Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPC / During April-May 2010, the eruption of Eyjafjallajokull volcano in Iceland caused the larger breakdown of civil aviation after World War II. Although the eruption was weak in intensity, the dispersal of volcanic ash clouds over northern and central Europe resulted in more than 100.000 flights canceled and caused over USD 1.7 billion economical losses. This event and its unexpected effects raised many questions amongst the affected communities and stakeholders. How could volcanic eruptions cause severe disruptions at continental scales? Were these impacts totally unexpected? What could have been done to improve preparedness of aviation sector and reduce societal impacts of disruptions? The harmful effects of volcanic ash on aircraft's components have long been recognized, and volcanic ash dispersal patterns can be forecasted thanks to sophisticated numerical models. However, the procedures to be implemented in case of ash-contaminated airspace where applied only in few occasions, due to the relatively low frequency of explosive eruptions events. The 2010 Eyjafjallajokull crisis revealed a low preparedness of society to direct and indirect impacts of volcanic eruptions, and pointed out some flaws to be improved for mitigating impacts of explosive eruptions on aviation operations. The issues pointed out by the 2010 crisis are the starting point of this PhD research, which aims at offering new methods for improving aviation management during explosive volcanic eruptions. This manuscript describes the novel contributions developed during a 4-year period of research. The adoption of new techniques is proposed in order to improve current tephra dispersal modeling strategies and produce results focused on aviation needs. This research develops the first methodology to assess vulnerability of air traffic system and its elements to volcanic tephra dispersal. In addition, an impact assessment methodology has been designed to estimate expected impacts of explosive volcanic eruptions on the air traffic network and its elements. The impact assessment methodology has been implemented into a map-based tool to automatically assess expected impacts of volcanic eruptions based on real ash dispersal and air traffic data. Results of the vulnerability and impact assessment can support the stakeholders involved in the definition of risk-management strategies. Contributions of this research have been applied to case-studies and specific results have been published in a collection of journal papers. Main outcomes of the research are discussed identifying further work to be done in this rapidly evolving field. This research provides useful insights to reduce impacts of volcanic eruptions on civil aviation and, eventually, on the whole society. / En Abril 2010, la erupción del volcán Islandés Eyjafjallajokull causó la interrupción mas grande del tráfico aéreo en Europa desde la segunda guerra mundial. A pesar de su baja intensidad, esta erupción produjo una nube de ceniza que cubrió Europa central causando la cancelación de mas de 100.000 vuelos y perdidas económicas de más de 1.700 millones de USD. Este evento generó muchas preguntas en la opinión publica y las comunidades impactadas. ¿Pero cómo pudo una erupción volcánica provocar impactos tan fuertes a escala continental? ¿Fueron estos impactos realmente inesperados? ¿Qué se habría podido hacer para mejorar la preparación de la aviación civil? Los daños que la ceniza volcánica puede provocar en los componentes de los aviones se han documentado desde los años ochenta. También, gracias a sofisticados modelos numéricos desarrollados en las ultimas décadas, los patrones de dispersión de ceniza volcánica se pueden pronosticar. Aun así, la erupción de Eyjafjallajokull en 2010 evidenció que la sociedad no estaba preparad a lidiar con este tipo de eventos y sus impactos directos e indirectos. En Europa los procedimientos a seguir en caso de ceniza volcánica en el espacio aéreo se habían aplicado en pocas ocasiones, debido a la frecuencia relativamente baja de erupciones volcánicas explosivas. Las dificultades sufridas por los gestores del trafico aéreo en 2010 subrayan algunos aspectos a mejorar para mitigar impactos similares en el futuro. Estos aspectos son el punto de partida de esta investigación, que tiene como objetivo ofrecer nuevos métodos para mejorar la gestión del tráfico aéreo durante erupciones volcánicas explosivas. Este documento describe las contribuciones desarrolladas durante los 4 años de investigación pre-doctoral. Esta investigación propone algunas mejoras en las estrategias de modelado utilizadas actualmente para dispersión de ceniza en la atmósfera, y generar resultados que satisfagan las necesidades de la aviación civil. Se presenta la primera metodología que permite