Determinació del coeficient parcial de seguretat a aplicar al formigó reforçat amb fibres d’acer sotmès a tracció

El principal objectiu d’aquesta tesina és calibrar el coeficient parcial de seguretat de la resistència residual a flexió del formigó amb fibres, entenent que és una variable que es pot veure alterada per la presència de les fibres. Aquesta calibració es realitzarà a través de l’estudi d’exemples concrets d’aplicació, com són els anells d’un tram experimental de túnel de la L9 del metro de Barcelona, construït únicament amb dovelles prefabricades de FRF (sense armat)

Determinació del coeficient parcial de seguretat a aplicar al formigó reforçat amb fibres d’acer sotmès a tracció

El principal objectiu d’aquesta tesina és calibrar el coeficient parcial de seguretat de la resistència residual a flexió del formigó amb fibres, entenent que és una variable que es pot veure alterada per la presència de les fibres. Aquesta calibració es realitzarà a través de l’estudi d’exemples concrets d’aplicació, com són els anells d’un tram experimental de túnel de la L9 del metro de Barcelona, construït únicament amb dovelles prefabricades de FRF (sense armat)

Sensitivity of urban buildings to tunneling-induced settlements

Tunneling construction represents an alteration to the distribution of soil pressures that will almost inevitably generate ground subsidence, which can endanger the adjacent buildings in urban areas. The risk of building damage can be substantially reduced with a comprehensive preliminary damage assessment during tunnel design phases, in combination with excavation techniques that minimize ground subsidence. The present research aims to increase the knowledge concerning the analytical and numerical techniques for building damage prediction related to tunneling. The thesis starts with the study of a real case of masonry building affected by the construction of the L9 metro line tunnel in Barcelona. Data available made possible to develop 2D and 3D numerical models of the building. The latter includes also the soil, the lining and interface models to simulate the contact between the building and the ground. The predicted crack patterns and opening widths in walls were verified by comparison to real damage reports. The case study also allowed a back analysis of the classical analytical prediction techniques based in the equivalent beam concept from Burland and Wroth. Analytical predictions of building damage are typically done for building walls aligned transversally or longitudinally with respect to the tunnel axis. These buildings are statistically representative, since many urban tunnels follow the tracks of avenues or streets. However, there is a significant number of buildings randomly aligned with respect to tunnel axes, in particular when using a Tunnel Boring Machine. For these buildings, the application of the classical analytical methodology can be done only with approximations, which can lead to unrealistic damage assessments. For this reason, a novel equation for the determination of ground strain has been developed. This equation allows the application of the classical settlement Gaussian profiles and the equivalent beam method in 3D, i.e. for buildings located in whichever position with respect to the tunnel axis. In addition, the model allows considering the position of the tunnel heading, which increases the realism of the settlement trough generated by tunnel construction. Another detected issue during the present research was the high sensitivity of both analytical and numerical damage predictions to certain parameters related to the characterization of ground. In the case of analytical predictions, the modeling of settlement troughs by Gaussian curves offers numerous mathematical advantages. However, the simplicity of this approximation leads to substantially different estimations of damage for small variations of the governing parameters. For this reason, the use of reliability-based methods can be useful for the assessment of building damage. In this way, the present thesis shows the development of a probabilistic model for the prediction of tunneling-induced damage. A procedure to determine the maximum allowable settlements that are used as monitoring threshold values of the construction process is also included. Furthermore, it is shown how the prediction of ground behavior and the allowable settlements can be updated with a Bayesian method by incorporating measurements made during the construction.La construcció de túnels representa una alteració de la distribució de pressions del sòl que, de manera pràcticament inevitable, genera assentaments en superfície. Aquests poden provocar danys en edificis, especialment en zones