Aprèn - Luca Pelà

La mamposteria és un dels mètodes de construcció més antics que encara s'utilitzen arreu del món. Aquesta tècnica de construcció implica la combinació de dos components diferents: unitats de mamposteria i un aglutinant, i les unitats es col·loquen en sec o s'uneixen entre si. L'ús extensiu de la mamposteria al llarg de la història es deu a la disponibilitat abundant de materials naturals i a la senzillesa dels seus mètodes de construcció. Aquesta versatilitat ha fet que la mamposteria sigui intemporal i adaptable, adequada tant per a dissenys ordinaris com innovadors. Una part important dels edificis existents al món està formada per estructures portants de mamposteria. Molts d'aquests edificis són patrimoni cultural o tenen valor arquitectònic i poden estar situats en zones sísmiques actives. Per tant, comprendre el comportament a tallant de la mamposteria és essencial per avaluar-ne la integritat estructural i la conservació. Entre les diverses unitats de mamposteria disponibles, aquesta tesi es centra en la caracterització al tall de la mamposteria construïda amb maons perforats. Aquests maons s'utilitzen comunament en la construcció contemporània a causa de beneficis com la reducció de pes, la millora de la resistència al foc, la millora de l'aïllament tèrmic i acústic, i la reducció del carboni incorporat. Tanmateix, el comportament experimental de la mamposteria de maó vist segueix estant poc investigat. Aquesta tesi té com a objectiu investigar el comportament de la mamposteria construïda amb maons perforats vistos, analitzant el seu comportament sota esforç tallant. Els resultats identificaran els modes de fallada mitjançant Correlació Digital d'Imatges (DIC), i es caracteritzarà la resistència al tall segons els estàndards europeus. Els resultats determinaran la cohesió i el coeficient de fricció d'aquest tipus de mamposteria, per comprendre millor el comportament de la mamposteria sota accions en el pla.

La mampostería es uno de los métodos de construcción más antiguos que se siguen utilizando en todo el mundo. Esta técnica de construcción implica la combinación de dos componentes distintos: unidades de mampostería y un aglutinante, y las unidades se colocan en seco o unidas entre sí. El amplio uso de la mampostería a lo largo de la historia se debe a la abundante disponibilidad de materiales naturales y a la sencillez de sus métodos de construcción. La versatilidad de la mampostería hace que sea adecuada tanto para diseños ordinarios como innovadores. Una parte importante de los edificios existentes en el mundo está formada por estructuras portantes de mampostería. Muchos de estos edificios son patrimonio cultural o tienen valor arquitectónico y pueden estar situados en zonas sísmicamente activas. Por lo tanto, comprender el comportamiento a cortante de la mampostería es esencial para evaluar su integridad estructural y su conservación. Entre las diversas unidades de mampostería disponibles, esta tesis se centra en la caracterización a cortante de la mampostería construida con ladrillos perforados. Estos ladrillos se utilizan comúnmente en la edificación moderna debido a ventajas tales como la reducción de peso, la mejora de la resistencia al fuego, la mejora del aislamiento térmico y acústico, y la reducción del carbono incorporado. Sin embargo, el comportamiento experimental de la mampostería de ladrillo visto sigue estando poco investigado. Esta tesis tiene como objetivo investigar el comportamiento de la mampostería construida con ladrillos perforados vistos, analizando su comportamiento bajo esfuerzo cortante. Los resultados identificarán los modos de fallo mediante Correlación Digital de Imágenes (DIC), y se caracterizará la resistencia a cortante según los estándares europeos. Los resultados determinarán la cohesión y el coeficiente de fricción de este tipo de mampostería, para comprender mejor el comportamiento de la mamostería bajo acciones en el plano.

Masonry is one of the oldest construction methods still used worldwide. This construction technique involves the combination of two distinct components: masonry units and a binder, with the units either laid dry or bound together. The extensive use of masonry throughout history is driven by the abundant availability of natural materials and the simplicity of its construction methods. This versatility has made masonry timeless and adaptable, suitable for both ordinary and innovative designs. A significant amount of the world's existing buildings consist of load-bearing masonry structures. Many of these buildings possess cultural heritage or architectural value and may be located in seismically active areas. Therefore, understanding the shear behavior of masonry is essential for assessing their structural integrity and preservation. Among the various available masonry units, this thesis focuses on the shear characterization of masonry constructed with perforated bricks. These are commonly used in contemporary construction due to advantages such as reduced weight, enhanced fire resistance, improved thermal and acoustic insulation, and lower embodied carbon. However, the experimental performance of exposed brick masonry remains under-researched. This thesis aims to research on the behavior of masonry constructed with exposed perforated bricks, analyzing their behavior under shear stress. The results will identify failure modes using Digital Image Correlation (DIC), and the shear strength will be characterized according to European standards. The findings will determine the cohesion and friction coefficient of this type of masonry, to better understand the masonry's performance under in-plane actions.