estimar la vulnerabilidad del trafico aéreo en caso de erupciones volcánicas y los impactos de la ceniza volcánica sobre sus elementos. También se ha creado una herramienta informática que permite automatizar el análisis de impactos y producir resultados utilizando datos reales de dispersión de ceniza y de trafico aéreo. Este documento discute los resultados principales de la investigación y propone directrices para su desarrollo futuro. Las contribuciones de esta investigación se han aplicado a varios casos de estudio para producir resultados específicos, y se pueden potencialmente aplicar a otras zonas. Los resultados se han presentado y discutido en un compendio de artículos científicos, publicados en revistas internacionales. Los análisis de vulnerabilidad e impacto pueden dar soporte a los actores involucrados en la gestión de trafico aéreo y la definición de estrategias para la gestión de riesgo. Sus resultados son significativos para dar soporte y definir estrategias para la gestión de riesgo. Los desarrollos futuros de esta investigación podrían utilizarse para reducir el impacto de erupciones volcánicas sobre la aviación civil, que afectan indirectamente a toda la sociedad

Amphibians are a group in worldwide decline. The factors that are causing this decline are not well known, but could be multifactorial, related to the recent expansion of pathogens and habitat disturbance. One of these factors related to the loss of habitat quality is the introduction of alien species. These species can compete with or prey on species of the recipient community, producing deep changes in the structure of these communities. For this reason it is a priority to know which factors act by facilitating the invasion process and which species could be more affected by the presence of this alien species. In Catalonia has become established an alien frog, the painted frog. Introduced in the extreme south of France in the early XXth century, this species has expanded gradually, reaching the Llobregat delta to the south and Llanguedoc to the north. This region is rich in native species of amphibians, some of them endemic, and therefore it is necessary to know how this newcomer species interacts with each of these species. We have used a novel approach when analyzing these interactions, applying the theory of morphospaces. The morphospace is the range of morphological variation observed within a community. This morphology is correlated with the use of a niche, and hence the morphological similarities between the invasive and native species serve as a proxy to assess the functional overlap. These analogies in morphospace were evaluated also in the area of native species and among other species of Discoglossus. The question asked is "Does the invasive species occupy a vacant niche, maintaining a similar morphological gap than that observed in the source assemblage and in the case of other species of the genus Discoglossus?”. / Els amfibis són un grup en declivi a nivell mundial. Els factors que estan causant aquest declivi no són coneguts, però podria ser multifactorial, en relació amb l'expansió recent de certs patògens i les alteracions dels hàbitats. Un d'aquests factors que es relacionen amb la pèrdua de qualitat dels hàbitats és la introducció d'espècies exòtiques. Aquestes espècies poden competir o depredar sobre les espècies de la comunitat recipient, produint profundes alteracions en l'estructura d'aquestes comunitats. Per aquesta raó és prioritari conèixer que factors actuen facilitant el procés invasiu i quines espècies es poden veure més afectades per la presència d'una espècie exòtica. A Catalunya s'ha establert una espècie de anur d'origen africà, la granota pintada. Introduïda a l'extrem sud de França a inicis del segle XX, aquesta espècie s'ha anat expandint de forma progressiva, fins a arribar pel sud al delta del Llobregat i pel nord el Llenguadoc. Aquesta regió és rica en espècies natives d'amfibis, algunes d'elles endèmiques, i per tant cal conèixer com interacciona aquesta espècie recent arribada amb cadascuna d'aquestes espècies. Nosaltres hem utilitzat un enfocament nou en el moment d'analitzar aquestes interaccions, aplicant la teoria dels morfoespais. El morfoespai és el rang de variació morfològica que s'observa dins d'un acoblament. Aquesta morfologia es correlaciona amb l'ús d'un nínxol, i per tant les analogies morfològiques entre l'espècie invasora i les espècies natives poden servir com una aproximació per valorar el solapament funcional. Aquestes analogies en el morfoespai s'han avaluat també en l'area nativa de l'espècie i entre altres espècies de Discoglossus. La pregunta formulada és "ocupa l'espècie invasora un nínxol vacant, mantenint una distància morfològica similar que a l'acoblament d'origen i que altres espècies del gènere Discoglossus?".