urbanes. No obstant, aquest risc es pot reduir substancialment mitjançant la correcta predicció dels danys en les fases de disseny del túnel, juntament amb l¿ús de tècniques d'excavació que minimitzin els assentaments induïts. La present recerca aprofundeix en la metodologia de predicció de danys en edificis afectats per la construcció de túnels urbans. La tesi comença amb l'estudi d'un edifici real d'obra de fàbrica afectat per la construcció del túnel de la línia L9 del metro de Barcelona. Mitjançant les dades disponibles, s'han realitzat models numèrics en 2D i 3D de l'edifici. Aquest últim inclou a més el sòl, el túnel i un conjunt d'elements d'interfície que simulen el contacte entre l'edifici i el terreny. Els patrons de fissuració predits pel model han estat comparats amb aixecaments dels danys fets durant les obres. L'estudi d'aquest cas ha permès també l'aplicació i verificació de les tècniques de predicció de danys en edificis basades en el concepte de la biga equivalent ideat per Burland i Wroth durant la dècada dels 70. Les prediccions analítiques de dany en edificis es duen a terme generalment assumint els edificis posicionats transversalment o longitudinalment respecte l'eix del túnel. El nombre d'edificis que compleix aquesta hipòtesi és estadísticament representatiu, ja que molts túnels segueixen la traça dels carrers o les avingudes de les ciutats. Tot i així existeix un gran nombre d'edificis alineats arbitràriament respecte l'eix del túnel, especialment quan la construcció del túnel es realitza mitjançant l'ús de tuneladores (Tunnel Boring Machines - TBM). Per aquests edificis, l'aplicació de la metodologia analítica clàssica es pot efectuar només mitjançant aproximacions, la qual cosa pot implicar estimacions poc realistes dels danys. Per aquest motiu, s'ha desenvolupat una nova equació per al càlcul de la deformació del terreny. Aquesta equació permet l'aplicació dels perfils Gaussians d'assentament clàssics i del model de la biga equivalent en 3D, és a dir, en edificis ubicats en qualsevol posició respecte l'eix del túnel. A més, el model permet considerar la posició del front d'excavació, incrementant així el realisme del camp d'assentaments generat per la construcció del túnel. Un altre aspecte important detectat durant la recerca és l'extrema sensibilitat de les prediccions dels danys segons els valors dels paràmetres relacionats amb la caracterització del terreny. La modelització del camp d'assentaments mitjançant perfils Gaussians ofereix una sèrie d'avantatges matemàtics, però tot i així, la simplicitat del model comporta diferències notables en l'estimació dels danys si s'efectuen petites variacions dels paràmetres d'entrada. És per això que les tècniques de fiabilitat estructural poden ser útils per a l'estimació dels danys. En aquesta línia, la tesi mostra un model probabilístic per a la predicció dels danys provocats en edificis degut a la construcció de túnels. L'aplicació de tècniques de fiabilitat estructural permet a més la determinació dels llindars d'assentament que s'utilitzen durant el procés constructiu. En cas de tenir mesures prèvies d'assentaments de la zona d'estudi, es mostra també com el comportament del terreny i aquests valors llindars poden actualitzar-se a través d'un mètode Bayesià

Fast self-reconfigurable embedded system on Spartan-3

Many image-processing algorithms require several stages to be processed that cannot be resolved by embedded microprocessors in a reasonable time, due to their high-computational cost. A set of dedicated coprocessors can accelerate the resolution of these algorithms, alt hough the main drawback is the area needed for their implementation. The main advantage of a reconfigurable system is that several coprocessors designed to perform different operations can be mapped on the same area in a time-multiplexed way. This work presents the architecture of an embedded system composed of a microprocessor and a run-time reconfigurable coprocessor, mapped on Spartan-3, the low-cost family of Xilinx FPGAs. Designing reconfigurable systems on Spartan-3 requires much design effort, since unlike higher cost families of Xilinx FPGAs, this device does not officially support partial reconfiguration. In order to overcome this drawback, the paper also describes the main steps used in the design flow to obtain a successful design. The main goal of the presented architecture is to reduce the coprocessor reconfiguration time, as well as accelerate image-processing algorithms. The experimental results demonstrate significant improvement in both objectives. The reconfiguration rate nearly achieves 320 Mb/s which is far superior to th e previous related works.Peer ReviewedPostprint (published version