Tensile characterization of mortar and bricks for masonry construction

Master thesis

Wishewan, Katherine Elizabeth

Tutor / Supervisor: Pelà, Luca; Cabané Cañas, Albert

Publication date: 2024

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

View detail Access to the full text

Identifying the reasons for existing damages in masonry arch viaducts using a terrestrial laser scanner

Master thesis

Ferretiz Gatica, Luis Emanuel

Tutor / Supervisor: Pelà, Luca; Gönen, Semih

Publication date: 2024

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

View detail Access to the full text

El projecte té com a objectiu investigar i detectar les principals causes dels danys i deformacions existents del viaducte de la Joncadella amb l'ús de núvols de punts, que es recullen mitjançant l'aplicació de l'escàner làser terrestre (TLS od LIDAR). L'objectiu inicial de la investigació és revisar breument el comportament estructural dels ponts d'arc de maçoneria, incloses les metodologies de construcció, i els defectes més comuns. A més, l'explicació de com l'ús de noves tecnologies que facilitin la construcció dels models 3D pot esdevenir una gran eina per identificar què es podria estar desenvolupant en l'estructura i trobar les causes dels danys existents en les estructures històriques. Es va dur a terme una revisió bibliogràfica a través de la identificació de com funcionen els arcs i la seva manera de desenvolupar mecanismes de fallada, i sobre l'enfocament dels mètodes no destructius que s'utilitzen per obtenir informació de les estructures històriques analitzades. Es va organitzar l'estudi de taula necessari per a l'estudi del pont de maçoneria, dins del qual es va incloure informació sobre el disseny i la construcció originals, els materials utilitzats, les intervencions realitzades en el passat i les modificacions geomètriques. El següent pas va ser la visita al lloc on es va recollir algun núvol de punts mitjançant escàner làser terrestre, es van prendre fotografies i es van fer mesures mètriques, totes aquestes eines són addicionals a la inspecció visual crucial. La informació recollida va permetre construir un model geomètric 3D de la part de maçoneria existent del Viaducte de la Joncadella, mostrant només les característiques externes del pont. Aquest model va ser analitzat posteriorment com un model bidimensional comparant formes ideals versus formes deformades reals.

El proyecto tiene como objetivo investigar y detectar las principales causas de los daños y deformaciones existentes en el Viaducto de la Joncadella con el uso de nubes de puntos, que se recogen mediante la aplicación de escáner láser terrestre (TLS o LIDAR). El objetivo inicial de la investigación es repasar brevemente cómo es el comportamiento estructural de los puentes arco de mampostería, incluyendo las metodologías constructivas, y los defectos más comunes. Además, la explicación de cómo el uso de las nuevas tecnologías que facilitan la construcción de modelos 3D puede convertirse en una gran herramienta para identificar lo que podría estar desarrollándose en la estructura y encontrar las causas de los daños existentes en las estructuras históricas. Se realizó una revisión bibliográfica a través de la identificación del funcionamiento de los arcos y su forma de desarrollar los mecanismos de fallo, y sobre el enfoque de los métodos no destructivos que se utilizan para obtener información de las estructuras históricas analizadas. Se organizó el estudio documental necesario para el puente de mampostería estudiado, en el que se incluyó información sobre el diseño y la construcción originales, los materiales utilizados, las intervenciones realizadas en el pasado y las modificaciones geométricas. El siguiente paso fue la visita a la obra, en la que se recopilaron nubes de puntos mediante un escáner láser terrestre, se tomaron fotografías y se realizaron mediciones métricas; todas estas herramientas son adicionales a la crucial inspección visual. La información recopilada permitió construir un modelo geométrico en 3D de la parte de mampostería existente del Viaducto de la Joncadella, mostrando únicamente las características externas del puente; este modelo se analizó posteriormente como modelo bidimensional

The actual research project aims to investigate and detect the main causes of existing damages and deformations of Joncadella Viaduct with the use of point clouds, which are gathered by the application of terrestrial laser scanner (TLS od LIDAR). The initial purpose of the investigation is to briefly review the how the structural behavior of masonry arch bridges is, including construction methodologies, and most common defects. In addition, the explanation of how the use of new technologies that facilitate the 3D models construction can become a great tool for identifying what could be developing in the structure and find the causes of the existing damages on historical structures. A literature review was conducted through the identification of how arches work and its way of developing failure mechanisms, and about the approach to non-destructive methods that are used to obtain information from analyzed historical structures. The necessary desk study was organized for the study masonry bridge, within which there was included information about original design and construction, materials used, interventions made in the past, and geometrical modifications. The following step was the site visit where some point cloud was gathered using terrestrial laser scanner, photographs were taken, and metrical measures were made, all these tools are additional to the crucial visual inspection. The information gathered allowed to build a 3D geometrical model of the existing masonry part of the Joncadella Viaduct, only showing the external characteristics of the bridge; this model was analyzed later as a bidimensional model comparing ideal shapes versus actual deformed shapes. The second phase is composed of the analysis of the point cloud made with the laser scanner information, identifying the possible failure mechanisms graphically.

