APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

Este trabajo final de máster, titulado “Análisis estructural y propuesta de intervención para reforzar una edificación que modificará sus cargas”, aborda el análisis y la intervención de la estructura del edificio del Instituto de Servicios de Laboratorio de Diagnóstico e Investigación en Salud (SELADIS). El objetivo principal del estudio es evaluar la capacidad estructural del edificio ante las nuevas condiciones de carga y cumplir con las exigencias de la normativa sísmica vigente en Bolivia, actualizada en 2023. El proyecto comienza con una evaluación del estado actual de la estructura, utilizando herramientas como inspecciones visuales, levantamientos gráficos y análisis de lesiones. Se realizó un diagnóstico detallado para identificar debilidades y áreas críticas en los elementos estructurales, como cimientos, columnas y vigas. Con base en esta evaluación, se llevó a cabo un análisis comparativo entre las cargas actuales y las modificadas debido a la instalación de nuevos equipos de laboratorio y la redistribución de ambientes. Se utilizó el software especializado CypeCAD para desarrollar modelos estructurales que simulan el comportamiento del edificio bajo las nuevas cargas y exigencias sísmicas. El análisis incluyó tanto el estado límite de servicio (ELS) para verificar las deflexiones como el estado límite último (ELU) para evaluar la resistencia. Los resultados revelaron que algunas vigas y columnas no cumplían con los requisitos de resistencia, lo que llevó a la propuesta de intervenciones de refuerzo estructural. Las soluciones propuestas incluyen el uso de fibras de carbono para reforzar vigas y columnas, debido a sus ventajas en factores evaluados como limitación arquitectónica, acceso al área, cargas adiciones y tiempo para la intervención, se identificaron desafíos relacionados con la resistencia al fuego, que serán abordados mediante un sistema de protección adecuado. También se recomienda una impermeabilización de la fachada posterior para evitar la humedad en los sótanos y elaborar un plan de intervención que priorice sectores críticos sin interrumpir las operaciones del SELADIS. En conclusión, el trabajo ofrece una guía detallada para mejorar la seguridad y funcionalidad del edificio SELADIS, garantizando su operatividad continua y cumpliendo con las normativas vigentes. Este análisis integral proporciona una base sólida para la toma de decisiones y la implementación de intervenciones estructurales efectivas.

La arquitectura contemporánea presenta de forma creciente un cambio de paradigma que pone como eje de ruta la sostenibilidad y que afecta de manera directa al diseño de las ciudades y sus edificios. En este sentido, la rehabilitación juega un papel crucial para afrontar distintos retos en el ámbito de la edificación. Dentro de este mismo ámbito, una de las intervenciones estructurales más habituales en edificación existente es la técnica del apeo, con el objetivo de eliminar o realizar aberturas sobre elementos verticales portantes, bien sea por requisitos de accesibilidad, cambios de uso u otras necesidades. En este Trabajo Final de Grado se analizarán los procesos constructivos de las técnicas de apeo convencionales, así como los beneficios e inconvenientes que suponen la aplicación de estas. En apeos convencionales, uno de los inconvenientes más destacables es la necesidad de intervención en zonas inferiores al apeo para reforzar la estructura como es el caso de la cimentación de un edificio. Este problema podría solventarse mediante la aplicación de nuevas técnicas de apeo, siendo esta necesidad la que motiva la realización del presente estudio, cuyo objetivo consiste en la propuesta y estudio de un nuevo sistema de apeo basado en la técnica de doble preflexión. El apeo con doble preflexión es una técnica novedosa en estudio que utiliza un sistema de vigas gemelas contrapuestas y preflectadas mediante barras tensoras o gatos hidráulicos. Esto permite una redistribución de esfuerzos que mantiene inalterados los estados tensionales iniciales del muro una vez completado el apeo. De esta manera, se evitan intervenciones adicionales de refuerzo en elementos estructurales de los niveles inferiores al mismo. Para estudiar y analizar la viabilidad de esta nueva técnica, se ha diseñado y fabricado un modelo de espécimen a escala compuesto por perfiles de acero que simulan el comportamiento estructural de la planta de un edificio. Este espécimen ha sido empleado en laboratorio, haciendo un ensayo en el que se ha aplicado una carga sobre un pilar al que se le ha practicado un apeo mediante la técnica de la doble preflexión. A través de la instrumentación de los elementos que componen el espécimen, los datos derivados del ensayo han sido recogidos mediante un sistema de adquisición de datos y posteriormente enviados a un ordenador para ser procesados y analizados. Los resultados muestran la capacidad del sistema de apeo empleado para transmitir y soportar las cargas tras la realización del ensayo. Este sistema novedoso presenta resultados significativos que permiten plantear una alternativa a los sistemas de apeo habituales, dando así posibilidad de la aplicación de nuevas técnicas en rehabilitación.