Todos y cada uno de los productos y servicios tienen un determinado impacto ambiental a lo largo de su ciclo de vida, bien en su etapa de extracción de materiales, durante su fabricación, distribución, uso o fin de vida. Con el objetivo de reducir el impacto ambiental de estos productos así como de lograr un equilibrio entre la protección del medio ambiente y la mejora del bienestar y los estilos de vida de la población, surge una política ambiental orientada de forma específica al ciclo de vida del producto, denominada Política de Productos Integrada (PPI). Esta política se centra en los aspectos que condicionan el impacto ambiental del ciclo de vida del producto, destacando la responsabilidad de los fabricantes, el diseño de productos considerando el requerimiento ambiental, la transparencia en la comunicación de la información ambiental y la elección informada de los consumidores. En el caso de los Aparatos Eléctricos y Electrónicos (AEE), su producción y consumo ha crecido de forma acelerada en los últimos años, provocando un incremento notable de las cantidades de residuos generados, denominados Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos (RAEE). La gestión y tratamiento de estos residuos se regulan bajo la Directiva 2012/19/EU, que, en la línea del principio de responsabilidad del fabricante determinada en la PPI, establece objetivos de recogida, tratamiento, valorización y reciclado, para la optimización de su fin de vida. En ella se establecen diferentes categorías RAEE, entre las que se encuentra la Categoría 7 que incluye los Juguetes Eléctricos y Electrónicos (JEE), objeto de esta tesis. Dada la escasa información referente a esta categoría de producto, el objetivo principal de esta tesis se centra en analizar, desde el enfoque de la PPI, cada uno de los aspectos relacionados con el ámbito de los Juguetes Eléctricos y Electrónicos (JEE), planteando soluciones desde cada una de las perspectivas, en base a los resultados obtenidos. El punto de partida de la tesis ha sido el análisis de cada uno de los aspectos de la PPI que afecta al ciclo de vida de los JEE. A partir de una revisión del estado del arte en este ámbito, se presenta el diseño, implementación y resultados de una campaña de sensibilización y recogida de juguetes en desuso. El desarrollo de esta campaña permite obtener, por un lado, una muestra de juguetes representativa, cuya caracterización física y química proporciona información sobre su composición material, diseño y desensamblado, y por otro, información procedente del consumidor sobre los hábitos de consumo y retirada de estos juguetes. Los resultados de esta campaña demuestran que los JEE se diseñan sin considerar el fin de vida, incorporando complejos sistemas de desensamblado y sin considerar la incompatibilidad de los materiales frente al reciclaje. Además, se observa que los consumidores no gestionan de forma específica estos residuos, no asimilando los hábitos de retirada y desconociendo su correcta gestión. Frente a estos resultados y considerando el enfoque de la PPI, se adoptan medidas orientadas hacia el diseño del producto, la comunicación ambiental y la elección informada del consumidor. A partir de las conclusiones derivadas de la caracterización y desensamblado de la muestra recogida, se plantean una serie de recomendaciones de diseño a incorporar durante la etapa de diseño de cada una de las subcategorías de JEE. Para comprobar la eficacia y utilidad de estas recomendaciones propuestas, un grupo de diseñadores y futuros diseñadores se encarga de validarlas. En cuanto a la comunicación ambiental del producto como impulsor de la compra de productos más respetuosos con el medio ambiente, se ha desarrollado, a partir de la información obtenida de la caracterización de la muestra recogida, una herramienta de análisis y comunicación ambiental, que, incluyendo los datos de inventario específicos para el sector del JEE, calcula los impactos ambientales necesarios para realizar una Declaración Ambiental de Producto (DAP) a partir de la metodología de Análisis del Ciclo de Vida (ACV). Además de esta DAP, la herramienta incluye el listado de recomendaciones de diseño planteado, proporcionando tras el análisis, aquéllas que resulten adecuadas para cada caso. Finalmente, y desde la perspectiva de la educación ambiental, se plantean y desarrollan acciones orientadas a diseñadores y consumidores, responsables del diseño de los productos, y de la correcta gestión de sus residuos al final de su vida útil, respectivamente. Estas acciones con objetivos de sensibilización frente a la problemática en torno a los JEE, demuestran que la educación ambiental orientada a diseñadores y futuros diseñadores potencia el diseño de JEE considerando el requerimiento ambiental, mientras que la orientada a los consumidores los sensibiliza frente a la problemática, aumentando las cantidades recogidas de estos residuos.

Els models farmacocinètics (PBPK) són representacions matemàtiques del cos humà, que tenen com a objectiu calcular la concentració de compostos químics en els teixits humans. Els models PBPK poden millorar el càlcul del risc per a la salut humana, però de moment no han estat escassament utilitzats. Entre els compostos ambientals més perillosos per a la salut humana destaquen les dibenzo-p-dioxines policlorades i dibenzofurans policlorats (PCDD/Fs) i els compostos perfluorats (PFASs). L’objectiu de la present tesis es el desenvolupament de un model PBPK per calcular la concentració de PCDD/Fs i PFASs en teixits humans. Prèviament al desenvolupament del model PBPK, es va desenvolupar un índex de risc utilitzant mapes auto-organitzats (SOM), per calcular els compostos ambientals més perillosos per a la salut humana. Entre els compostos més perillosos es van trobar els PFASs. Després es