A Structural Health Monitoring Software for Operational Modal Analysis

Master thesis

Lagos Cabrejos, Alejandro José

Tutor / Supervisor: Gönen, Semih; Pelà, Luca

Publication date: 2024

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

View detail Access to the full text

La tesi presenta un estudi exhaustiu sobre el desenvolupament d'un programari de Monitoratge de la Salut Estructural (SHM) per a l'Anàlisi Modal Operacional (OMA) a partir de mesures d'acceleracions. Monitoritzar l'estat dels ponts és crucial per a la detecció precoç de danys, l'optimització del manteniment i la garantia de seguretat. El SHM, i en particular l'OMA, s'utilitzen àmpliament en enginyeria civil per identificar propietats dinàmiques com freqüències modals, formes modals i raons d'amortiment a partir de dades de vibració. Desenvolupat en Matlab amb App Design per a la interfície, el programari SHM mostra els resultats dins del programa i permet l'exportació a Excel. A diferència dels programaris existents, que són costosos i de codi tancat, aquesta solució de codi obert està dissenyada per facilitar la seva modificació i l'anàlisi pràctica de ponts sense interrompre la seva funcionalitat. El programari incorpora dos mètodes per determinar propietats dinàmiques: Descomposició de Domini de Freqüència (FDD) i Identificació Estocàstica de Subespai – covariància (SSI-cov). FDD permet la selecció manual de freqüències pic, mentre que SSI-cov opera automàticament. Els resultats d'ambdós mètodes es poden comparar utilitzant la funció MAC per avaluar la correlació de les formes modals. A través de simulacions numèriques i estudis de cas del món real, es valida l'efectivitat del programari. L'estudi de cas 2 avalua una biga de fusta de 5,5 metres amb diferents configuracions de sensors per detectar diverses formes modals. L'estudi de cas 3 analitza un pont d'arc de maçoneria construït per al projecte de recerca PONT3. Els resultats demostren la capacitat del programari per analitzar amb precisió les vibracions ambientals i les dades de soroll blanc, destacant el seu potencial per a aplicacions pràctiques de SHM.

La tesis presenta un estudio exhaustivo sobre el desarrollo de un software de Monitoreo de la Salud Estructural (SHM) para el Análisis Modal Operacional (OMA) a partir de mediciones de aceleraciones. Monitorear el estado de los puentes es crucial para la detección temprana de daños, la optimización del mantenimiento y la garantía de seguridad. El SHM, y en particular el OMA, se utilizan ampliamente en ingeniería civil para identificar propiedades dinámicas como frecuencias modales, formas modales y razones de amortiguamiento a partir de datos de vibración. Desarrollado en Matlab con App Design para la interfaz, el software SHM muestra los resultados dentro del programa y permite la exportación a Excel. A diferencia de los software existentes, que son costosos y de código cerrado, esta solución de código abierto está diseñada para facilitar su modificación y el análisis práctico de puentes sin interrumpir su funcionalidad. El software incorpora dos métodos para determinar propiedades dinámicas: Descomposición de Dominio de Frecuencia (FDD) e Identificación Estocástica de Subespacio – covarianza (SSI-cov). FDD permite la selección manual de frecuencias pico, mientras que SSI-cov opera automáticamente. Los resultados de ambos métodos pueden compararse utilizando la función MAC para evaluar la correlación de las formas modales. A través de simulaciones numéricas y estudios de caso del mundo real, se valida la efectividad del software. El estudio de caso 2 evalúa una viga de madera de 5.5 metros con diferentes configuraciones de sensores para detectar varias formas modales. El estudio de caso 3 analiza un puente de arco de mampostería construido para el proyecto de investigación PONT3. Los resultados demuestran la capacidad del software para analizar con precisión las vibraciones ambientales y los datos de ruido blanco, destacando su potencial para aplicaciones prácticas de SHM.

The thesis presents a comprehensive study on the development of a Structural Health Monitoring (SHM) software for Operational Modal Analysis (OMA) from accelerations measurements. Monitoring the health of bridges is crucial for early damage detection, optimizing maintenance, and ensuring safety. SHM, particularly OMA, is widely used in civil engineering to identify dynamic properties like modal frequencies, mode shapes, and damping ratios from vibration data. Developed in Matlab with App Design for the interface, the SHM software displays results within the program and allows exporting to Excel. Unlike existing costly and closed-source software, this open-source solution is designed for easy modification and practical bridge analysis without disrupting functionality. The software incorporates two methods for determining dynamic properties: Frequency Decomposition Domain (FDD) and Stochastic Subspace Identification – covariance (SSI-cov). FDD allows manual peak frequency selection, while SSI-cov operates automatically. Results from both methods can be compared using the MAC function to assess mode shape correlation. Through numerical simulations and real-world case studies, the software's effectiveness is validated. Case study 2 evaluates a 5.5-meter timber beam with different sensor setups to detect various mode shapes. Case study 3 analyzes a masonry arch bridge built for the PONT3 research project. The results demonstrate the software's capability to accurately analyze ambient vibrations and white noise data, showcasing its potential for practical SHM applications.

