Along with the power loss of welfare regimes in Europe, the problems which have always existed in the field of poverty started to reemerge as the one of the primary matters of humanity. However, in this period, the state whose intervention to economy was being already argued was deprived of the ability of intervention to the issue of poverty. After 1980s, the new generation social aid organizations emerged in the area of welfare, which was covered by the modern state institutions before. Some of these organizations can be titled as faith based organizations (FBOs) which are the organizations that refer directly or indirectly to a religion or religious values, and they function as welfare providers or as political actors. Today, faith based social aid organizations disperse into a wide area, from the sub groups of armed organizations to worship centers of several religions. These organizations perform a welfare function by carrying a number of activities. This study examines the FBOs in the sample of a non-governmental organization, Deniz Feneri (Light House) Association in Turkey. In this regard, the study opens a discussion for a new concept for the world as well as for Turkey.

Based on the experience gained during more than 10 years working on energy efficiency in public buildings of various uses, this thesis develops a methodology for intervention in school buildings. The aims were to define the key indicators for identifying opportunities for savings; to assess possible measures for reducing consumption by limiting demand and improving the efficiency of the systems; to analyse and highlight the role played by each of the actors involved in the strategies of use and management of school buildings; and to establish the key criteria for carrying out future energy rehabilitation projects. Chapter 1, Prologue, presents the principles on which the thesis is based. Chapter 2, Presentation of the research, defines the overall objectives: to establish a methodology for analysing the stock of built schools; to identify the tools for making key decisions on energy; and to propose and validate a methodology for intervention regarding energy. It also defines the specific objectives: to identify and define indicators of energy efficiency; to characterise the stock of built schools and consider opportunities for improvement; to consider energy rehabilitation as a priority; to assess school buildings in terms of energy; to establish the strategic lines of action; to promote the objective of reducing consumption; and to identify and demonstrate opportunities for improvement. Finally, the hypothesis is put forward. Chapter 3, Background, frames the thesis within the map of strategies developed by the various government entities and public authorities; it identifies the organisations and regulatory documents and the EU directives; it studies the energy situation in Catalonia and in Barcelona in particular; it analyses the various plans for improving energy; and, finally, it identifies strategies aimed at public buildings and in particular at schools. Chapter 4, State of the art, presents the references of large-scale European experiences consulted, divided into themes: how the stock of schools is analysed using different strategies and methods, and how these are characterised; which parameters are considered; which factors are inevitable; who manages school buildings and how; and how the lines of intervention are established and evaluated economically and environmentally. Chapter 5, Research methodology, presents the work done prior to the writing of the thesis and presents the methodology of analysis used to evaluate the school buildings under study. It specifies how the sample was identified, how the problems were diagnosed, how the buildings were assessed in terms of energy, the parameters of comfort and the resource management. Finally, it identifies the key indicators used to obtain the research results. Chapter 6, Results, presents the exploratory analysis of general data and of the buildings, which were subjected to a detailed study and a multivariate analysis using the indicators identified in the methodology, and a multiple regression analysis of the results which validated the research arguments. Finally, Chapter 7, Conclusions, first states that the general and specific objectives stated at the beginning of the research project have been fulfilled and argues that the hypothesis is valid. It then presents the final results of the research, which could and should be used by authorities responsible for school building management to design intervention strategies for existing buildings regarding energy and environment. Finally, it suggests future lines of research that should be implemented to solve some of the current sustainability challenges related to construction and the associated energy consumption. / A partir de l'experiència adquirida durant més de 10 anys treballant en eficiència energètica en edificis públics d'usos diversos, es planteja la present tesi, en la qual es desenvolupa una metodologia d'intervenció en edificis docents que permet: definir els indicadors clau per identificar les oportunitats d'estalvi en els edificis; avaluar les possibles mesures de reducció de consums a partir de la limitació de la demanda i de la millora de l'eficiència dels sistemes; analitzar i donar pes al paper de cadascun dels actors que intervenen en les estratègies d'ús i gestió dels edificis escolars, i establir els criteris clau que cal considerar per realitzar les futures intervencions de rehabilitació energètica. En el capítol 1, 'Pròleg', s'hi presenten els principis sobre els qual es fonamenta aquesta tesi. En el capítol 2, 'Presentació de la investigació', se'n defineixen els objectius generals: establir una metodologia d'anàlisi del parc escolar edificat; conèixer les eines per a la presa de decisions en clau energètica, i proposar una metodologia d'intervenció en clau energètica i validar-la. Se'n defineixen també els objectius específics: identificar i definir els indicadors d'eficiència energètica; caracteritzar el parc escolar edificat i albirar les oportunitats de millora; considerar la rehabilitació energètica com a prioritat; avaluar els edificis escolars en clau energètica; establir les línies estratègiques d'actuació; potenciar l'objectiu de la reducció dels consums, i identificar i mostrar les oportunitats de millora. Finalment es planteja la hipòtesi. El capítol 3, 'Antecedents', emmarca la tesi en el mapa d'estratègies desenvolupades per les diferents entitats de govern i ens de l'Administració; s'identifiquen els organismes i els documents normatius i les directives europees; s'estudia la situació energètica a Catalunya i en concret a Barcelona; s'analitzen els diferents plans de millora energètica, i finalment s'identifiquen les estratègies dirigides als edificis públics i, en concret, als centres escolars. Dins el capítol 4, 'Estat de la qüestió', s'hi poden trobar, endreçades temàticament, les referències consultades d'experiències europees a gran escala: com s'analitza el parc escolar a partir de diferents estratègies i mètodes, com es caracteritzen, quins paràmetres es consideren, quins condicionants són inevitables, qui gestiona i com els edificis escolars, com s'estableixen línies d'intervenció i com s'avaluen econòmica i ambientalment. En el capítol 5, 'Metodologia de la recerca', es presenta el recorregut previ a l'elaboració de la tesi i es presenta la metodologia d'anàlisi utilitzada per a l'avaluació dels edificis escolars objecte d'estudi. S'especifica com s'ha identificat la mostra, com s'han diagnosticat els problemes, com s'han avaluat energèticament els edificis, els paràmetres de confort i la gestió dels recursos, i, finalment, s'han identificat els indicadors clau que s'utilitzaran per a l'obtenció dels resultats de la recerca. Per al capítol 6, 'Resultats', s'ha fet ús de l'anàlisi exploratòria de dades generals i dels edificis objecte d'estudi de detall, i s'ha fet una anàlisi multivariable a partir dels indicadors identificats en la metodologia i una anàlisi dels resultats a partir de la regressió múltiple, que ha permès validar l'argumentari de la recerca. Finalment, el capítol 7, 'Conclusions', presenta un primer cos en el qual es verifica el compliment dels objectius generals i específics plantejats a l'inici de la recerca i s'argumenta la validesa de la hipòtesi. En un segon apartat es conclouen els resultats de la recerca, que podrien i haurien de servir, a les administracions gestores del parc escolar edificat, en el disseny d'estratègies d'intervenció en edificació existent, en clau energètica i ambiental. També s'albiren les futures línies de recerca que s'haurien d'implementar per resoldre alguns dels actuals reptes quant a sostenibilitat,

La entrada en vigor de la Directiva de Emisiones Industriales (DEI) ha impulsado el control y la mejora del comportamiento ambiental de los sectores industriales europeos más contaminantes. Las industrias involucradas en el ciclo de vida de la baldosa cerámica, muchas de ellas incluidas en el ámbito de aplicación de la Directiva DEI, conforman uno de los sectores de fabricación de materiales de construcción más importantes a nivel nacional.El objetivo fundamental de esta tesis es crear las bases para facilitar el análisis, mejora y comunicación del comportamiento ambiental de la baldosa cerámica, a lo largo de todo su ciclo de vida. Para ello, el documento se divide en tres bloques diferenciados, un primer bloque dedicado a la evaluación ambiental del ciclo de vida de la baldosa cerámica; un segundo bloque en el que se identifican las alternativas tecnológicas óptimas a implantar para mejorar dicho ciclo de vida; y un tercer bloque en el que se configura una herramienta de comunicación ambiental que facilita, por un lado, exponer el comportamiento ambiental de la baldosa y de su proceso de fabricación y, por el otro, facilitar la adquisición de sistemas de certificación europeos a través de la propuesta de mejoras tecnológicas óptimas para cada caso. Para analizar el comportamiento ambiental de las diferentes etapas del ciclo de vida de la baldosa cerámica, se ha aplicado la metodología de Análisis del Ciclo de Vida (ACV). Para ello, ha sido necesario realizar previamente un Inventario de Ciclo de Vida (ICV) actualizado y representativo del sector objeto de estudio, a partir de la recopilación de datos de más de 30 empresas. Dicho análisis deriva en la identificación de las etapas, procesos y/o materiales con peor comportamiento ambiental y los resultados ambientales obtenidos son verificados mediante la aplicación de técnicas estadísticas. Para mejorar el comportamiento ambiental de todo el ciclo de vida de la baldosa cerámica, se estudian cuáles son las Mejores Técnicas Disponibles (MTD) óptimas para la mejora de los puntos críticos identificados en el capítulo anterior con peor comportamiento ambiental. Para ello, se configura una metodología de evaluación y selección de MTD, desde el punto de vista de la sostenibilidad, basada en la obtención de indicadores ambientales, económicos, técnicos y sociales y su comparación desde dos perspectivas de resolución de análisis multicriterio. Finalmente, una vez evaluado y mejorado el ciclo de vida de la baldosa cerámica, con el objetivo de permitir la comunicación de la información ambiental tanto de dicha baldosa como de su proceso de fabricación, se diseña una herramienta de comunicación ambiental económica, fácil de utilizar y con un entorno gráfico amigable. Esta permite emitir tanto la Declaración Ambiental de Producto (DAP) de la baldosa cerámica como el perfil ambiental y energético de la organización que la fabrica. Además, dicha herramienta facilita la comprobación de los requisitos de la Etiqueta Ecológica Europea (EEE) y, en caso de ineptitud, propone las MTD óptimas que debería incorporar para poder cumplirlos. La utilidad y fiabilidad de la herramienta se comprueba mediante su aplicación al escenario de fabricación de baldosas cerámicas en España.