va desenvolupar el model PBPK per predir les concentracions de PCDD/Fs en sang i en teixit adipós. Els resultats finals van ser altament coincidents amb els resultats experimentals trobats a l’àrea de Tarragona (NE d’Espanya), y per això es va considerar el model com a validat. A continuació el model es va adaptar per calcular les concentracions de PFASs. Per això, primer es va adaptar el model per PFOS i PFOA, que són els compostos perfluorats més estudiats en la literatura, i després es va estendre el model a 9 PFASs més. Finalment, es va fer un anàlisis de la incertesa del model PBPK, i la incertesa paramètrica es va estudiar visual i estadísticament. / Los modelos farmacocinéticos (PBPK) son representaciones matemáticas del cuerpo humano, que tienen como objetivo calcular la concentración de químicos en los tejidos humanos. Los modelos PBPK pueden mejorar el cálculo de riesgo para la salud humana, pero hasta el momento no han sido muy usados. Entre los compuestos ambientales más peligrosos para la salud humana destacan las dibenzo-p-dioxinas policloradas y los dibenzofuranos policlorados (PCDD/Fs) y los compuestos perfluorados (PFASs). El objetivo de la presente tesis es el desarrollo un modelo PBPK para calcular la concentración de PCDD/Fs y PFASs en tejidos humanos. Previo al desarrollo del modelo PBPK se desarrolló un índice de riesgo usando mapas auto-organizados (SOM), para calcular los compuestos ambientales más peligrosos para la salud humana. Los PFASs se encontraron entre los compuestos de más riesgo. Después se desarrolló el modelo PBPK para predecir las concentraciones de PCDD/Fs en sangre y en tejido adiposo. Los resultados finales fueron muy coincidentes con los resultados experimentales encontrados en el área de Tarragona (NE de España), y por esta razón el modelo se consideró como validado. A continuación el modelo se adaptó para calcular las concentraciones de PFASs. Para ello, primero se adaptó el modelo para PFOS y PFOA, que son los compuestos perfluorados más estudiados en la literatura, y después se extendió el modelo a otros 9 PFASs. Finalmente, se hizo un análisis de la incertidumbre del modelo PBPK, y la incertidumbre paramétrica se estudio visual y estadísticamente. / Physiologically based pharmacokinetic (PBPK) models are mathematic representations of the human body that aims to assess the time course distribution of chemicals in human tissues. PBPK models may improve the assessment of human health risk but until now were not well studied. Among the most harmful environmental pollutants for human health there are polychlorinated dibenzo-p-dioxins and polychlorinated dibenzofurans (PCDD/Fs) and perfluoroalkyl substances (PFASs). The objective of the present work is to develop a PBPK model to assess the time course concentration of PCDD/Fs and PFASs in human tissues. Previously to the PBPK model development, a ranking index was developed using self-organizing maps (SOM) to assess the most harmful environmental contaminants, being PFASs among the most harmful compounds. After that, the PBPK model was developed to assess and predict the concentration of PCDD/Fs in human blood and adipose tissue. The final outcomes were very coincident with the experimental data found in Tarragona County (NE of Spain), and the model was considered as a validated. After that, the model was adapted to assess the concentrations of PFASs. Firstly the model was developed for PFOS and PFOA, that are the most studied compounds in the research literature, and then the model was expended to 9 PFASs more. Finally the uncertainty analysis of the PBPK model was conducted, and the parametric uncertainty was visually and statistically studied.

The velocity fields inferred from the trajectories of Argo floats have proven to be a valuable tool for observing the major ocean currents. The velocity fields can be used to examine statistical properties at regional and global scales, and to describe regional and global circulation patterns at temporal scales that range from months to years. The first application has been the statistical study of ocean velocities, in particular the analysis of the Gaussian character of the velocity PDFs. The Argo-inferred velocities show to be adequate for this analysis as the inferred PDFs are comparable to previous results in the literature. We observe a deviation of the PDFs from Gaussianity, but yet we find no conclusive arguments to state that these PDFs are not Gaussian at a local scale. Our results emphasize the dependence of the resulting PDFs on the selection of both temporal and spatial sampling intervals which likely depend on the regional dynamics. In order to integrate relatively large temporal and spatial regions, a proper local normalization is previously required. This is a delicate process which, if incorrectly done, may lead to residual lateral and temporal inhomogeneities. We end up developing a simple model that shows to be quite useful at reproducing the velocity PDFs. The second application is an exhaustive study of the circulation of the equatorial Atlantic Ocean at several depths. It shows the great potential of the methodology, both to obtain the annual-mean ocean currents at several depths and to unveil the seasonal variations at the sea surface and 1000 dbar. In particular, we calculate monthly velocity fields which are quite different from the annual averaged fields. We have examined the intricate coupling of the surface winds and the surface currents. The intensity of the surface easterlies is associated to the annual latitudinal displacement of the ITCZ, in most of the Atlantic taking place between about 2ºN and 10ºN. A harmonic analysis also helps to understand the seasonal cycles both at surface and depth. The way the NECC grows in intensity across the Atlantic, from