Investigation of the dynamic properties of masonry arch bridges via 3D finite element modelling

Master thesis

Pino, Francesco

Tutor / Supervisor: Pelà, Luca; Gönen, Semih; Pietro, Cornetti; Gianfranco, Piana

Publication date: 2024

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

View detail Access to the full text

Els ponts d'arc de maçoneria són essencials per a les xarxes globals de carreteres i ferrocarrils, i comprenen més del 40% dels ponts ferroviaris i el 25% dels ponts viaris a Europa. El seu comportament dinàmic està influenciat per propietats geomètriques i materials, però l'impacte específic d'aquestes característiques geomètriques en les seves freqüències modals i formes modals no es comprèn completament. Aquest estudi explora com les característiques geomètriques dels ponts d'arc de maçoneria afecten el seu comportament dinàmic. Comença examinant els principis de construcció històrics, després identifica paràmetres geomètrics clau: llum de l'arc, gruix, alçada de l'arc, amplada del pont, dimensions dels pilars, alçada del respatller i esveltesa de l'arc. Utilitzant models d'elements finits (EF) en 3D creats amb el Programari STKO, es van realitzar 75 models i 75 simulacions de Monte Carlo per analitzar les freqüències modals i les formes modals de ponts d'arc de maçoneria d'un sol tram. Les troballes revelen que les freqüències naturals disminueixen a mesura que augmenta la llum de l'arc, i són més altes amb arcs més gruixuts i alts. L'amplada del pont i les dimensions dels pilars també influeixen en el comportament dinàmic, amb ponts més amples i pilars més grans mostrant dinàmiques més complexes. L'esveltesa de l'arc va ser identificada com un nou paràmetre crític que afecta les propietats modals. Els resultats van conduir al desenvolupament d'equacions empíriques per predir les freqüències naturals dels ponts d'arc de maçoneria basades en les seves característiques geomètriques. En general, aquest estudi millora la comprensió del vincle entre les característiques geomètriques i el comportament dinàmic dels ponts d'arc de maçoneria, donant suport a la preservació i millora d'aquesta infraestructura crítica.

Los puentes de arco de mampostería son esenciales para las redes globales de carreteras y ferrocarriles, y comprenden más del 40% de los puentes ferroviarios y el 25% de los puentes viales en Europa. Su comportamiento dinámico está influenciado por propiedades geométricas y materiales, pero el impacto específico de estas características geométricas en sus frecuencias modales y formas modales no se comprende completamente. Este estudio explora cómo las características geométricas de los puentes de arco de mampostería afectan su comportamiento dinámico. Comienza examinando los principios de construcción históricos, luego identifica parámetros geométricos clave: luz del arco, grosor, altura del arco, ancho del puente, dimensiones de los pilares, altura del respaldo y esbeltez del arco. Utilizando modelos de elementos finitos (FE) en 3D creados con el Software STKO, se realizaron 75 modelos y 75 simulaciones de Monte Carlo para analizar las frecuencias modales y las formas modales de puentes de arco de mampostería de un solo tramo. Los hallazgos revelan que las frecuencias naturales disminuyen a medida que aumenta la luz del arco, y son más altas con arcos más gruesos y altos. El ancho del puente y las dimensiones de los pilares también influyen en el comportamiento dinámico, con puentes más anchos y pilares más grandes mostrando dinámicas más complejas. La esbeltez del arco fue identificada como un nuevo parámetro crítico que afecta las propiedades modales. Los resultados llevaron al desarrollo de ecuaciones empíricas para predecir las frecuencias naturales de los puentes de arco de mampostería basadas en sus características geométricas. En general, este estudio mejora la comprensión del vínculo entre las características geométricas y el comportamiento dinámico de los puentes de arco de mampostería, apoyando la preservación y mejora de esta infraestructura crítica.

Masonry arch bridges are essential to global road and railway networks, comprising over 40% of railway bridges and 25% of road bridges in Europe. Their dynamic behavior is influenced by geometric and material properties, but the specific impact of these geometric characteristics on their modal frequencies and mode shapes is not fully understood. This study explores how the geometric characteristics of masonry arch bridges affect their dynamic behavior. It begins by examining historical construction principles, then identifies key geometric parameters: arch span, thickness, rise, bridge width, pier dimensions, backing height, and arch slenderness. Using 3D finite element (FE) models created with STKO Software, 75 models and 75 Monte Carlo simulations were conducted to analyze the modal frequencies and mode shapes of single-span masonry arch bridges. Findings reveal that natural frequencies decrease as arch span increases, and are higher with thicker and taller arches. Bridge width and pier dimensions also influence dynamic behavior, with wider bridges and larger piers showing more complex dynamics. Arch slenderness was identified as a new critical parameter affecting modal properties. The results led to the development of empirical equations for predicting the natural frequencies of masonry arch bridges based on their geometric characteristics. Overall, this study enhances understanding of the link between geometric characteristics and dynamic behavior of masonry arch bridges, supporting the preservation and improvement of this critical infrastructure.

