpretación de la lámina 25 del "Códice Borbónico"
Instituto de Estudios Ibéricos e Iberoamericanos (Polonia), 2008Co-Authors: Contel JoséAbstract:International audienceThe objective of this article is to propose by no means exhaustive, interpretation of the scene painted in the Codex Borbonicus folio 25. Aft er a description of the painting and a brief study of the glosses, we propose an analysis of its symbolism, by establishing a link with certain off erings of the Great Temple of Mexico-Tenochtitlan. It represents the procession which goes to the mountain-temple of Tlalloc during the feast of the month Huey Tozoztli, the fourth period of xiuhpoalli. Although this feast is usually dedicated to the god or goddess of maize, it is here apparently about a rite in honour of the Rain God. Th e "reading" of the painting allows us to establish correspondences with certain off erings of the Huey teocalli of Mexico-Tenochtitlan. Relying in addition on certain metaphors of the language nahuatl as well as on iconographic representations (in the other folios of the Codex Borbonicus but also in the other pre-Columbian or colonial Mexican pictographic manuscripts) and vessels with effi gy of Tlalloc proceeding from the Huey Teocalli of the Aztec capital, it puts of Embossment on the narrow link between the god of the rain, the hill, the vessel and the chalchihuitl.El objetivo del presente artículo es proponer, sin pretensiones de exhaustividad, una interpretación de la escena representada en la lámina 25 del Códice Borbónico. Después de la descripción de la pintura y de un breve estudio de las glosas, se propone un análisis de su simbolismo. Dicha lámina representa la procesión que se dirige hacia el cerro-templo de Tlálloc durante la fi esta del mes Huey Tozoztli o cuarta veintena del xiuhpoalli. Aunque se solía dedicar aquella fi esta a los dioses del maíz, aquí se trata obviamente de un ritual en honor del dios de la lluvia azteca. La "lectura" de la pintura nos permite establecer correspondencias con unas ofrendas del Templo Mayor de México-Tenochtitlan. Relacionándolo, además, con ciertas metáforas de la lengua náhuatl así como con representaciones iconográfi cas (en otras láminas del Códice Borbónico pero también con otros manuscritos pictográfi cos mexicas precolombinos o de la época colonial) y recipientes con efi gie de Tlálloc procedentes del Huey Teocalli de la capital azteca, se pone de realce el vínculo estrecho entre el dios de la lluvia, el cerro, la olla y el chalchihuitl
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Tlálloc, el cerro, la olla y el chalchihuitl: una interpretación de la lámina 25 del Códice Borbónico
2008Co-Authors: Contel JoséAbstract:The objective of this article is to propose by no means exhaustive, interpretation of the scene painted in the Codex Borbonicus folio 25. After a description of the painting and a brief study of the glosses, we propose an analysis of its symbolism, by establishing a link with certain offerings of the Great Temple of Mexico-Tenochtitlan. It represents the procession which goes to the mountain-temple of Tlalloc during the feast of the month Huey Tozoztli, the fourth period of xiuhpoalli. Although this feast is usually dedicated to the god or goddess of maize, it is here apparently about a rite in honour of the Rain God. The “reading” of the painting allows us to establish correspondences with certain off erings of the Huey teocalli of Mexico-Tenochtitlan. Relying in addition on certain metaphors of the language nahuatl as well as on iconographic representations (in the other folios of the Codex Borbonicus but also in the other pre-Columbian or colonial Mexican pictographic manuscripts) and vessels with effigy of Tlalloc proceeding from the Huey Teocalli of the Aztec capital, it puts of Embossment on the narrow link between the god of the rain, the hill, the vessel and the chalchihuitl.El objetivo del presente artículo es proponer, sin pretensiones de exhaustividad, una interpretación de la escena representada en la lámina 25 del Códice Borbónico. Después de la descripción de la pintura y de un breve estudio de las glosas, se propone un análisis de su simbolismo. Dicha lámina representa la procesión que se dirige hacia el cerro-templo de Tlálloc durante la fiesta del mes Huey Tozoztli o cuarta veintena del xiuhpoalli. Aunque se solía dedicar aquella fiesta a los dioses del maíz, aquí se trata obviamente de un ritual en honor del dios de la lluvia azteca. La “lectura” de la pintura nos permite establecer correspondencias con unas ofrendas del Templo Mayor de México-Tenochtitlan. Relacionándolo, además, con ciertas metáforas de la lengua náhuatl así como con representaciones iconográficas (en otras láminas del Códice Borbónico pero también con otros manuscritos pictográficos mexicas precolombinos o de la época colonial) y recipientes con efigie de Tlálloc procedentes del Huey Teocalli de la capital azteca, se pone de realce el vínculo estrecho entre el dios de la lluvia, el cerro, la olla y el chalchihuitl