The Dissertation's main aim is to establish a procedure for the optimization of space grid as a framed tube (spatial mesh) structural typology envelope for tall buildings given the increasing interest in this recent constructive and architectural trend. As to accomplish this aim, a comparative structural study is driven, rooted in the analysis of the principal stresses, to determine whether spatial mesh envelopes for tall buildings are more optimal and efficient if their design is adapted to the principal stress directions. Thus, meaning when the design of this structural typology is based on the isostatic lines of their equivalent continuous structural elements according to their solicitations. This approach requires to establish, previously, the fundamental relationship formed by the basic concepts of geometry, shape and structural function. The first chapter, therefore, is a deep overview oft hese concepts. The chapter outlines the historical knowledge to determine the state-of-the-art according to their use in the design and analysis of architectural projects, based on a documentary compilation in which the baseline is to seek of understanding structural. Hence, allowing to establish a basic historical conceptual thread that in the course of its evolution shells the various formal aspects of the function-form relationship. In chapter 2, a basic comparative study is performed, in two dimensions, around different triangulations of lattice girder to determine the relationship between structural efficiency and the arrangement of the bars that make up the trusses, as adapted to the isostatic lines trajectory of their equivalent continuous structural elements, previously mentioned. The basic study, around efficiency and structural behavior, is implemented later in the analysis of more complex spatial structures, which are the main object of this research. Matter of factly, this concept of structural optimization, used according to the form, allows this research to address the study of skyscrapers based on spatial mesh as a framed tube resistant system in the field of architecture. As justified in the third chapter and more thoroughly discussed in chapter 4 this current trend is frequently used. lts use is due to the high architectural and structural features offered by this structural type, which is characterized by the close relationship of the binomial that conform the architectural design and structural concept. In chapter 5, a proposal is outlined according to the final structural comparative studies. by presenting an architectural proposal that includes the so-called concept "structural aesthetics" that emerges from the binary concept previously mentioned, which is widely used in the design and analysis of architectural structures. Chapter 6 is devoted to the analysis of the data, the findings of the comparative studies conducted, in accordance with the structural efficiency, are presented. These results will determine if the mesh or framed tube structures are more efficient if they adopt the isostatic lines trajectory generated by the main and dominant lateral load, in the high-rise buildings case, the wind. Conjointly, in this chapter the possible future research lines derived from the above conclusions are outlined . / L’objectiu fonamental d’aquesta Tesi és establir un procediment per a la optimització de malles estructural d’acer, envolupants d’edificis en alçada, com a tipologia estructural d’entramat en tub (malles espacials), donat el creixent interès en aquesta tendència constructiu-arquitectònica. Per a això, es realitza un estudi comparatiu estructural en base a l’anàlisi de les tensions principals, per determinar si les malles espacials, envolupants d’edificis en alçada, són més òptimes i eficients quan el seu disseny s’adapta a les direccions de les tensions principals i, en definitiva, a la trajectòria de les línies isostàtiques dels elements estructurals d’ànima plena equivalents, sota les accions sol•licitants. Aquest enfocament requereix que prèviament s’estableixi la relació fonamental que conformen el conceptes bàsics geometria, forma i funció estructural. Concepció, aquesta, que s’aborda de forma àmplia en el capítol 1, per a constituir un estat del coneixement historicista d’acord a la seva utilització en el disseny i l’anàlisi dels projectes arquitectònics, en base a una exhaustiva recopilació documental que s’inicia en la recerca de la comprensió estructural. La qual permet establir inicialment un fil conceptual bàsicament històric que en el transcurs de la seva evolució vagi desgranant les diferents vessants formals d’aquesta relació funció-forma. En el capítol 2 s’aborda un estudi comparatiu bàsic, en dues dimensions, de diferents triangulacions de bigues de gelosia planes, per determinar la relació entre la seva eficiència estructural i la disposició de les barres que conformen l’entramat de les armadures, segons la seva adaptació a la trajectòria de les línies isostàtiques dels elements resistents d’ànima plena equivalents, prèviament esmentats. L’estudi bàsic realitzat, de rendiment i comportament estructural, s’implementa posteriorment en l’anàlisi d’estructures espacials de major complexitat, les quals són