east to west, and the novel view of the NBC retroflection as the westernmost path for the recirculating nSEC, are two remarkable outputs. The five jets that appear in the annual-mean velocity field at 1000 dbar are the result of the composition of three alternating jets that reverse through the year while changing their latitudinal position. Two extra-equatorial jets, the NIEC and the SIEC, develop on both sides and flow opposite to the EIC. We show that some of these inversions are likely the result of westward propagating waves. The third, and final, application dealt with the surface and intermediate currents around Australia. The velocity data is complemented with the CTD data contained in the profiles and a novel method is developed to estimate the water transport in the intermediate layer. Our results confirm the existence of westward transport south of Tasmania and along the Great Australian Bight, from the Pacific Ocean to the Indian Ocean, through the Tasman Leakage. We obtain the first actual measurements of water transport, in rough agreement with previous model estimates: 3.8 ± 1.3 Sv with 39% contribution through eddy transport. We also show the existence of substantial mesoscale variability. This represents a confirmation of the existence of the Southern Ocean Supergyre, previously suggested by models and hypothesized from oceanographic cruise data. The dissertation is complemented with several appendices. In appendix A we propose that ocean velocities have a Gaussian distribution, which maximizes entropy. Appendix B presents some thoughts on the scientific method, which arose during the investigation process. Appendix C presents the basics of the harmonic analysis used in chapter 4. Finally, appendix D is found in a complementary CD, which contains a version of the basic scripts used during the research. / Els camps de velocitat inferits a partir de les trajectòries dels derivadors Argo poden ser emprats per examinar les propietats estadístiques a escala regional i global, i per descriure els patrons globals i regionals de circulació oceànica a escales temporals que van dels mesos als anys. La primera aplicació de les velocitats inferides és l’estudi estadístic de la distribució de les velocitats oceàniques, fent particular atenció al caràcter Gaussià de les Funcions de Densitat de Probabilitat (PDF). Malgrat s’observa una desviació respecte a la Gaussianitat en les PDF generades amb Argo, no trobem arguments conclusius per afirmar que les PDF no son Gaussianes. Els resultats presentats mostren la dependència en l’ajust de les PDF respecte de la integració espacio-temporal de les dades en el procés de normalització. Aquest és un procés delicat, que pot portar a la integració d’inhomogeneïtats temporals o espacials. Per acabar, desenvolupem un model senzill que, partint de la hipòtesi d’una distribució local Gaussiana permet, modificant les distribucions de les mitges i les desviacions estàndards locals, reproduir la PDF empírica obtinguda amb Argo. La segona aplicació és un estudi exhaustiu de la circulació de l’Oceà Atlàntic equatorial a diferents profunditats. Es mostra en particular la diferència en profunditat entre el que mostren els camps mitjos i el comportament estacional. Hem abordat l’intricat acoblament entre els vents superficials i les corrents de superfície. La intensitat dels vents de l’est està associada al desplaçament latitudinal de la ITCZ al llarg de l’any, que té lloc aproximadament entre 2ºS i 10ºN. L’anàlisi harmònica ajuda a comprendre el cicle estacional, tant a superfície com a 1000 dbar. També l’estudi del desenvolupament cap a l’oest de la NECC, així com la innovadora perspectiva sobre la NBC com el final de la recirculació de la nSEC són dos resultats remarcables. Els cinc jets que apareixen en el camp mig anual de velocitat zonal a 1000 dbar són en realitat el resultat de la composició de tres jets que canvien de direcció al llarg de l’any, canviant també lleugerament la seva ubicació latitudinal. Dos jets extra-equatorials, la NIEC i la SIEC, es desenvolupen a ambdós costats i flueixen en direcció oposada a la EIC. També hem mostrat, d’acord amb la literatura, com algunes d’aquestes inversions son probablement provocades per la propagació d’ones planetàries. La tercera i darrera aplicació versa sobre les velocitats superficials i a 1000 dbar al voltant d’Austràlia. Les dades de velocitat es complementen amb les dades de CTD contingudes als perfils per desenvolupar un mètode d’estimació de transporten les aigües intermèdies.. Els resultats mostren l’existència d’un transport cap a l’oest a 1000 dbar al sud de Tasmània, i a través de la Great Australian Bight, des de l’Oceà Pacífic fins a l’Oceà Índic, a través de l’anomenat Tasman Leakage. Els resultats representen les primeres mesures directes de transport d’aquesta transferència d’aigua, i es mostren d’acord amb les estimacions prèvies obtingudes de models, i suggereixen 3.8 ± 1.3 Sv. Es mostra també l’existència d’una variabilitat estacional considerable. Aquest estudi confirma l’existència del Southern Ocean Supergyre, que havia sigut prèviament hipotetitzat a partir de models i dades hidrogràfiques.’ La dissertació es complementa amb diversos apèndix. A l’apèndix A explorem el vincle entre les distribucions Gaussianes de de les velocitats oceàniques i la variació d’entropia. L’apèndix B presenta algunes reflexions sorgides durant el procés d’investigació, que transcendeixen la recerca i versen sobre la metodologia, intentant comprendre com les grans bases de dades afecten el mètode científic, allunyant-lo del mètode hipotètico-deductiu. L'apèndix C mostra els fonaments de l'anàlisi harmònica aplicada al capítol 4. Finalment, l’apèndix D, en forma de CD, conté una versió dels programes bàsics emprats en aquesta recerca.