Beláustegui Carabús, Gustavo Daniel - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Una aproximación al estudio de las relaciones interfuncionales entre la consciencia, la imaginación, el cuerpo y la afectividad : el modelo de Vygotsky y el dualismo interaccionista
Universidad Católica Argentina. Facultad de Psicología y Educación. Departamento de Psicología, 2005Co-Authors: Beláustegui Carabús, Gustavo DanielAbstract:Resmen: se comparará, a través de una reflexión de los modelos, los escritos de Vygotsky con Eccles y Popper, con relación al ensamble con los sistemas funcionales del sí mismo, en especial, en referencia a los procesos afectivo-emocionales. Éstos constituyen, una jerarquía especial que se comprende en las relaciones dialécticas entre la mente, el cuerpo, y la cultura. Los procesos afectivoemocionales son encarados por ambos modelos desde una perspectiva interfuncional, lo que permite un acercamiento no reduccionista al problema. Se plantea un esquema conceptual comparativo entre los modelos que involucran los términos de pensamiento, lenguaje, afecto y consciencia. Éstos, en la dinámica del origen de los conceptos y la puesta en relieve de la imaginación que permitiría considerarla en el entramado de la unidad del sistema cognitivo.Abstract: Vygotsky’s writings are compared with the Eccles and Popper through a reflection of models in relation to the assembly of the functional systems of the self, mainly with reference to the affective- emotional processes. They create a special hierarchy incorporated into the dialectical relationships between mind, body and culture. Both models deal with the affective-emotional processes from a interfunctional perspective, allowing, in this way, a non-reductionist approach to the problem. Along with it, a comparative conceptual scheme arises among the models involving the terms of thought, language, affection and conscience. These, in the dynamics of the origin of concepts and Embossment of imagination, would allow us to consider it in the lattice of the system’s unit
Plans Pujolràs Albert - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Characterization of the longitudinal shear strength in composite slabs
Universitat Politècnica de Catalunya, 2017Co-Authors: Plans Pujolràs AlbertAbstract:The concrete-steel composite slabs show a complex structural characterization due to the different behaviours at the two materials. The materials are exposed to different deformations, large deflections and complex stresses with still a limited understanding of their micromechanics. Hence, current building codes rely on expensive and tedious laboratory tests that characterize the composite slab failure and the ultimate resistance. The Finite Element (FE) numerical simulations were introduced more than 25 years ago in composite slab studies as a mechanism to validate new design methods and also as an alternative to reduce laboratory tests requirements. However, the simulations historically observed a significant number of simplifications such as reduced scale models or simplified geometries. This dissertation introduces initially a novel modeling and simulation methodology that enables new insights in the steel deck and concrete slab response for bending. Distinct full-scale finite element models were generated for four commercial steel deck profiles to simulate the laboratory tests. An intense and systematic optimization process was carried out as the computational costs and the simulation files size associated with the initial FE models were significant. The three-dimensional composite models detailed Embossment depth and slope, steel thickness, or tilting angle, among several others. Common limitations and simplifications related to steel-concrete contact, adhesion, and cohesion factors in previous research efforts were addressed. Newton-Raphson was the simulation method and enabled the consideration of geometrical and materials nonlinearities. The proposed methodology was validated by comparison of the results from the bending simulations with the actual maximum loads, midspan deflection and end slip values obtained from laboratory bending tests. Based on the robustness of the bending simulations, parametric and boundary conditions analyses were performed through pull-out simulations. Micromechanics phenomena that could not be observed during laboratory tests