l’objecte principal d’estudi del present treball de recerca. Efectivament, aquest concepte d’optimització estructural utilitzat, d’acord amb la forma, permet abordar l’estudi en edificis en alçada en base a les malles espacials com a sistema resistent d’entramat en tub en l’àmbit de l’arquitectura, d’ús assidu com és justifica en el tercer capítol, i es tracta en el capítol 4. El seu ús es deu a les elevades prestacions arquitectònic-estructurals que ofereix aquesta tipologia estructural, la qual es caracteritza per l’estreta relació del binomi que conformen el disseny arquitectònic i el concepte estructural. En el capítol 5, d’acord amb els estudis comparatius estructurals finals realitzats, atenent al procés d’optimització proposat, es conclou amb una proposta arquitectònica que engloba el concepte de «estètica estructural» que es desprèn de la concepció del binomi mencionat, àmpliament utilitzat en el disseny i l’anàlisi d’estructures arquitectòniques. En el capítol 6, dedicat a l’anàlisi dels resultats obtinguts, s’extrauran les conclusions dels estudis comparatius realitzats d’acord amb l’eficiència estructural. Amb això, es determinarà si les malles o estructures d’entramat en tub milloren la seva eficiència quan s’identifiquen amb la trajectòria de les línies isostàtiques generades per les accions actuants, en el cas que s’ocupa d’edificis en alçada, considerant l’acció lateral principal en aquest tipus de construcció, el vent. Així mateix, en aquesta capítol es formulen les possibles línies d’investigació que es deriven de les conclusions exposades. / El objetivo fundamental de esta Tesis es establecer un procedimiento para la optimización de mallas estructurales de acero, envolventes de edificios en altura, como tipología estructural de entramado en tubo (mallas espaciales), dado el creciente interés en esta tendencia constructivo-arquitectónica. Para ello, se realiza un estudio comparativo estructural en base al análisis de las tensiones principales, para determinar si las mallas espaciales, envolventes de edificios en altura, son más óptimas y eficientes cuando su diseño se adapta a las direcciones de las tensiones principales y, en definitiva, a la trayectoria de las líneas isostáticas de los elementos estructurales de alma llena equivalentes, bajo las acciones solicitantes. Este enfoque requiere que previamente se establezca la relación fundamental que conforman los conceptos básicos geometría, forma y función estructural. Concepción, ésta, que se aborda de forma amplia en el capítulo 1, para constituir un estado del conocimiento historicista de acuerdo a su utilización en el diseño y el análisis de proyectos arquitectónicos, en base a una exhaustiva recopilación documental que se inicia en la búsqueda de la comprensión estructural. La cual permite establecer inicialmente un hilo conceptual básicamente histórico que en el transcurso de su evolución vaya desgranando las distintas vertientes formales de dicha relación función-forma. En el capítulo 2 se aborda un estudio comparativo básico, en dos dimensiones, de distintas triangulaciones de vigas de celosía planas, para determinar la relación entre su eficiencia estructural y la disposición de las barras que conforman el entramado de las armaduras, según su adaptación a la trayectoria de las líneas isostáticas de los elementos resistentes de alma llena equivalentes, previamente mencionados. El estudio básico realizado, de rendimiento y comportamiento estructural, se implementa posteriormente en el análisis de estructuras espaciales de mayor complejidad, las cuales son el objeto principal de estudio del presente trabajo de investigación. Efectivamente, este concepto de optimización estructural utilizado, de acuerdo a la forma, permite abordar el estudio en edificios en altura en base a las mallas espaciales como sistema resistente de entramado en tubo en el ámbito de la arquitectura, de uso asiduo como se justifica en el tercer capítulo, y se trata en el capítulo 4. Su uso se debe a las elevadas prestaciones arquitectónico-estructurales que ofrece esta tipología estructural, la cual se caracteriza por la estrecha relación del binomio que conforman el diseño arquitectónico y el concepto estructural. En el capítulo 5, de acuerdo a los estudios comparativos estructurales finales realizados, atendiendo al proceso de optimización propuesto, se concluye con una propuesta arquitectónica que engloba el concepto de «estética estructural» que se desprende de la concepción del binomio mencionado, ampliamente utilizado en el diseño y el análisis de estructuras arquitectónicas. En el capítulo 6, dedicado al análisis de los resultados obtenidos, se extraerán las conclusiones de los estudios comparativos realizados conforme a la eficiencia estructural. Con ello, se determinará si las mallas o estructuras de entramado en tubo mejoran su eficiencia cuando se identifican con la trayectoria de las líneas isostática generadas por las acciones actuantes, en el caso que se ocupa de edificios en altura, considerando la acción lateral principal en este tipo de construcción, el viento. Así mismo, en este capítulo se formulan las posibles futuras líneas de investigación que se derivan de las conclusiones expuestas.