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i Ghent University / The lack of green areas in cities is caused by the increase in population and the urbanisation process. However, an increasing interest in city greenery was observed since the beginning of twentieth century. Several benefits are associated with green areas from a social, economic and ecologic point of view. Consequently, the solution to increase the urban green spaces lies in their inclusion on structures¿ surfaces. In that sense, a number of different technologies were developed which can be grouped into green walls and green roofs. Unfortunately, existing systems for both green walls and green roofs present several disadvantages in terms of installation and maintenance costs, low level of integration with the structure, extra loads, limitations in their use in rehabilitation projects, and others. The general objective of this dissertation is to provide a first approach to the possibility of using a structure surface as biological substratum. This was treated considering two different research lines. The first research line includes the modification of the chemical and physical properties of the cementitious material, which will be used as substratum. Then, the second issue is the evaluation of materials¿ bioreceptivity under both laboratory and environmental conditions. Regarding the material, chemical properties were firstly studied. pH was taken as a priority from the diversity of involved chemical properties. In that sense, two different ways to obtain a low pH cementitious material were studied. First, it was attempted to reduce the pH of the most common hydraulic binder, Ordinary Portland Cement (OPC). Then, the characterisation of Magnesium Phosphate Cement (MPC) as a hydraulic binder of naturally low pH was carried out. Insufficient reduction in the pH of OPC was obtained and properties such as flexural and compressive strength were highly affected. In contrast, positive results were obtained regarding the use of MPC as hydraulic binder for the specific purpose to be used as a biological substratum. Regarding the physical properties, porosity and roughness were the main properties considered. For that purpose, modifications were made to the composition of different samples, by means of modifying the hydraulic binder, granular skeleton, the water to cement ratio and the amount of cement paste. The methodology used for the estimation of the optimal cement paste content worked well for OPC specimens although MPC responded differently. The characterisation of the twenty-three initial materials¿ bioreceptivities provided significantly different results. Consequently, six different mix designs were selected to be exposed to colonisation. Afterwards, the evaluation of the materials¿ bioreceptivity in terms of colonisation was studied under both laboratory and environmental conditions. Regarding the experimental program under laboratory conditions, an accelerated laboratory test was carried out to evaluate the behavior of different specimens when they were exposed to colonization. Magnesium Phosphate Cement specimens obtained better results than OPC mortars for algal colonisation under those particular conditions. Finally, specimens were also evaluated under environmental conditions, since these may significantly differ from laboratory conditions. Furthermore, two different inclinations and three different locations were studied. Significant differences were observed between inclinations (horizontal and vertical) and between locations with different contamination levels (Barcelona city, Natural Park of Montseny and Ghent city). Better results were obtained with horizontal specimens in terms of predominant genus diversity as well as quantitative level of colonisation. Moreover, specimens located in urban areas (Barcelona city) showed also better results. However, the environmental experimental programs should be continued over a longer time span to reach more conclusive results. / La ausencia de espacios verdes en las ciudades es consecuencia del constante incremento poblacional y el proceso de urbanización. Sin embargo, existe un interés social creciente en aumentarlos desde inicios del siglo XX. Los beneficios asociados pueden englobarse en tres niveles: social, económico y ecológico. Por ello, la incorporación de elementos vegetales en los edificios se ha visto, principalmente, como una alternativa en aquellas ciudades con escasez de espacios disponibles para la construcción de áreas verdes. En este sentido, diversos sistemas han sido desarrollados tanto a nivel de fachadas como de cubiertas vegetales. Desafortunadamente, los sistemas existentes presentan diversos inconvenientes, los cuales se refieren a los costes de instalación y mantenimiento, a la baja integración entre los elementos naturales y la estructura, la carga adicional que conlleva y, en algunos casos, la limitación en su uso, entre otros. El objetivo general de la presente tesis es demostrar que es posible utilizar el propio material cementicio como soporte biológico, para lo cual se han considerado dos líneas principales: modificar de forma controlada el material cementicio en base a sus propiedades químicas y físicas y, evaluar la bioreceptividad del soporte en muestras colonizadas. En lo referente al material, primero se abordaron las propiedades químicas, fijándose como prioritario reducir el pH, para lo cual se abordaron dos vías: incorporación de ácidos en morteros en base a cemento Portland y, empleo de cementos en base a fosfato de magnesio. Las reducciones de pH alcanzadas para el cemento Portland no fueron significativas y sí, en cambio, la afectación a nivel de resistencias fue elevada. Por contra, los resultados obtenidos para el cemento en base a fosfato de magnesio fueron positivos, sin efectos secundarios. Respecto a las propiedades físicas, se han considerado la porosidad y la rugosidad. Para la modificación controlada de estas propiedades se realizaron cambios entre dosificaciones en cuanto al tipo de cemento, al esqueleto granular, a la relación agua-cemento y a la cantidad de pasta de cemento. La metodología usada para la estimación de la cantidad de pasta de cemento funcionó correctamente para el mortero de cemento Portland. Sin embargo, el mortero en base a cemento de fosfato de magnesio