Determinació del coeficient parcial de seguretat a aplicar al formigó reforçat amb fibres d’acer sotmès a tracció

El principal objectiu d’aquesta tesina és calibrar el coeficient parcial de seguretat de la resistència residual a flexió del formigó amb fibres, entenent que és una variable que es pot veure alterada per la presència de les fibres. Aquesta calibració es realitzarà a través de l’estudi d’exemples concrets d’aplicació, com són els anells d’un tram experimental de túnel de la L9 del metro de Barcelona, construït únicament amb dovelles prefabricades de FRF (sense armat)

Avances en la predicción analítica de daños en edificios producidos por la tunelación

Tunnel excavation entails the generation of ground settlements, which can endanger the adjacent buildings. The prediction of damages is usually performed with the equivalent beam method from Burland and Wroth in 2D by assuming perpendicular buildings to the tunnel axis and Gaussian settlement profiles generated in their base. However, approximations must be done for other building alignments due to the inexistence of analytical expressions that deal with these cases. The authors have developed a new equation for the determination of the horizontal ground strain. This equation allows applying the equivalent beam method in 3D for buildings placed in whichever position with respect to the tunnel axis. Moreover, the method allows considering the modeling of the tunnel advance and hence, the effect of the longitudinal settlement profile. The method is applied to a real group of buildings affected by the construction of the L9 Metro line tunnel in Barcelona by means of EPB (Earth Pressure Balance). The application of the novel method reveals significant variations of the estimated damage depending on the building alignment. The results are further compared with the application of the classical method and the damage survey. La perforación de túneles urbanos conlleva la generación de asientos diferenciales del terreno que pueden dañar las edificaciones situadas en área de influencia de la excavación. La predicción de dichos daños suele realizarse mediante la aplicación del método de la viga equivalente de Burland y Wroth en 2D, es decir, asumiendo edificios perpendiculares al eje del túnel y perfiles Gaussianos de asiento del terreno generados en su base. No obstante, para otras alineaciones deben utilizarse aproximaciones debido a la inexistencia de expresiones analíticas que permitan abordar estos casos. Los autores han obtenido una nueva ecuación para el cálculo de la deformación horizontal del terreno. Dicha ecuación permite la aplicación del método de la viga equivalente en 3D para edificios ubicados en cualquier posición con respecto al eje del túnel. Además, el método permite tener en cuenta la posición del frente de excavación y, en consecuencia, el efecto del perfil longitudinal de asientos, aumentando así el realismo del campo de desplazamientos del terreno. El método se aplica a un caso real de edificios afectados por la excavación del túnel de la L9 de Metro en Barcelona mediante EPB ( Earth Pressure Balance). Esta aplicación permite observar diferencias sustanciales en la predicción de daños según la alineación del edificio. Los resultados se comparan posteriormente con los obtenidos mediante el método tradicional y con el levantamiento de daños.Postprint (published version

A 3D temporal evolutionary numerical model of a masonry building in Barcelona subjected to tunnelling subsidence

The aim of this work is to deepen the knowledge of the numerical simulation used in the prediction of building dam age produced by tunnel ling subsidence. This paper analyzes the structural response of a one-storey building subjected to real ground movements experienced during the construction of the L9 Metro line tunnel in Barcelona, bored by a Earth Pressure Balance Machine (EPB) Tunnel Boring Machine (TBM). A 3D temporal evolutionary numerical model is used to predict the damage in the building resulting from tunnelling subsidence. The real structural damage presented is compared with the predictions of the numerical model. This last task can be done since the measures of real ground movements given by the monitoring instruments, such as retro -reflective prisms and total stations, are available for this research. Main model parameters have been determined by means of characterization experiments developed on the site and in the laboratory, thus giving a higher significance to the analysis.Postprint (published version