Many reinforced concrete structures suffer damage due to aging and due to the environmental agressivity, thus affecting their serviceability performance and safety. Structural evaluation of a deteriorated structure is necessary to assess the actual structure state, to determine whether the structure should be strengthened or demolished and to optimize the interventions required to guarantee its serviceability and safety. In the case of statically indeterminate structures, as many of the existing bridges and buildings, the damage produced by local or general deterioration processes may affect the whole structure state of forces, stresses and cracks. However, even though the difficulties to adequately assess such type of structures very scarce resarch works have been done, up to now, in this field. The present research aims to contribute to those goals presenting an extensive experimental campaign, at the material and at the structural levels. Furthermore, theoretical and numerical studies based on mechanical non-linear models were performed in order to reproduce the observed experimental behaviour and to contribute to the modelling of the performance of deteriorated structures. The global effects of the structural damage were addressed by means of an experimental study, which encompassed twelve continuous two span large-scale beams. The cast beams divided in four groups of three beams each were submitted to different corrosion levels; one group was left uncorroded. Each beam was loaded with different sustained loads to assess its effect when corrosion phenomena took place. Thereafter, the beams were unloaded and loaded again up to failure. On the other hand, the local effects of steel corrosion were analysed by means of two different experimental studies. The first study encompassed more than 192 corroded steel bars. The specimens were cleaned, and after, characterized under cyclic and monotonic loads. The second study encompassed 48 cubic concrete specimens with embedded steel reinforcement bars. Different concrete types were used, including recycled aggregate concretes. The steel was submitted to accelerated corrosion and thereafter the effect of corrosion on the bond behaviour was assessed. Finally, modelling of the mechanical properties of corroded steel bars and bond in concrete was done. A model to evaluate the corroded steel reinforcement mechanical properties, s-e and fatigue life, was developed. In addition, the 3D scan novel technique was used to characterise the outer surface of corroded steel bars, by which the study of the corrosion pitting distribution and the critical cross-section was possible. Corrosion of steel reinforcement produced a substantial increment of the deflections as well as the stresses at the steel, both in the corroded and the uncorroded regions, due to the redistributions that took place in the continuous beams as a consequence of the loss of steel section. Furthermore, the redundancy of the structure provided them an extra load capacity with respect to a statically determinate beam. On the other hand, the ultimate load capacity was severely reduced. A non-linear reduction of the corroded steel mechanical properties was found. Yielding and ultimate stresses described a good correlation with respect to the corrosion level. However, the results for modulus and ultimate strain presented more dispersion. Bond capacity of recycled concrete aggregates was showed to be similar to natural aggregate concretes. Nevertheless, in corroded specimens, recycled aggregate concretes showed better performance describing lower ultimate bond reduction with respect to those of conventional concrete. The presented mechanical model defined with an excellent reliability yielding and ultimate stresses for corroded bars up to 60% of corrosion levels. The statistical model presented for the pitting depth allowed to define the upper and lower bounds of the pitting depth regarding to corrosion level. / Muchas estructuras de hormigón armado sufren daños debido a los cambios medioambientales, los cuales afectan la serviciabilidad y la seguridad de éstas. La evaluación estructural del deterioro es necesaria para identificar el estado actual de una estructura, determinar si es necesario reforzar o demoler i optimizar el tipo de intervención requerida, garantizando su serviciabilidad y seguridad. En el caso de estructuras hiperestáticas, comunmente empleadas, el daño producido por los procesos de deterioro local o generalizado puede afectar las fuerzas de la estructura, las tensiones y las fisuras. Sin embargo, debido a las dificultades para evaluar adecuadamente este tipo de elementos se ha llevado a cabo escasa investigación al respecto en este campo. La presente investigación pretende contribuir a estos objetivos mediante la presentación de una extensa campaña experimental, a nivel material y estructural. Además, se llevaron a cabo estudios teóricos y numéricos mediante modelos mecánicos no lineales para poder reproducir el comportamiento experimental observado y así contribuir en el modelado del comportamiento de estructuras deterioradas. Los efectos globales del daño estructural fueron evaluados mediante una campaña experimental, la cual engloba doce vigas continuas de dos vanos a gran escala. Las vigas se dividieron en cuatro grupos de tres elementos cada uno, sometidos a diferentes grados de corrosión, excepto uno de los cuales se dejó sin corroer para comparar. Cada viga fue cargada con un nivel de carga diferente para evaluar también los efectos de la misma durante la corrosión. Posteriormente, las vigas fueron descargadas y cargadas de nuevo hasta rotura. Por otro lado, los efectos locales de