Condition survey of existing masonry railway arch bridges through NDT methods

Master thesis

Tabares Damazah, Isabel

Tutor / Supervisor: Pelà, Luca; Roca Fabregat, Pedro

Publication date: 2023

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

View detail Access to the full text

El projecte de recerca es centra en avaluar i caracteritzar ponts d'arc de maçoneria històrics de ferrocarril mitjançant mètodes de proves no destructives (NDT). L'objectiu és preservar i conservar aquestes estructures com a part del patrimoni històric. L'estudi es centra en un pont de maçoneria de principis del segle XX situat prop de Barcelona. El projecte comença amb una revisió del comportament estructural, les tècniques de construcció i els materials comúnment emprats en els ponts d'arc de maçoneria de ferrocarril. S'examinen diverses guies per avaluar els ponts d'arc de maçoneria per a l'avaluació del pont d'estudi. Una revisió bibliogràfica explora mètodes de proves no destructives i proves destructives menors per avaluar la condició general i les propietats mecàniques del pont. La investigació inclou un estudi detallat d'escriptori, investigant la informació històrica del pont, intervencions prèvies, construcció i geometria. A continuació, es realitza una investigació de camp i una campanya experimental que involucra la inspecció visual per identificar danys i avaluar la condició general del pont. Les dades recopilades permeten la creació d'un model geomètric 3D que mostra l'exterior i l'interior del pont. La campanya experimental utilitza proves no destructives com la velocitat de pols ultrasònica (UPV) i la termografia infraroja, així com proves destructives menors com el penetròmetre Windsor (PPT) i el martell de rebuig Schmidt (HRT). A més, es realitzen proves destructives al laboratori per determinar la resistència a compressió de la maçoneria. En general, el projecte té com a objectiu promoure l'ús de tècniques no destructives en la caracterització d'estructures de maçoneria històriques, contribuint a la base de dades experimentals i a la preservació d'aquests importants actius patrimonials.

El proyecto de investigación se centra en evaluar y caracterizar puentes de arco de mampostería históricos de ferrocarril mediante métodos de pruebas no destructivas (NDT). El objetivo es preservar y conservar estas estructuras como parte del patrimonio histórico. El estudio se centra en un puente de mampostería de principios del siglo XX ubicado cerca de Barcelona. El proyecto comienza con una revisión del comportamiento estructural, las técnicas de construcción y los materiales comúnmente utilizados en puentes de arco de mampostería de ferrocarril. Se examinan varias guías para evaluar puentes de arco de mampostería para evaluar el puente de estudio. Una revisión bibliográfica explora métodos de pruebas no destructivas y pruebas destructivas menores para evaluar la condición general y las propiedades mecánicas del puente. La investigación incluye un estudio detallado de escritorio, investigando la información histórica del puente, intervenciones previas, construcción y geometría. A continuación, se llevó a cabo una investigación de campo y una campaña experimental que involucra la inspección visual para identificar daños y evaluar la condición general del puente. Los datos recopilados permitieron la creación de un modelo geométrico 3D indicando el exterior e interior del puente. La campaña experimental utiliza pruebas no destructivas como la velocidad de pulso ultrasónico (UPV) y la termografía infrarroja, así como pruebas destructivas menores como el penetrómetro Windsor (PPT) y el martillo de rebote Schmidt (HRT). Además, se realizan pruebas destructivas en el laboratorio para determinar la resistencia a compresión del ladrillo. En general, el proyecto tiene como objetivo promover el uso de técnicas no destructivas en la caracterización de estructuras de mampostería históricas, contribuyendo a la base de datos experimentales y a la preservación de estos importantes activos patrimoniales.

The research project focuses on assessing and characterizing historical masonry railway arch bridges through non-destructive testing (NDT) methods. The objective is to preserve and conserve these structures as part of the historical heritage. The study centers around an early 20th-century masonry bridge located near Barcelona. The project begins with a review of the structural behavior, construction techniques, and materials commonly employed in railway masonry arch bridges. Various guidelines for assessing masonry arch bridges are examined to evaluate the case study bridge. A literature review explores non-destructive and minor destructive test methods for assessing the bridge's overall condition and mechanical properties. The research includes a thorough desk study, investigating the bridge's historical information, previous interventions, construction, and geometry. A site investigation and experimental campaign follow, involving visual inspection to identify damages and assess the overall condition. The gathered data enables the creation of a 3D geometrical model showcasing the bridge's exterior and interior. The experimental campaign employs non-destructive tests such as Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) and Infrared Thermography, as well as minor destructive tests like the Windsor Pin Penetrometer (PPT) and Schmidt Hammer Rebound (HRT). Additionally, destructive tests are conducted in the laboratory to determine compressive strength. Overall, the project aims to promote the use of non-destructive techniques in characterizing historical masonry structures, contributing to the field's experimental database and the preservation of these important heritage assets.

Simplified and numerical structural analysis of existing masonry railway arch bridges

Master thesis

Ware, Carmen

Tutor / Supervisor: Pelà, Luca

Publication date: 2023

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

View detail Access to the full text

Com a part d'un projecte més ampli amb el Ministeri d'Innovació i Ciència espanyol i l'Agència Estatal de Recerca per anticipar la propagació de fallada dels ponts envellits, es presenta una avaluació i anàlisi estructural sobre un pont d'arc de maçoneria existent i en servei situat a Catalunya. En un esforç per adoptar un enfocament interdisciplinari rentable, primer es presenta un estudi de la història del pont, així com una enquesta de les condicions actuals i una determinació del model de càrrega actual, seguit d'un anàlisi utilitzant l'estratègia d'anàlisi de límits i tècniques de modelatge numèric en paral·lel que va proporcionar una visió de la seguretat actual de l'estructura i la contribució de la delaminació de l'anell a la seva propagació de fallada. Finalment, es determinen i presenten recomanacions per a la construcció d'una mostra de laboratori, concloent amb recomanacions per als propers passos en l'avaluació de l'estructura.