presentó particularidades que hicieron cambiar los criterios de selección. Veintitrés tipos de mortero de diferente bioreceptividad fueron caracterizados y los resultados obtenidos permitieron reducir dicho número a seis, los cuales fueron expuestos a colonización. En el proceso de evaluación del crecimiento biológico, las muestras fueron expuestas tanto a condiciones controladas de laboratorio, mediante un ensayo acelerado, como a condiciones ambientales, habiéndose obtenido los mejores resultados para las muestras en base al cemento de fosfato de magnesio. Finalmente, las muestras fueron expuestas a colonización ambiental, ya que los resultados podrían diferir considerablemente. Además de evaluarse los diferentes grados de bioreceptividad de las muestras entre sí, también se evaluó la influencia de la inclinación (horizontal y vertical) así como de la localización comparando tres emplazamientos (Barcelona ciudad, parque natural del Montseny y Gante ciudad). Diferencias significativas fueron observadas entre muestras con diferente inclinación así como entre las localizaciones con diferente grado de contaminación ambiental. Las muestras horizontales presentaron mejores resultados a nivel de diversidad y cuantificación. Y, además, las muestras colocadas en zonas urbanas obtuvieron mejores resultados que aquellas en emplazadas en una zona no contaminada. Sin embargo, los resultados muestran la necesidad de más investigación en condiciones ambientales así como por periodos más prolongados

Today we are experiencing an "eco friendly boom"; which includes the developing of ecological processes that have a smaller impact in the environment. This is the reason that prompted me to carrying out this thesis; the aim is to use a vegetable extract as a sustainable product for the pre-tanning processes. This study considers the use of the fruit of the Tara tree as a raw material source of tannins with low carbon footprint and proposes alternatives to avoid or reduce the use of commercial vegetable extracts, synthetic products and mineral salts that require non sustainable processes. Various experimental designs have been developed as to obtain new tailored Tara tannins by both chemical and physical modification, in order to obtain a higher percentage of tannins, and therefore improve its tanning capability, also reducing the astringency and improving the penetration of the tannin molecules through the leather structure. In chemical modifications, several aqueous extractions at different temperatures and combined with some chemicals, have been developed and optimized in order to increase the tannin content and reduce the astringency. The degree of hydrolysis has controlled by measuring the Gallic acid content by means of HPLC (High performance liquid Chromatography). In the physical modification part, the Tara has been milled and sieved, at several particle sizes, with the aim of obtaining a smaller molecular size. Both chemical and physical modifications were tested in hides, in a wet-white pre-tanning process, combining them with the fewest possible commercial vegetable extracts and syntans. The formulations have been optimized by experimental design. All the resulting leather products and final baths have been analyzed with physical and chemical tests respectively, to determine if they comply with the parameters established by the IULTCS (International Union of Leather Technologists and Chemists Societies). Finally, a life cycle assessment has been developed, in order to determine the environmental improvement of the new modified product, obtained in this thesis. This thesis is also supported with articles published in magazines specialized in the Leather sector. There are two articles published in the Journal of the American Leather Chemists Association (JALCA), named: *Low carbon products for the design of innovative leather processes. Part I: determination of the optimal chemical modification of tara. . (JALCA, Vol. 108, pag. 386-391, 2013) *Low carbon products for the design of innovative leather processes. Part II: determination of the optimal physical modification of tara. (JALCA, Vol. 109, pag. 25-31, 2014) One article pending to be published in the Journal of AQEIC (Spanish Leather Chemists Association) Application of Sustainable tannins with Low carbon footprint,And presented in the 62nd Congress of AQEIC, Lorca (Murcia), May 10th and 11th, 2013 Presentation: "Aplicación de taninos sostenibles con baja huella de carbono"

This doctoral thesis presents a collection of six scientific papers, which have been published in peer-reviewed scientific journals, in the field of real-time environmental radioactivity detection. After the contributions of this thesis, the automatic real-time environmental radiation surveillance network of Catalonia provides new and better radiological information. This was achieved thanks to the development and calibration of three types of radioactivity monitors using gamma-ray spectrometry, either with NaI(Tl) or LaBr3(Ce) detectors, which permit the real-time identification and quantification of radioactive isotope content in water and in air. In the thesis, details on general calibration methodologies can be found. The mentioned developments as well as their specific calibrations are also discussed. For each monitor, an evaluation of their measurement capabilities is also performed. / Esta tesis doctoral presenta una colección de seis artículos científicos, que han estado publicados en revistas científicas revisadas, en el campo de la detección de radiactividad ambiental en tiempo real. Después de las contribuciones de esta tesis, la red automática de vigilancia radiológica ambiental en tiempo real de Cataluña dispone de nueva y mejor información radiológica. Esto ha sido logrado gracias al desarrollo y calibración de tres tipos de monitores de radiactividad mediante espectrometría gamma, ya sea con detectores de NaI(Tl) o de LaBr3(Ce), que permiten la identificación y cuantificación en tiempo real del contenido isotópico radiactivo en agua y aire. En esta tesis, se pueden encontrar detalles sobre metodologías generales de calibración así como una discusión de los mencionados desarrollos y sus correspondientes calibraciones específicas. Además, se efectúa una evaluación de las capacidades de medida para cada uno de los monitores.