Study of the sensitivity of different building structures to tunneling induced settlements

he sensitivity of urban buildings to tunneling induced settlements can vary according to the structural types and building materials. Very few studies deal with this particular field and, for design purposes, heuristic approaches are applied based on the studies developed in UK in the 1970's. From the statistical results of a sample of buildings located over the influ- ence zones of the L9 metro line in Barcelona, three types of structures were devised to include most of them: (1) pure masonry buildings, (2) buildings combining masonry bearing walls and RC slabs and (3) buildings with RC structural frame with masonry infill. The paper discusses the numerical simulation of such structural types in service conditions and presents the particular phenomena (cracking of masonry and concrete, gapping between masonry walls and the RC beams or columns) that should be taken into account to assess the sensitivity of these buildings to tunneling settlements.Postprint (published version

A 3D temporal evolutionary numerical model of a masonry building in Barcelona subjected to tunnelling subsidence

The aim of this work is to deepen the knowledge of the numerical simulation used in the prediction of building dam age produced by tunnel ling subsidence. This paper analyzes the structural response of a one-storey building subjected to real ground movements experienced during the construction of the L9 Metro line tunnel in Barcelona, bored by a Earth Pressure Balance Machine (EPB) Tunnel Boring Machine (TBM). A 3D temporal evolutionary numerical model is used to predict the damage in the building resulting from tunnelling subsidence. The real structural damage presented is compared with the predictions of the numerical model. This last task can be done since the measures of real ground movements given by the monitoring instruments, such as retro -reflective prisms and total stations, are available for this research. Main model parameters have been determined by means of characterization experiments developed on the site and in the laboratory, thus giving a higher significance to the analysis

Avances en la predicción analítica de daños en edificios producidos por la tunelación

Tunnel excavation entails the generation of ground settlements, which can endanger the adjacent buildings. The prediction of damages is usually performed with the equivalent beam method from Burland and Wroth in 2D by assuming perpendicular buildings to the tunnel axis and Gaussian settlement profiles generated in their base. However, approximations must be done for other building alignments due to the inexistence of analytical expressions that deal with these cases. The authors have developed a new equation for the determination of the horizontal ground strain. This equation allows applying the equivalent beam method in 3D for buildings placed in whichever position with respect to the tunnel axis. Moreover, the method allows considering the modeling of the tunnel advance and hence, the effect of the longitudinal settlement profile. The method is applied to a real group of buildings affected by the construction of the L9 Metro line tunnel in Barcelona by means of EPB (Earth Pressure Balance). The application of the novel method reveals significant variations of the estimated damage depending on the building alignment. The results are further compared with the application of the classical method and the damage survey. La perforación de túneles urbanos conlleva la generación de asientos diferenciales del terreno que pueden dañar las edificaciones situadas en área de influencia de la excavación. La predicción de dichos daños suele realizarse mediante la aplicación del método de la viga equivalente de Burland y Wroth en 2D, es decir, asumiendo edificios perpendiculares al eje del túnel y perfiles Gaussianos de asiento del terreno generados en su base. No obstante, para otras alineaciones deben utilizarse aproximaciones debido a la inexistencia de expresiones analíticas que permitan abordar estos casos. Los autores han obtenido una nueva ecuación para el cálculo de la deformación horizontal del terreno. Dicha ecuación permite la aplicación del método de la viga equivalente en 3D para edificios ubicados en cualquier posición con respecto al eje del túnel. Además, el método permite tener en cuenta la posición del frente de excavación y, en consecuencia, el efecto del perfil longitudinal de asientos, aumentando así el realismo del campo de desplazamientos del terreno. El método se aplica a un caso real de edificios afectados por la excavación del túnel de la L9 de Metro en Barcelona mediante EPB ( Earth Pressure Balance). Esta aplicación permite observar diferencias sustanciales en la predicción de daños según la alineación del edificio. Los resultados se comparan posteriormente con los obtenidos mediante el método tradicional y con el levantamiento de daños