were investigated at the full-scale bending simulations. First, the neutral axes and vertical disconnection representations for the steel deck and concrete slab were characterized and subsequently they proved the existence of partial connection between the materials. Second, a new normal vertical tension parameter sshear was introduced to describe the vertical stresses at the steel deck and the concrete slab. Third, the longitudinal shear strength Zu was computed for different midspan deflections, loads and friction coefficients. The longitudinal shear failure is the most common failure phenomenon among open rib steel deck profiles and thus multiple studies were performed. The observation of a constant Zu value at the shear span of the bending test was novel and indicated that the Eurocode 4 Partial Connection Method was not capable to describe the complex longitudinal shear strength behaviour observed from the simulations. The dissertation concludes with the introduction of a new characterization parameter tu,mechanical to assess the composite slab design efficiency. The parameter is defined as the longitudinal shear strength tu computed from the simulations for a null friction coefficient. The new parameter proved to accurately characterize the performance of the different composite slabs studied in this dissertation when compared with the maximum loads from the laboratory tests. The combiation of the novel modeling and simulation methodology with the tu,mechanical computation enabled a new design process for steel deck profiles. The process developed an iterative computer-focused approach with the goal to reduce the reliance in the costly and tedious laboratory tests.Les lloses mixtes formades per acer i formigó presenten una caracterització estructural complexa degut al comportament diferent dels seus dos materials constituents. Aquests materials pateixen diferents nivells de deformacions, grans desplaçaments i distribucions d'esforços complexes, i avui en dia encara es desconeixen molts dels aspectes fonamentals de la seva micro-mecànica. En conseqüència, les normatives actuals requereixen la realització d'assajos de laboratori per a cada llosa mixta a través d'un procés costós i llarg. La utilització de les simulacions numèriques basades en elements finits per l'estudi de les lloses mixtes es va introduir fa més de 25 anys com a un mecanisme per validar nous processos de disseny i per reduir els exigents requeriments dels assajos normatius de laboratori. Malgrat això, històricament i fins a dia d'avui les simulacions numèriques han patit simplificacions importants, com la realització de models a escala reduïda o amb geometries simples. La recerca introdueix inicialment una nova metodologia de modelat i simulació en lloses mixtes que aporta noves dades en el comportament del perfil de xapa nervada i de la llosa de formigó. Es van desenvolupar diferents models d'elements finits per a quatre perfils de xapa comercials per replicar els assajos de laboratori de flexió. Inicialment, es va implementar un procés d'optimització sistemàtic en els models d'elements finits, ja que tant els costos computacionals com la mida de les simulacions eren elevats. Els models tridimensionals van incloure la profunditat i pendent de les emboticions, el gruix de la xapa d'acer i l'angle del nervi, entre molts altres paràmetres geomètrics. Es van millorar simplificacions i limitacions habituals observades en recerca publicada anteriorment sobre la interfície formigó-acer, el factor d'adhesió i els factors de cohesió. Es va implementar el mètode de simulació de Newton-Raphson, que va permetre la consideració de no-linealitats en geometries i materials. La metodologia proposada va ser validada comparant-la amb els resultats experimentals dels assajos de flexió. A partir de la solidesa observada en les simulacions de flexió, es van desenvolupar nous models d'elements finits de l'assaig de pull-out per realitzar un estudi paramètric i de condicions de contorn. A partir de les simulacions, es van analitzar multitud de fenòmens micro-mecànics que no s'havien pogut detectar directament en el laboratori. Primer, es van caracteritzar les representacions dels eixos neutres i la desconnexió vertical entre el formigó i l'acer, i posteriorment es va demostrar l'existència de connexió parcial entre ambdós materials. Segon, es va definir una nova tensió vertical normal σshear per descriure les tensions verticals observades entre la xapa d'acer i la llosa de formigó. Tercer, es va calcular l'esforç longitudinal a rasant tu per a tota la longitud del nervi i per a diferents càrregues. L'observació d'un segment amb valor constant va validar una de les hipòtesis del