The application of sewage sludge from wastewater treatment plants on agricultural soils has become an increasing practice in recent years, derived from its environmental benefits (recycling of organic matter and nutrients). However, there are a few studies regarding the risks and benefits for both the environment and the human health, probably because of the complexity of the problem and the high stakeholders’ expectations. The objective of this thesis was to develop methodological tools to support the management of sewage sludge on agricultural soils. Fate, human exposure and health risk models were developed, evaluated and integrated. Furthermore, decision models were built up and integrated into Geographic Information System (GIS) so as to indicate the best agricultural areas to amend with sewage sludge. The use of these tools provides more confident decisions regarding this practice. / La aplicación de lodos residuales de depuradora en suelos agrícolas se ha convertido en una práctica cada vez más extensa en los últimos años, derivada de sus beneficios ambientales. Sin embargo, hay pocos estudios sobre los riesgos y beneficios tanto para el medio ambiente como para la salud humana, probablemente debido a la complejidad del problema y las altas expectativas de los participantes en la toma de decisiones. El objetivo de esta tesis fue desarrollar métodos para la gestión de lodos de depuradora en suelos agrícolas. Se desarrollaron, evaluaron e integraron modelos de transporte, exposición humana y riesgos para la salud. Así mismo, se construyeron modelos de decisión y se integraron en Sistemas de Información Geográfica (SIG) para indicar las mejores zonas agrícolas donde aplicar lodos de depuradora. El uso de estas herramientas proporciona decisiones más fiables con respecto a esta práctica.

The Mediterranean region appears to be particularly responsive to global and climate change, causing decrease in annual river flows and making the region most prone to an increase in drought hazard and water stress. This thesis is an approach to quantify and analyse the water quantity, hydrological ecosystem services and water supply in temperate regions under environmental changes. Hydrological flow and hydrological ecosystem services (water provisioning) models are developed for a low flow Mediterranean river (Francolí river) basin using MIKE BASIN and InVEST respectively. Changes in the delivery of regulating (erosion control) services are also assessed in the heavily humanized Llobregat River basin (NE Spain) considering drivers of climate change (temperature and precipitation). Moreover, Analytic Hierarchy Process (AHP) is adapted to solve the multi-criteria decision-making problem of alternate water supply for different sectors in Francolí river basin. Climate change have already affected some elements of hydrological ecosystem services and that some are vulnerable in the Mediterranean river basins. Together these effects determine the need of a correct approach for water allocation system and the appropriate alternate water resources at a catchment level due to water scarcity. / Parece ser que la región mediterránea esuna zona particularmente vulnerable al cambio global y climático. Este hecho provoca un descenso en el caudal anual de los ríos y que la zona sea más propensa a un aumento de las sequías y el estrés hídrico. Esta tesis es una aproximación a la cuantificación y el análisis de la cantidad de aguay de los servicios ecosistémicos hidrológicos en regiones templadas bajo cambios ambientales.Se desarrollaron los modelos de caudal hidrológico y servicios ecosistémicos hidrológicos (aprovisionamiento de agua) para una cuenca de río mediterráneo de bajo caudal (río Francolí) utilizando MIKE BASIN e InVEST respectivamente. También se evaluaron los cambios en el subministro del serviciode regulación (control de la erosión) en la cuenca del río Llobregat (NE de España), la cual está fuertemente humanizada, considerando los impactos del cambio climático (temperatura y precipitación). Además, se adaptó el Proceso Jerárquico Analítco (PJA) para solucionar el problema de la alternativa de disponibilidad de agua para diferentes sectores en la cuenca del río Francolí según múltiples criterios de decisión. El cambio climático ya ha causado impactosen algunos elementos de los servicios ecosistémicos hidrológicos que son vulnerables en las cuencas de ríos mediterráneos. Todos estosimpactos determinan que, debido a la escasez de agua, sea necesario un enfoque correcto para el sistema de asignación de agua y los recursos hídricos alternativos apropiados a nivel de cuenca.