Como parte de un proyecto más amplio con el Ministerio de Ciencia e Innovación y la Agencia Estatal de Investigación para anticipar la propagación del fallo en puentes envejecidos, se presenta una evaluación y análisis estructural sobre un puente de arco de mampostería existente y en servicio ubicado en Cataluña. En un esfuerzo por adoptar un enfoque interdisciplinario rentable, se presenta primero un estudio de la historia del puente, así como una encuesta de las condiciones actuales y una determinación del modelo de carga actual, seguido de un análisis utilizando la estrategia de análisis de límites y técnicas de modelado numérico en paralelo, lo que proporcionó una visión de la seguridad actual de la estructura y la contribución de la delaminación del anillo a su propagación del fallo. Finalmente, se determinan y presentan recomendaciones para la construcción de una muestra de laboratorio, concluyendo con recomendaciones para los próximos pasos en la evaluación de la estructura.

As part of a broader project with the Spanish Ministry of Science and Innovation and the State Research Agency to anticipate the failure propagation of ageing bridges, a structural assessment and analysis is presented on an existing, in-service masonry arch bridge located in Catalunya. In an effort to take a cost-effective, interdisciplinary approach, a study of the history of the bridge as well as a survey of the current conditions and a determination of the current loading model are presented first followed by an analysis using the limit analysis strategy and numerical modeling techniques in parallel which provided an insight into the current safety of the structure and the contribution of ring delamination to its failure propagation. Finally, recommendations for the construction of a laboratory specimen are determined and presented, concluding with recommendations for the next steps in the assessment of the structure.

Reconstrucción virtual geométrica de puente existente basada en fotogrametría

Master thesis

Osorio Gomez, Ariel Ricardo

Tutor / Supervisor: Chacón Flores, Rolando Antonio; Pelà, Luca

Publication date: 2023

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

View detail Access to the full text

Concedida la seva construcció com a ferrocarril miner a la societat Solvay & Cie el 5 de setembre de 1918. I adquirit l'1 de març de 1923, per la Companyia General De Ferrocarrils Catalana, la qual va sol·licitar la conversió de la concessió de ferrocarril miner a ferrocarril secundari de servei públic, inaugurant-se la línia Súria-Manresa el 13 d'agost del 1924. El viaducte de Juncadella conforma part de la història del desenvolupament de la indústria ferroviària de Barcelona. Aquest treball se centra en la inspecció i l'aixecament fotogràfic mitjançant la utilització de vehicles aeris no tripulats per a la reconstrucció virtual geomètrica del viaducte de Juncadella per avaluar-ne les dimensions en contraposició a les dictades pels seus plànols oficials. A la primera part es presenta l'estat d'art seguit per una investigació històrica sobre les fases de construcció i les intervencions al llarg de la vida útil del viaducte de Juncadella. La segona part inclou les regulacions en temes de drones a nivell d'Espanya i internacionalment i la tercera part desenvolupa el procés d'un aixecament fotogràfic per obtenir un model geomètric 3D aplicant tècniques fotogramètriques.

Concedida su construcción como ferrocarril minero a la sociedad Solvay & Cie el 5 de septiembre de 1918. Y adquirido el 1 de marzo de 1923, por la Compañía General De Ferrocarriles Catalana, la cual solicitó la conversión de la concesión de ferrocarril minero a ferrocarril secundario de servicio público, inaugurándose la línea Súria-Manresa el 13 de agosto de 1924. El viaducto de Juncadella conforma parte de la historia del desarrollo de la industria ferroviaria de Barcelona. El presente trabajo se centra en la inspección y levantamiento fotográfico mediante la utilización de vehículos aéreos no tripulados para la reconstrucción virtual geométrica del viaducto de Juncadella para evaluar sus dimensiones en contraposición a las dictadas por sus planos oficiales. En la primera parte se presenta el estado de arte seguido por una investigación histórica sobre las fases de construcción y las intervenciones a lo largo de la vida útil del viaducto de Juncadella. La segunda parte abarca la las regulaciones en temas de drones a nivel de España e internacionalmente y la tercera parte desarrolla el proceso de un levantamiento fotográfico para la obtención de un modelo geométrico 3D aplicando técnicas fotogramétricas.

Its construction as a mining railway was granted to the company Solvay & Cie on September 5, 1918. And acquired on March 1, 1923, by the Compañía General De Ferrocarriles Catalana, which requested the conversion of the mining railway concession to a secondary railway of public service, with the inauguration of the Súria-Manresa line on August 13, 1924. The Juncadella viaduct forms part of the history of the development of the railway industry in Barcelona. The present work focuses on the inspection and photographic survey through the use of unmanned aerial vehicles for the virtual geometric reconstruction of the Juncadella viaduct to evaluate its dimensions as opposed to those dictated by its official plans. In the first part, the state of the art is presented, followed by a historical investigation on the construction phases and the interventions throughout the useful life of the Juncadella viaduct. The second part covers the regulations on drone issues at the Spanish and international level and the third part develops the process of a photographic survey to obtain a 3D geometric model applying photogrammetric techniques.