Mètode de la Connexió Parcial de l'Eurocodi 4. Així mateix, també va posar de manifest que el model mecànic d'aquest mètode no era capaç de capturar la complexitat observada en les simulacions per l'esforç "τu". La recerca conclou amb la introducció d'un nou paràmetre de caracterització de l'eficiència de la llosa mixta anomenat "τu,mechanical". Aquest paràmetre es defineix com l'esforç longitudinal a rasant tu obtingut de les simulacions amb fricció nul.la. El nou paràmetre va caracteritzar correctament els diferents perfils comercials modelats quan van ser comparats amb la seva resistència última obtinguda en els assajos de laboratori. La combinació de "τu,mechanical" i la nova metodologia de modelat i simulació genera un nou procés de disseny per lloses mixtes. A través d'un procés iteratiu centrat en simulacions que optimitzen "τu,mechanical", el procés genera una proposta de disseny final de la xapa d'acer, sense la necessitat de realitzar cap assaig al laboratori
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Characterization of the longitudinal shear strength in composite slabs
Universitat Politècnica de Catalunya, 2017Co-Authors: Plans Pujolràs AlbertAbstract:The concrete-steel composite slabs show a complex structural characterization due to the different behaviours at the two materials. The materials are exposed to different deformations, large deflections and complex stresses with still a limited understanding of their micromechanics. Hence, current building codes rely on expensive and tedious laboratory tests that characterize the composite slab failure and the ultimate resistance. The Finite Element (FE) numerical simulations were introduced more than 25 years ago in composite slab studies as a mechanism to validate new design methods and also as an alternative to reduce laboratory tests requirements. However, the simulations historically observed a significant number of simplifications such as reduced scale models or simplified geometries. This dissertation introduces initially a novel modeling and simulation methodology that enables new insights in the steel deck and concrete slab response for bending. Distinct full-scale finite element models were generated for four commercial steel deck profiles to simulate the laboratory tests. An intense and systematic optimization process was carried out as the computational costs and the simulation files size associated with the initial FE models were significant. The three-dimensional composite models detailed Embossment depth and slope, steel thickness, or tilting angle, among several others. Common limitations and simplifications related to steel-concrete contact, adhesion, and cohesion factors in previous research efforts were addressed. Newton-Raphson was the simulation method and enabled the consideration of geometrical and materials nonlinearities. The proposed methodology was validated by comparison of the results from the bending simulations with the actual maximum loads, midspan deflection and end slip values obtained from laboratory bending tests. Based on the robustness of the bending simulations, parametric and boundary conditions analyses were performed through pull-out simulations. Micromechanics phenomena that could not be observed during laboratory tests were investigated at the full-scale bending simulations. First, the neutral axes and vertical disconnection representations for the steel deck and concrete slab were characterized and subsequently they proved the existence of partial connection between the materials. Second, a new normal vertical tension parameter sshear was introduced to describe the vertical stresses at the steel deck and the concrete slab. Third, the longitudinal shear strength Zu was computed for different midspan deflections, loads and friction coefficients. The longitudinal shear failure is the most common failure phenomenon among open rib steel deck profiles and thus multiple studies were performed. The observation of a constant Zu value at the shear span of the bending test was novel and indicated that the Eurocode 4 Partial Connection Method was not capable to describe the complex longitudinal shear strength behaviour observed from the simulations. The dissertation concludes with the introduction of a new characterization parameter tu,mechanical to assess the composite slab design efficiency. The parameter is defined as the longitudinal shear strength tu computed from the simulations for a null friction coefficient. The new parameter proved to accurately characterize the performance of the different composite slabs studied in this dissertation when compared with the maximum loads from the laboratory tests. The combiation of the