El avance de nuevas tecnologías en la construcción, como la impresión 3D, ofrece una oportunidad para explorar alternativas innovadoras en el uso de materiales tradicionales como la tierra, que está ganando cada vez más relevancia debido a sus características sostenibles. Esta investigación se centró en una revisión de los estudios actuales sobre la impresión 3D con tierra. Desde sus primeros desarrollos hasta las investigaciones más recientes, tanto en el sistema constructivo como en el material en sí. Es importante destacar que la tierra utilizada en este contexto no sigue estándares predefinidos, ya que el enfoque principal es emplear los recursos locales, lo que implica variaciones en proporciones y componentes. Tras investigar diversos tipos de mezclas de tierra, se llevó a cabo una campaña experimental utilizando tres tipos de tierra suministrados por el laboratorio de la EPSEB. El objetivo fue caracterizarlos y comprender su composición para determinar cuál sería la más adecuada para la impresión. Posteriormente, se evaluó la tierra seleccionada con diferentes tipos de agregados para comprender su papel en este contexto de materiales. Finalmente, se realizó un análisis de los resultados de la campaña experimental para identificar las ventajas de la tierra seleccionada y determinar qué agregados resultaron más eficaces en términos de retracción. Los resultados revelaron que la tierra más idónea para la construcción resultó ser la proveniente de Sant Cugat, gracias a su equilibrio entre arcilla, limo y arena. En cuanto a los agregados, se demostró que las fibras naturales estudiadas fueron las más eficaces para contrarrestar la retracción, logrando así minimizar la formación de grietas en las estructuras.

In the present work, a recapitulation of the relevant aspects of digital printing or 3D printing in the construction sector is provided. It explores how this technology has not only revolutionized the construction process but also generated a positive impact on environmental sustainability. Not only reduces construction times and offers design flexibility but also diminishes the use of materials like cement, leading directly to lower emissions and energy consumption. To comprehend the effects of this technology in a sustainable environment, an evaluation of twelve mortar mixtures composed of different materials and compositions was conducted for the fabrication of a one-square-meter printed wall piece. The MIVES multicriteria methodology is used to calculate the sustainability index of these alternatives, which is summarized in a decision tree composed of four requirements: environmental, economic, social, and technological; five criteria; and nine indicators. With the latter, satisfaction is calculated through value functions to ultimately obtain the value index of each alternative. In the main scenario, where environmental aspects are prioritized, the mixture that results in a higher value index is composed of binders such as cement, micro-silica, and fly ash, and it also incorporates the use of coarse recycled aggregates (particle size from 5 mm to 10 mm). Additionally, a sensitivity analysis is carried out where the weight percentages of the requirements are varied in three new scenarios, prioritizing economic, technological, and social aspects, respectively. Finally, an analysis of the results obtained in all scenarios is conducted.

The 3D printing of concrete is a very important technological advance in recent years and is being used more and more in the construction sector. For this technology to advance, it has to focus on the development of various investigations and study all possible parameters. Many of these parameters include that the materials used are as sustainable as possible, that it is not harmful to the environment, and that it provides opportunities for a circular economy. In the present investigation, an experimental campaign was developed for the development and characterization of concrete for 3D printing. The experimental campaign consisted of four stages: gray concrete, white concrete, concrete with metallic fibers and concrete with recycled aggregate. For the first stages, gray and white concrete specimens were developed, and based on the results, the one with the best mechanical behavior was chosen. Subsequently, a printing optimization was developed with the use of three additives: lime, ether and viscosity modulator, ether being the one with the best behavior for 3D printing. Then, the stages of concrete with metallic fibers and recycled aggregate were developed in order to obtain their mechanical behavior in flexion and compression (and flexural bending in the case of inclusion of fibers). Finally, the results were quantified and analyzed.

