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We propose to develop, build and validate a new Concept of Bridge composed of Inflatable Beams, Lightweight, Modular and Portable (PVH-LMP) for surface transport vehicles, which uses pressurized air-filled beams made of high performance composite fabrics as the primary load-bearing structural spanning members. It will be the most lightweight, modular, transportable and easy to set-up existing temporary bridge, with a much better ratio between load/weight compared to the current alternatives. Despite the promising features of the concept, these beams have not reach the market yet and their use is limited to academics and research groups far from the industry. Scaled prototypes of PVH-LMP using a wide variety of commercial fabrics have been developed by Buildair in the past few years and used to demonstrate the conceptual feasibility of such beams., Se propone desarrollar, construir y validar experimentalmente un nuevo Concepto de Puente de Vigas Hinchables Ligero, Modular y Portátil (PVH-LMP) para el transporte en superficie de vehículos, que utiliza como elemento básico estructural para aguantar las cargas vigas hinchadas con aire a baja presión fabricadas con tejidos compuestos de altas prestaciones. Una vez construido será el puente temporal más ligero, modular, transportable y fácil de montar disponible, con mucha mejor relación carga/peso en comparación con las alternativas de despliegue rápido existentes. A pesar de las características prometedoras del concepto, este tipo de vigas todavía no han llegado al mercado, y están limitadas a usos académicos y en grupos de investigación lejos del sector industrial productivo. Prototipos a escala de PVH-LMP, utilizando gran variedad de tejidos comerciales, han sido construidos por Buildair en los últimos años y usados para demostrar la viabilidad del concepto de dichas vigas.

Actualmente el espacio formado por el “Parc Mediterrani de la Tecnologia” y el Campus Universitario de la Universitat Politècnica de Catalunya (PMT-UPC) de Castelldefels está en expansión. Es por ello que se está pensando en la construcción de dos pasarelas peatonales para cruzar la laguna de laminación de la “Olla del Rei”, conectando de esta forma el PMT-UPC con el paseo del Pitort. Dado que el PMT-UPC pretende ser un referente ambiental y tecnológico, se plantea como alternativa óptima la construcción de una pasarela peatonal ligera diseñada mediante una novedosa tecnología neumática conocida y patentada con el nombre de Tensairity®. Las estructuras ligeras son un reto para el ingeniero estructural y un importante avance hacia una arquitectura sostenible. Tensairity® es un concepto que hace referencia a estructuras neumáticas ligeras basadas en una sutil interacción entre cables, elementos de compresión, membranas y aire a baja presión. En Tensairity®, compresión y tracción están físicamente separados por una membrana de tejido hinchada a baja presión, el fin de la cual es, por un lado pretensar el elemento de tracción, y por el otro estabilizar el elemento de compresión frente al pandeo. Esto permite llevar al material hasta su límite plástico, tanto para tracción como para compresión, dando como resultado vigas que pueden ser varios órdenes de magnitud más ligeras que las vigas metálicas convencionales, manteniendo siempre su misma capacidad de carga. Aplicaciones ideales para esta tecnología son cerchas, estructuras con grandes luces, estructuras temporales, pasarelas peatonales o incluso estructuras de despliegue rápido para casos de emergencia, entre otras. La pasarela peatonal objeto de este proyecto está compuesta por dos partes bien diferenciadas, una pasarela Tensairity® que cruza la laguna de laminación y dos estructuras de madera a modo de embarcaderos, una a cada lado de la pasarela y donde ésta se apoya hasta alcanzar los caminos que bordean el trazado de la laguna. La pasarela Tensairity® está formada por dos vigas Tensairity® compuestas cada una de ellas por un tubo hinchable de PVC en cuya parte superior se apoya una viga de madera a modo de elemento de compresión y en su parte inferior una cinta de carga a modo de elemento de tracción. Sobre estas dos vigas se sustenta la superestructura de la pasarela formada por vigas transversales de madera sobre las que se apoya el tablero y las barandillas, también de madera. Las estructuras de apoyo se construyen igualmente en madera, con una tipología estructural similar al de la pasarela y mediante el uso de pilotes que recuerda en cierta manera los embarcaderos presentes en los ríos, de forma que la estructura completa esté integrada en el entorno.

This Thesis proposes a combined formulation of the Discontinuous Galerkin Method (DG) with solenoidal basis functions and the eXtended Finite Element Method (XFEM), in order to solve the incompressible Navier-Stokes equations for unsteady flows around a solid object, providing high orders of accuracy in space and time. This DG-XFEM formulation simplifies the meshing process using structured meshes that also do not need to be updated at every time step if the object moves, reducing the computational cost. In the DG-XFEM formulation a fixed structured mesh is used and its elements are classified in three groups, which receive a different treatment. First, the elements inside the solid object are excluded in the calculations since it is treated as a void. Second, the elements belonging to the fluid are calculated as in the DG solenoidal formulation. Third, for the elements cut by the interface integration is modified using XFEM in order to take into account only the fluid region, considering curved integration cells to accurately compute integrals in high-order elements; straight afterwards it is solved again with the DG solenoidal formulation. In the DG solenoidal formulation incompressible flows are first solved for velocity and only part of the pressure's degrees of freedom (hybrid pressure), reducing the overall size of the system to be solved, while the rest of pressure degrees of freedom (interior pressure) is computed as a postprocessing. A numerical validation of the method is given with the simulation of the classical benchmark test of the flow past a cylinder, showing its good performance in several cases tested. En aquesta Tesina es proposa una formulació combinada de dos mètodes numèrics: ”Discontinuous Galerkin Method” (DG) amb funcions de base solenoïdals i ”eXtended Finite Element Method”(XFEM), per tal de resoldre les equacions de Navier-Stokes per a fluxos no estacionaris al voltant d’un objecte sòlid, proporcionant alts ordres de precisió en l’espai i el temps. Aquesta formulació combinada DG-XFEM simplifica el procés de mallat, utilitzant malles estructurades que a més no necessiten ser actualitzades en cada pas de temps si l’objecte es mou, reduint per tant el cost computacional. En la formulació DG-XFEM s’empra una malla estructurada fixa i els seus elements es classifiquen en tres grups, els quals reben tractaments diferents. Primerament, els elements dins del sòlid són exclosos en els càlculs ja que es tracten com a buits. A continuació, els elements que pertanyen al fluid es calculen igual que en la formulació de DG solenoïdal. Per últim, en els elements tallats per la interfase es modifica la integració fent servir XFEM per tal de tenir en compte només la regió de fluid, considerant cèl·lules d’integració corbes per calcular de forma acurada les integrals en elements d’alt ordre; tot seguit es resol de nou emprant la formulació de DG solenoïdal. En la formulació de DG solenoïdal els fluxos incompressibles es resolen en primer lloc per a les velocitats i només una part dels graus de llibertat de la pressió (pressió híbrida), reduint la grandària global del sistema d’equacions a resoldre, mentre que la resta de graus de llibertat (pressió interior) es calculen com un post-procés. El mètode està validat amb la simulació del clàssic problema de test d’un flux de fluid al voltant d’un cilindre, mostrant el seu bon comportament en vàries simulacions.