novel modeling and simulation methodology with the tu,mechanical computation enabled a new design process for steel deck profiles. The process developed an iterative computer-focused approach with the goal to reduce the reliance in the costly and tedious laboratory tests.Les lloses mixtes formades per acer i formigó presenten una caracterització estructural complexa degut al comportament diferent dels seus dos materials constituents. Aquests materials pateixen diferents nivells de deformacions, grans desplaçaments i distribucions d'esforços complexes, i avui en dia encara es desconeixen molts dels aspectes fonamentals de la seva micro-mecànica. En conseqüència, les normatives actuals requereixen la realització d'assajos de laboratori per a cada llosa mixta a través d'un procés costós i llarg. La utilització de les simulacions numèriques basades en elements finits per l'estudi de les lloses mixtes es va introduir fa més de 25 anys com a un mecanisme per validar nous processos de disseny i per reduir els exigents requeriments dels assajos normatius de laboratori. Malgrat això, històricament i fins a dia d'avui les simulacions numèriques han patit simplificacions importants, com la realització de models a escala reduïda o amb geometries simples. La recerca introdueix inicialment una nova metodologia de modelat i simulació en lloses mixtes que aporta noves dades en el comportament del perfil de xapa nervada i de la llosa de formigó. Es van desenvolupar diferents models d'elements finits per a quatre perfils de xapa comercials per replicar els assajos de laboratori de flexió. Inicialment, es va implementar un procés d'optimització sistemàtic en els models d'elements finits, ja que tant els costos computacionals com la mida de les simulacions eren elevats. Els models tridimensionals van incloure la profunditat i pendent de les emboticions, el gruix de la xapa d'acer i l'angle del nervi, entre molts altres paràmetres geomètrics. Es van millorar simplificacions i limitacions habituals observades en recerca publicada anteriorment sobre la interfície formigó-acer, el factor d'adhesió i els factors de cohesió. Es va implementar el mètode de simulació de Newton-Raphson, que va permetre la consideració de no-linealitats en geometries i materials. La metodologia proposada va ser validada comparant-la amb els resultats experimentals dels assajos de flexió. A partir de la solidesa observada en les simulacions de flexió, es van desenvolupar nous models d'elements finits de l'assaig de pull-out per realitzar un estudi paramètric i de condicions de contorn. A partir de les simulacions, es van analitzar multitud de fenòmens micro-mecànics que no s'havien pogut detectar directament en el laboratori. Primer, es van caracteritzar les representacions dels eixos neutres i la desconnexió vertical entre el formigó i l'acer, i posteriorment es va demostrar l'existència de connexió parcial entre ambdós materials. Segon, es va definir una nova tensió vertical normal σshear per descriure les tensions verticals observades entre la xapa d'acer i la llosa de formigó. Tercer, es va calcular l'esforç longitudinal a rasant tu per a tota la longitud del nervi i per a diferents càrregues. L'observació d'un segment amb valor constant va validar una de les hipòtesis del Mètode de la Connexió Parcial de l'Eurocodi 4. Així mateix, també va posar de manifest que el model mecànic d'aquest mètode no era capaç de capturar la complexitat observada en les simulacions per l'esforç "τu". La recerca conclou amb la introducció d'un nou paràmetre de caracterització de l'eficiència de la llosa mixta anomenat "τu,mechanical". Aquest paràmetre es defineix com l'esforç longitudinal a rasant tu obtingut de les simulacions amb fricció nul.la. El nou paràmetre va caracteritzar correctament els diferents perfils comercials modelats quan van ser comparats amb la seva resistència última obtinguda en els assajos de laboratori. La combinació de "τu,mechanical" i la nova metodologia de modelat i simulació genera un nou procés de disseny per lloses mixtes. A través d'un procés iteratiu centrat en simulacions que optimitzen "τu,mechanical", el procés genera una proposta de disseny final de la xapa d'acer, sense la necessitat de realitzar cap assaig al laboratori.Postprint (published version
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Análise geoambiental da bacia hidrográfica do Ribeirão Borá: Sacramento/Conquista (MG)