la corrosión de armaduras fueron también analizados mediante dos campañas experimentales adicionales. La primera incluye más de 192 especímenes de barras corroídas. Las barras fueron limpiadas y caracterizadas bajo cargas cíclicas o monotónicas. El segundo estudio abarca 48 elementos cúbicos de hormigón con barras de acero embebidas y sometidas a diferentes grados de corrosión. Además se han utilizado diferentes tipos de hormigón, como hormigón con áridos reciclados (HAR). Una vez alcanzados los niveles de corrosión deseados se ha determinado el efecto de la corrosión sobre la tensión de adherencia acero-hormigón. Finalmente, se mejoró un modelo para determinar las propiedades mecánicas del acero corroído, obteniendo las curvas s-e y de fatiga para un amplio rango de grados de corrosión. Además, mediante la aplicación de una novedosa técnica como el "3D scan" se obtubo con gran nivel de detalle la superficie de diferentes barras corroídas, mediante el análisis de los datos fue posible estudiar la forma de las picadura, su distribución y la definición de la sección crítica. La corrosión de las armaduras produjo un incremento notable en las deformaciones observadas en la estructura. Así mismo las tensiones en el acero se vieron afectadas, produciéndose importantes redistribuciones entres las zonas corroídas y no corroídas de la estructura. Gracias a la redundancia de las vigas se observó un incremento de capacidad de las mismas respecto a vigas isostáticas. Por otro lado, la carga última se vio reducida de manera importante. Las propiedades mecánicas del acero describieron una reducción no lineal respecto al grado de corrosión. Tanto el límite elástico como la tensión última describieron una buena correlación con el nivel de corrosión. Sin embargo, los valores obtenidos para la deformación última así como el módulo elástico presentaron mucha dispersión. La capacidad adherente de los HAR fue similar a la del hormigón convencional. No obstante, los HAR con corrosión, presentaron un mejor comportamiento en cuanto a adherencia máxima. El modelo mecánico presentado ajustó perfectamente la tensión de plastificación y la tensión última de barras corroídas.

The numerical simulation in the field of civil engineering, while widely used in structural design, has not benefited from the full potential offered by new technologies for the analysis and design of composite materials within the framework of the finite element, technologies that are already present in industries such as automotive, aerospace and shipbuilding. This thesis is based on the numerical simulation, and emerges as the need to combine and improve existing technologies in the field of finite element analysis for composite materials, to assess the overall structural behavior of reinforced concrete buildings with masonry in-fills, and consequently, to support the derivation of rational rules for analysis and design purposes. Prior to the beginning of this thesis, a huge concern was the large amount of computational resources needed for both solving systems of linear equations resulting from the use of the finite elements method, and for storing internal variables needed in the integration of constitutive models. Therefore, in this work, computational strategies used to enable the analysis of real life structures are also provided. The simplicity required to handle meshes with high amount of finite elements pushed us to develop a new layered finite element, that can reproduce the non-linear behavior of its constituent materials when there are out-of-plane stresses, this, without having to introduce additional degrees of freedom. The finite element proposed has been com- pared to finite element with different kinematics obtaining excellent results. The robustness and efficiency of the developed methodology for analysis of masonry and concrete buildings, is conditioned by the ability of using different patterns of steel reinforcement, which are typically presented in real life structures. That is why it has also been necessary to develop a computing program capable of reading both finite element meshes, and patterns of fibers represented with convex polygons, and as a result of areas intersections between polygons returns volumetric participation of fiber and matrix of constituents materials for each layer, in addition had to return the fiber orientation with respect to the local axis of the finite element. The numerical results obtained have been compared in some cases with experimental results available in the literature, in other cases, with numerical results obtained using Building Codes, in both cases, there have been good agreement between them. Finally, it has been possible to characterize a representative medium-rise building of Mexico City using the capacity spectrum method. This method is widely used nowadays for the assessment of building behavior, since using fragility curves can represent the ability of a building to resist an earthquake. / La simulación numérica en el campo de la ingeniera civil, aunque es ampliamente utilizada en el diseño estructural, no se ha beneficiado de todo el potencial que ofrecen las nuevas tecnologías para el análisis y diseño de materiales compuestos dentro del marco de los elementos finitos, tecnologías que ya están presenten en industrias como la automotriz, aeroespacial o la naval. Este trabajo de tesis esta basado en la simulación numérica, y surge como la necesidad de combinar y mejorar tecnologías existentes en el campo de los elementos finitos y de análisis de materiales compuestos, para conocer el comportamiento estructural global de los edificios de hormigón armado con rellenos de mampostería, y para apoyar