Análisis experimental del comportamiento a flexión fuera del plano de muros de fábrica armada

Master thesis

Perez Abril, Luis Eduardo

Tutor / Supervisor: Pelà, Luca; Cuadros Rojas, Emerson Julio

Publication date: 2023

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

View detail Access to the full text

Amb l'ànim de fer estructures cada cop més segures, els enginyers busquem dia a dia noves tècniques i nous mètodes que permetin minimitzar els riscos i les probabilitats de fallada de les edificacions i els seus elements davant d'esdeveniments naturals. Aquest és el cas de les accions generades per les forces producte de pressions de vent i sismes, les quals actuen sobre les façanes dels edificis que en la gran majoria dels casos estan constituïdes per murs a obra de fàbrica. De vegades es generen danys que porten al col·lapse dels elements no estructurals, a causa de la baixa o nul·la ductilitat que presenta un mur de fàbrica sense cap mena de reforçament. És per això que aquest treball està enfocat a investigar el comportament a flexió fora del pla de murs de fàbrica no armats i murs de fàbrica armada. escaletes conformades per barres d'acer, i l'altra mitjançant una tècnica específica amb una malla composta de filferros d'acer d'alta resistència entreteixits amb fibra de vidre (Murfor compact, de Bekaert), per això s'han dividit els 15 murs de fàbrica en 5 grups: 4 fàbriques tipus URM (murs de fàbrica no armades), 2 fàbriques tipus RM-2M amb Murfor® RND/Z-4-080 de 2 armadures de tendel (separació 0.6 m), 2 fàbriques tipus RM-2MC amb Murfor® Compact I-80 de 2 armadures de tendell (separació 0.6 m), 2 fàbriques tipus RM-3M amb Murfor® RND/Z-4-080 de 3 armadures de tendell (separació 0.4 m) i 4 fàbriques tipus RM-3MC amb Murfor ® Compact I-80 de 3 armadures de tendell (separació 0.4 m).

Con el ánimo de hacer estructuras cada vez más seguras, los ingenieros buscamos día a día nuevas técnicas y nuevos métodos que permitan minimizar los riesgos y las probabilidades de fallo de las edificaciones y sus elementos ante eventos naturales. Tal es el caso de las acciones generadas por las fuerzas producto de presiones de viento y sismos, las cuales actúan sobre las fachadas de los edificios que en la gran mayoría de los casos están constituidas por muros en obra de fábrica. En ocasiones se generan daños que llevan al colapso de los elementos no estructurales, debido a la baja o nula ductilidad que presenta un muro de fabrica sin ningún tipo de reforzamiento. Es por ello que este trabajo está enfocado en investigar el comportamiento a flexión fuera del plano de muros de fábrica no armados y muros de fábrica armada, para este caso se ha comparado dos diferentes alternativas de refuerzo de junta horizontal, una la convencional mediante cerchas o escalerillas conformadas por barras de acero, y la otra mediante una técnica específica con una malla compuesta de alambres de acero de alta resistencia entretejidos con fibra de vidrio (Murfor compact, de Bekaert), para ello se ha dividido los 15 muros de fabrica en 5 grupos: 4 fábricas tipo URM (muros de fabrica no armadas), 2 fábricas tipo RM-2M con Murfor® RND/Z-4-080 de 2 armaduras de tendel (separación 0.6 m), 2 fábricas tipo RM-2MC con Murfor® Compact I-80 de 2 armaduras de tendel (separación 0.6 m), 2 fábricas tipo RM-3M con Murfor® RND/Z-4-080 de 3 armaduras de tendel (separación 0.4 m) y 4 fábricas tipo RM-3MC con Murfor® Compact I-80 de 3 armaduras de tendel (separación 0.4 m).

With the aim of making structures increasingly safer, engineers seek new techniques and methods every day that allow minimizing the risks and probabilities of failure of buildings and their elements in the face of natural events. This is the case with the actions generated by forces resulting from wind pressures and earthquakes, which act on the facades of buildings that in the majority of cases are made up of masonry walls. On occasions, damages are generated that lead to the collapse of non-structural elements, due to the low or zero ductility presented by an un-reinforced masonry wall. That is why this work is focused on investigating the out-of-plane flexural behavior of unreinforced and reinforced masonry walls. For this case, two different alternatives for horizontal joint reinforcement have been compared: the conventional method using steel bars formed as trusses or ladders, and the other using a specific technique with a composite mesh made up of high-strength steel wires woven with fiberglass (Murfor compact, from Bekaert). For this purpose, the 15 masonry walls have been divided into 5 groups: 4 URM-type masonry walls (unreinforced masonry walls), 2 RM-2M-type masonry walls with Murfor® RND/Z-4-080 reinforcement and 2 tendons (0.6 m spacing), 2 RM-2MC-type masonry walls with Murfor® Compact I-80 reinforcement and 2 tendons (0.6 m spacing), 2 RM-3M-type masonry walls with Murfor® RND/Z-4-080 reinforcement and 3 tendons (0.4 m spacing), and 4 RM-3MC-type masonry walls with Murfor® Compact I-80 reinforcement and 3 tendons (0.4 m spacing).