El projecte descriu una solució a un pas superior per a ferrocarril a una nova línia programada al Pla Territorial Parcial de Tarragona. Aquesta obra ha de superar un obstacle de 40 metres, l'AP-7, assolits amb una secció artesa prefabricada.

La impresión 3D se está utilizando cada vez más en el sector de la construcción debido a la cantidad de ventajas que presenta. En este sentido, ha demostrado su capacidad para disminuir el tiempo requerido para la construcción de estructuras complejas en comparación con los métodos de construcción tradicionales, permite una gran libertad de diseño, permite un ahorro sustancial de material ya que éste se coloca donde es estructuralmente necesario, lo que conlleva a una menor generación de residuos, afectando de manera positiva al factor medioambiental. Por otro lado, al automatizarse el proceso de construcción, disminuyen los errores debidos al factor humano. Muchas de las investigaciones enfocadas al estudio de las estructuras impresas pretenden establecer un nivel de fiabilidad en cuanto a sus propiedades mecánicas, de manera que pueda extenderse su uso a más aplicaciones estructurales. Por ello, en este trabajo final de grado se estudia el comportamiento mecánico de dos componentes estructurales impresos con la metodología Contour Crafting. Se trata un elemento recto y un elemento de esquina, destinados a la edificación, y de los cuales se evalúa su capacidad y desempeño estructural. La caracterización mecánica se basa en los resultados de una campaña experimental compuesta por un ensayo a flexión y un ensayo de empuje, además se realiza una modelización numérica de los muros y se contrastan los resultados experimentales con los teóricos, definiendo un nivel de adecuación entre dichos resultados. El muro recto ha roto en distintas fases, empezando por las esquinas debido a concentraciones de tensiones en esas zonas, y finalmente ha fallado a flexión en el centro de luz por la zona de unión entre capas. Por otro lado, el muro en L ha roto por concentración de tensiones en el apoyo. Los resultados experimentales, en líneas generales, se adecuaron a las predicciones teóricas provenientes del modelo numérico.

Fibre-reinforced concrete (HRF) arises from the need to solve two types of problems; the first is that it does not resist tensile stresses, which leads many construction companies to have to reinforce it with steel bars or mesh, bearing in mind that the reinforcement must be protected from corrosion; and the second is the fact that the price increases considerably. Fibres of a metallic nature are the most frequent for these purposes; however, due to their stiffness, they can lead to problems of workability of the fresh concrete. The aim of this research is to carry out an experimental campaign to characterise structural concretes reinforced with flexible metallic fibres. Likewise, this thesis will be divided into different blocks called chapters. The first of these will be a brief introduction to the knowledge of fibres based on bibliographies, articles, master's or doctoral theses and the objectives of this research will be described. Secondly, the chapter on the state of knowledge will present all previous studies that help the reader to situate themselves and understand the reason for this study. Thirdly, an experimental campaign is carried out applying the mechanical characteristics of concrete reinforced with flexible metallic steel fibres with tensile, compression and pull-out tests and an analysis of the specimens using SEM-EDS. Consequently, the analysis of the results obtained from each test and finally the conclusions that respond to the objectives of this study will be carried out.

La impressió 3D en formigó és una nova tecnologia amb prometedores aplicacions constructives i estructurals. No obstant això, és necessari l'estudi de materials que permetin la seva utilització. És important realitzar una caracterització de les propietats mecàniques. D'altra banda, l'assaig d'elements estructurals permet determinar el comportament real. El treball a realitzar consta principalment d'una caracterització mecànica de dos materials, les seves diferències i l'assaig de diferents elements a escala real.

Se diseñará y llevará a cabo una campaña experimental de losas con diversas configuraciones de refuerzo. Estas losas de hormigón tienen diferentes configuración de refuerzos: (a) de hormigón en masa; (b) tres tipos de fibras de acero; (c) barras convencionales y (d) de refuerzo combinado. Los resultados obtenidos se utilizaron para la comparación de los patrones de fisuración y de las cargas últimas de las losas para evaluar la eficiencia de las diversas configuraciones de refuerzo utilizadas.