en la derivación de reglas racionales con fines de diseño. Una preocupación previa al inicio de esta tesis doctoral, era la gran cantidad de recursos computacionales necesarios, tanto para la resolución de los sistemas de ecuaciones lineales resultantes con el uso del método de los elementos finitos, como para el almacenamiento de variables internas necesarias en la integración de modelos constitutivos. Por ello, dentro de este trabajo, también se proporcionan las estrategias computacionales usadas que permiten el análisis de estructuras de la vida real. La simplicidad requerida para el manejo de mallas con gran cantidad de elementos finitos lleva a desarrollar un elemento de l¿amina con diferentes capas, que pueda reproducir el comportamiento no lineal de sus materiales componentes cuando existen tensiones fuera del plano, sin que haya que introducir grados de libertad adicionales. El elemento finito propuesto ha sido comparado con elementos finitos de diferente cinemática obteniendo excelentes resultados. La robustez y eficiencia de la metodología desarrollada para el análisis de edificios de hormigón y mampostería, esta condicionada a la capacidad de utilizar los diferentes patrones de acero de refuerzo que típicamente se presentan en estructuras de la vida real. Es por ello que también ha sido necesario desarrollar un programa de computo capaz de leer tanto una malla de elementos finitos, como un patrón de fibras representado con polígonos convexos, y que mediante operaciones de intersecciones de ¿áreas entre polígonos, de como resultado la participación volumétrica de matriz y fibra de los materiales componentes por cada capa, además de la orientación de la fibra con respecto a los ejes locales del elemento finito. Los resultados numéricos obtenidos se han comparado con resultados experimentales presentes en la literatura, y con resultados numéricos obtenidos utilizando normas de construcción, en ambos casos, se han observado buenos ajustes entre ellos. Finalmente,ha sido posible caracterizar un edificio representativo ubicado en la Ciudad de México usando el método del espectro de capacidad. Dicho método es ampliamente utilizado hoy en día para el diseño y evaluación sismo-resistente de estructuras, ya que mediante el uso de curvas de fragilidad permite representar la susceptibilidad de una estructuraa ser dañada debido a un terremoto.

The use of the EAF steel slags as aggregate in the production of concrete has gained great interest with the increasing concern about the environment impact and the sustainability in the construction industry. The EAF steel slags are by-products from the steel production process with electric arc furnace. In many applications, they are an interesting alternative to preserve natural resources, decrease the energetic consumption, decrease emissions and the need for landfills. Traditionally, the use of this EAF steel slags in concrete has been limited to applications with low added value, with poor structural responsibility and with reduced content due to reservations regarding its technical viability and durability. The EAF steel slags are characterized by a high density (around 3550 kg/m³) in comparison with conventional natural aggregate, a high resistance to fragmentation and to abrasion. These reasons make the EAF steel slag a potentially interesting material to produce heavyweight concrete or concrete submitted to highly abrasive processes. The main objective of this Thesis is to evaluate the technical viability of structural concrete with EAF steel slags in substitution to 100% of the conventional coarse aggregate and 80% of the conventional fine aggregate. Such analysis takes into account the requirements of two applications in which the EAF steel slags contributes to an improved performance (structural walls with radiological protection and the road bearing layer of pavements). In order to achieve these objectives, the research is divided in three parts that cover the different stages in the concrete life cycle: production, performance in service and durability. In the first part, the physical, chemical and mineralogical characteristics of the EAF steel slags are analyzed in comparison with those from the reference aggregates (limestone and barite). A study of the influence of the mixing process in the grading curve and the surface characteristics of the aggregates is conducted. In the second part, the ideal mix to obtain a structural heavyweight concrete with EAF steel slag is determined. Likewise, the mechanical properties, the radiological shielding capacity, the slip/skid and abrasion resistance are studied and compared with equivalent concrete mixes with reference aggregates. Finally, the durability of the concretes is evaluated for the possible degradation processes that might occur in the applications considered. The results show that the mechanical properties of concrete with EAF are similar or higher than the measured for conventional concrete and, in all cases, are significantly higher than the obtained for concretes with barite. Although the radiological attenuation coefficients of the concretes with EAF slags are lower than that of concrete with barite, the differences in terms of the equivalent wall thickness are small. Moreover, concrete with EAF steel slags have similar slip/skid resistance and higher resistance to abrasion than conventional concrete. These results support the use of EAF steel slags as aggregate to produce heavyweight concrete with structural responsibility with radiological protection capacity. Collaterally to the main focus of the present study, it was found that the mixing process modifies the grading curve of the barite at