Seismic assessment of historical masonry buildings with new green rooftop in Barcelona

Master thesis

Vera Luna, Martha Elisa

Tutor / Supervisor: Pelà, Luca; Roca Fabregat, Pedro

Publication date: 2022

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

Access to the full text

Study of the seismic vulnerability of masonry building aggregates in the city of Barcelona

Master thesis

Rago, Margherita

Tutor / Supervisor: Roca Fabregat, Pedro; Pelà, Luca

Publication date: 2022

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

Access to the full text

Análisis estructural avanzado del Templo de Huaytará-Huancavelica, Perú

Master thesis

Cuadros Rojas, Emerson Julio

Tutor / Supervisor: Pelà, Luca; Tarque, Nicola; Saloustros, Savvas

Publication date: 2020

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

View detail Access to the full text

Edificado por AstoHuarakac por orden del Inca Pachacutec como una estructura que permita expandir la influencia del naciente imperio Inca sobre poblaciones rebeldes, la construcción de la estructura de este estudio termino en el año 1497. Con el paso de los años y la casi nula conservación, los daños que afectan la estructurase han hecho más evidentes. Estas patologías se concentran en el los muros de adobe de la nave manifestándose mediante grietas. De la misma forma en el muro Inca se presentan asentamientos y perdida de sección por erosión e incendios anteriores y daños por goteras en las fachadas. El presente trabajo se centra en el análisis estructural no lineal de la iglesia San Juan Bautista de Huaytara para evaluar su comportamiento bajo acciones sísmicas. En la primera parte se presenta el estado de arte seguido por una investigación histórica sobre las fases de construcción de la iglesia. La tercera parte abarca la obtención de un modelo geométrico 3D aplicando técnicas fotogramétricas. A continuación, se presenta una detallada descripción de los componentes estructurales y materiales durante los trabajos de campo in-situ. La quinta sección trata sobre la caracterización mecánica de los materiales de la estructura mediante ensayos de laboratorio en Lima y Barcelona. Para la evaluación de comportamiento estructural se ha elaborado un modelo numérico 3D de elementos finitos que se ha analizado frente a cargas gravitatorias y de sismo. Para ello se ha aplicado el método estático no lineal (Pushover) permitiendo evaluar los efectos del sismo en la iglesia, así como la identificación de las causas de daño estructural actual existentes y de los elementos más vulnerables.

The church was built by AstoHuaraca by order of the Inca Pachacutec as a structure that allowed expanding the influence of the nascent Inca empire on rebel populations, the construction of the structure finished in 1497. The structure was built by AstoHuaraca by order of the Inca Pachacutec as a structure that allowed expanding the influence of the nascent Inca empire on rebel populations, the construction of the structure finished in 1497. Over the years and almost no conservation, the damages that affect the structure have become more evident. These pathologies are concentrated in the adobe walls of the nave, manifesting through cracks. In the same way in the Inca wall settlements are presented and section loss due to erosion and previous fires and damage from leaks in the facades. This work focuses on the non-linear structural analysis of the San Juan Bautista church in Huaytara to evaluate its behavior under seismic actions. In the first part, the state of the art is presented, followed by a historical investigation into the construction phases of the church. The third part covers obtaining a 3D geometric model applying photogrammetric techniques. The following is a detailed description of the structural and material components during on-site field work. The fifth section deals with the mechanical characterization of the materials of the structure through laboratory tests in Lima and Barcelona. For the evaluation of structural behavior, a 3D finite element numerical model has been developed. The 3D model has been analyzed against gravitational and earthquake loads. For this, the non-linear static method (Pushover) has been applied, allowing the evaluation of the effects of the earthquake in the church, as well as the identification of the causes of existing structural damage and the most vulnerable elements.

Mechanical characterisation of masonry walls and vaults in a modernist building in Barcelona

Master thesis

Tsioutsios, Ioannis

Tutor / Supervisor: Pelà, Luca

Publication date: 2020

Barcelona School of Civil Engineering (ETSECCPB)

View detail Access to the full text

The research project of the ‘'Mechanical characterisation of masonry walls and vaults in a modernist building in Barcelona'' is aimed to validate the criteria for the evaluation and the assessment of the mechanical characterization of masonry elements of the building of Escola Industrial. The first purpose is to understand deeply the behaviour of masonry under compression and the methods to characterize its mechanical parameters that forementioned throughout a comprehensive bibliographical research. Innovative experimental destructive tests are calibrated and carried out in the Laboratory of Structural Technology of the Technical University of Catalonia (UPC – BarcelonaTech) and minor destructive techniques are implemented in situ in order to investigate the compressive behaviour of the masonry. For the minor destructive techniques, Windsor Pin Penetrometer test, Screw Helix Pull-out test and Torque Penetrometric test are carried out in situ to preliminarly evaluate the parameters and the compressive strength of the masonry. For the destructive techniques, compressive tests are implemented in brick, tile, stone and mortar specimens and the evaluation of Young's modulus and Poisson's ratio is carried out on brick specimens. The double punch test is investigated on the mortar joints along with the numerical analysis and the verification of the test with an objective to evaluate which parameters influence the assessment of the test and provide a novel contribution to the field as it has never been analysed before. Extraction of core cylinders is a beneficial method since it slightly damages the structure and it is executed both for brick and stone masonry. The extracted cylinders were subjected to compression tests in the laboratory according to the guidelines of UIC 778-3R formed by International Union Railways in order to provide insight on the behaviour and properties of the masonry. A general objective of this study is to encourage future research on these moderate destructive techniques of testing existing masonry, to facilitate the function on the minor destructive techniques on real existing structures in situ, enhance the development of current standards and provide a novel contribution to the field by implementing a completely new numerical study.