Universidade Federal de Uberlândia, 2010Co-Authors: Florêncio, Beatriz Aparecida BessaAbstract:Esta pesquisa teve como objetivo realizar uma análise geoambiental na bacia hidrográfica do Ribeirão Borá, buscando estabelecer categorias por meio da integração das variáveis naturais. Para tanto, aplicou-se a Teoria dos Geossistemas que, entre outros fins, procura a conservação, o uso racional do espaço e o desenvolvimento sustentável. A bacia localiza-se na mesorregião do Triângulo Mineiro e Alto Paranaíba (MG), drenando parte das terras dos municípios de Sacramento e Conquista, ocupando uma área de 357,81 km². Foram utilizados documentos cartográficos do IBGE, GEOMINAS, EMBRAPA e CPRM; imagens do Satélite ETM+/Landsat 5; dados socioeconômicos; pesquisas bibliográficas e levantamentos de campo. A metodologia de trabalho seguiu a proposta de Libault (1971), que define quatro níveis de abordagem, sendo eles: compilatório, correlatório, semântico e normativo. As técnicas de geoprocessamento foram aplicadas com a utilização de vários softwares. A Formação Serra Geral principal embasamento geológico da bacia (61%) associada ao clima Tropical Semi-Úmido conduz à formação de solos, predominantemente da classe dos Latossolos, destacando-se o Latossolo Vermelho Acriférrico (60% da área) que, em geral, apresenta boa estrutura física para aproveitamento agrícola, exigindo apenas algumas correções químicas, como a calagem. Esse quadro interage com um relevo predominante de Topo Plano (54%), sem grandes ondulações que, também, facilita as atividades agrícolas e contribui para a manutenção dos recursos hídricos no subsolo. O uso da terra e da cobertura vegetal, para os anos de 2002 e 2009, revelou que, respectivamente, 70 e 72% das terras da bacia foram ocupadas predominantemente pelas atividades antrópicas (pastagem e agricultura). Ainda foi constatado que 95% das terras da bacia apresentam elevado potencial para uso econômico. Contudo, verificou-se que parte das atividades agropecuárias também ocupa as áreas de maiores declives (20 a 45%), o que não é indicado, pois, conforme determina a legislação ambiental, tais locais devem ser preservados ou destinados à reserva legal, além de serem impróprios para qualquer tipo de uso, segundo a classificação das terras no sistema de capacidade de uso. Na intenção de contribuir para maximização das potencialidades da bacia, foram apresentadas algumas sugestões de planejamento com adoção de práticas conservacionistas.This research aimed to make a geoenvironmental analysis in the watershed of Ribeirão Borá, seeking to establish categories through the integration of natural variables. To this end, we applied the Theory of Geosystems which, among other purposes, seeks the conservation, rational space s use and sustainable development. The watershed is located in the region ( mesorregião ) of Triângulo Mineiro and Alto Paranaíba (MG), and it drained some land parts in the counties of Sacramento and Conquista, and it occupied an area of 357.81 km². We used cartographic documents by IBGE, GEOMINAS, EMBRAPA and CPRM; images of the Satellite ETM+/Landsat 5; socioeconomic data; bibliographic searches and field surveys. The work methodology followed the Libault s proposal (1971), which defines four levels of approach, namely: compilation, correlation, semantic and normative. The geoprocessing techniques were applied with the use of various softwares. The Formation Serra Geral main geological basement of the watershed (61%) associated with the semi-humid tropical climate leads to the formation of soils with the predominance of the class Oxisols, stands out Ustox (60% of the area) that, in general, has good physical structure for agricultural use, requiring only a few corrections chemicals, such as the use of lime. This framework interacts with an Embossment predominant of Topo Plano (54%), without big ripples, that also facilitates agricultural activities and contributes to the maintenance of water resources in the subsoil. The land use and vegetation cover, between 2002 and 2009, revealed that, respectively, 70 and 72% of land in the watershed were occupied predominantly by human activities (grazing and agriculture). Moreover, we observed that 95% of the watershed s land has a high potential for economic use. However, we checked that part of agricultural activities also occupy areas of higher slopes (20-45%), this is not indicated, because the environmental legislation required that such areas should be preserved or designated to the legal reserve, in addition to being unfit for any use, according to the classification of land in the use capacity's system. Some suggestions were planning to adopt conservation practices with the intention to contribute to maximizing the potential of the watershed
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Análise geoambiental da bacia hidrográfica do Ribeirão Borá: Sacramento/Conquista (MG)
UFU, 2010Co-Authors: Florêncio, Beatriz Aparecida BessaAbstract:This research aimed to make a geoenvironmental analysis in the watershed of Ribeirão Borá, seeking to establish categories through the integration of natural variables. To this end, we applied the Theory of Geosystems which, among other purposes, seeks the conservation, rational space s use and sustainable development. The watershed is located in the region ( mesorregião ) of Triângulo Mineiro and Alto Paranaíba (MG), and it drained some land parts in the counties of Sacramento and Conquista, and it occupied an area of 357.81 km². We used cartographic documents by IBGE, GEOMINAS, EMBRAPA and CPRM; images of the Satellite ETM+/Landsat 5; socioeconomic data; bibliographic searches and field surveys. The work methodology followed the Libault s proposal (1971), which defines four levels of approach, namely: compilation, correlation, semantic and normative. The geoprocessing techniques were applied with the use of various softwares. The Formation Serra Geral main geological basement of the watershed (61%) associated with the semi-humid tropical climate leads to the formation of soils with the predominance of the class Oxisols, stands out Ustox (60% of the area) that, in general, has good physical structure for agricultural use, requiring only a few corrections chemicals, such as the use of lime. This framework interacts with an Embossment predominant of Topo Plano (54%), without big ripples, that also facilitates agricultural activities and contributes to the maintenance of water resources in the subsoil. The land use and vegetation cover, between 2002 and 2009, revealed that, respectively, 70 and 72% of land in the watershed were occupied predominantly by human activities (grazing and agriculture). Moreover, we observed that 95% of the watershed s land has a high potential for economic use. However, we checked that part of agricultural activities also occupy areas of higher slopes (20-45%), this is not indicated, because the environmental legislation required that such areas should be preserved or designated to the legal reserve, in addition to being unfit for any use, according to the classification of land in the use capacity's system. Some suggestions were planning to adopt conservation practices with the intention to contribute to maximizing the potential of the watershed.Mestre em GeografiaEsta pesquisa teve como objetivo realizar uma análise geoambiental na bacia hidrográfica do Ribeirão Borá, buscando estabelecer categorias por meio da integração das variáveis naturais. Para tanto, aplicou-se a Teoria dos Geossistemas que, entre outros fins, procura a conservação, o uso racional do espaço e o desenvolvimento sustentável. A bacia localiza-se na mesorregião do Triângulo Mineiro e Alto Paranaíba (MG), drenando parte das terras dos municípios de Sacramento e Conquista, ocupando uma área de 357,81 km². Foram utilizados documentos cartográficos do IBGE, GEOMINAS, EMBRAPA e CPRM; imagens do Satélite ETM+/Landsat 5; dados socioeconômicos; pesquisas bibliográficas e levantamentos de campo. A metodologia de trabalho seguiu a proposta de Libault (1971), que define quatro níveis de abordagem, sendo eles: compilatório, correlatório, semântico e normativo. As técnicas de geoprocessamento foram aplicadas com a utilização de vários softwares. A Formação Serra Geral principal embasamento geológico da bacia (61%) associada ao clima Tropical Semi-Úmido conduz à formação de solos, predominantemente da classe dos Latossolos, destacando-se o Latossolo Vermelho Acriférrico (60% da área) que, em geral, apresenta boa estrutura física para aproveitamento agrícola, exigindo apenas algumas correções químicas, como a calagem. Esse quadro interage com um relevo predominante de Topo Plano (54%), sem grandes ondulações que, também, facilita as atividades agrícolas e contribui para a manutenção dos recursos hídricos no subsolo. O uso da terra e da cobertura vegetal, para os anos de 2002 e 2009, revelou que, respectivamente, 70 e 72% das terras da bacia foram ocupadas predominantemente pelas atividades antrópicas (pastagem e agricultura). Ainda foi constatado que 95% das terras da bacia apresentam elevado potencial para uso econômico. Contudo, verificou-se que parte das atividades agropecuárias também ocupa as áreas de maiores declives (20 a 45%), o que não é indicado, pois, conforme determina a legislação ambiental, tais locais devem ser preservados ou destinados à reserva legal, além de serem impróprios para qualquer tipo de uso, segundo a classificação das terras no sistema de capacidade de uso. Na intenção de contribuir para maximização das potencialidades da bacia, foram apresentadas algumas sugestões de planejamento com adoção de práticas conservacionistas