a higher extent than in the case of the other aggregates. This is attributed to the highly crystalline structure and high friability of barite, which generates a weak interfacial transition zone with the cement paste and affects adversely the mechanical properties and the durability of concrete. The observations of the behavior of barite aggregate during the mixing process provide important guidelines for its use in the concrete. / Con la creciente preocupación por el impacto ambiental y la búsqueda de la sostenibilidad en el sector de la construcción, el uso de los áridos siderúrgicos EAF para la fabricación de los hormigones ha cobrado gran interés. Estos áridos son subproductos resultantes de la fabricación de acero mediante horno de arco eléctrico y suponen una alternativa interesante para conservar los recursos naturales, reducir el consumo energético, disminuir emisiones y la demanda de vertederos. Tradicionalmente, el uso de estos áridos en hormigones se ha limitado a aplicaciones de bajo valor añadido, con poca responsabilidad estructural y con un contenido reducido a causa de las reticencias en cuanto a la viabilidad técnica y la durabilidad. Los áridos siderúrgicos se caracterizan por una alta densidad entorno a los 3.550 kg/m3, así como alta resistencia a la fragmentación y un excelente coeficiente de pulimiento acelerado con resistencia al desgaste y abrasión. Todo ello, hace del árido siderúrgico un material potencialmente interesante para la fabricación de hormigones pesados o sometidos a procesos de abrasión. Teniendo esto en cuenta, el objetivo principal de esta Tesis es evaluar la viabilidad técnica de los áridos siderúrgicos para la fabricación de hormigones con una sustitución del 100% del árido grueso y 80% del árido fino convencional. Este estudio se realiza considerando los requerimientos de aplicaciones en las que los áridos siderúrgicos pude representar un alto valor añadido, como pueden ser paredes estructurales para la protección radiológica y capa de rodadura de pavimentos bicapa. Para dar respuesta a los objetivos propuestos, el presente trabajo se divide en tres capítulos que evalúan las etapas del ciclo de vida de un hormigón: producción, puesta en servicio y durabilidad. En primer lugar, se analizan las características físicas, químicas y mineralógicas de los áridos utilizados (siderúrgico, calizo, barítico) y se evalúa el comportamiento de cada árido durante el proceso de amasado. En segundo lugar, se determinan las dosificaciones idóneas de árido siderúrgico para la fabricación de hormigones pesados con responsabilidad estructural. Así mismo, se estudian y comparan las propiedades mecánicas, la capacidad de blindaje radiológico, la resistencia al deslizamiento y desgaste de tres tipos de hormigones (siderúrgico, convencional y barítico). Por último, se realiza el estudio de la durabilidad de los hormigones, ante los posibles procesos de degradación para las aplicaciones planteadas. Los resultados de los ensayos muestran que las propiedades mecánicas de los hormigones siderúrgicos son similares o superiores a las medidas para los hormigones convencionales y, en todos los casos, son significativamente mayores en comparación con los hormigones baríticos. Aunque los coeficientes de atenuación de los hormigones siderúrgicos son más bajos que los del hormigón barítico, las diferencias en términos de espesor de pared equivalente son relativamente pequeñas. De igual modo, se constató que los hormigones siderúrgicos presentan resistencias al deslizamiento similares y resistencias a la abrasión mayores que las de los hormigones convencionales. Estos resultados apoyan el uso de los áridos siderúrgicos para fabricar hormigones pesados con responsabilidad estructural y con capacidad de protección radiológica, así como para capas de rodadura. Por otro lado y de manera colateral al foco principal del presente estudio, se constató que el proceso de amasado modifica la curva granulométrica del árido barítico en una medida mayor que en el caso de los otros áridos, ello se atribuye a su estructura cristalina y elevada friabilidad. Ello da lugar a una zona interfacial de transición débil y repercute negativamente en las propiedades mecánicas y en la durabilidad del hormigón. Las observaciones respecto al árido barítico durante el proceso de amasado proporcionan pautas importantes para el diseño, la producción y el uso de éste en el hormigón

In this study it was assessed the seismic behavior of framed buildings with composite structure of steel and reinforced concrete (RC) in a specific configuration formed with lower levels with RC (primary structure) and higher levels with steel (secondary structure) as structural materials for components. This typology results from post-construction and post-project modifications; It was analyzed the seismic vulnerability and structural behavior in typical models of buildings for residential or commercial use currently being built or already built in the metropolitan area Barquisimeto-Cabudare in Venezuela. Models or existing buildings are divided into three groups: low-rise, medium height and tall buildings. Levels with steel elements correspond to the higher or two higher levels of the buildings. Static and dynamic nonlinear analyses were conducted to determine the parameters of capacity, fragility and damage of structural systems. These analyses were based on criteria for projects such as RISK UE, FEMA 750 and ATC 40, along with methodologies such as Spectrum-Capacity, N2, Adaptive Pushover and the Capacity Parametric Model. The difference in performance was remarkable in some models depending on rigidities and the heights of models; Inter story displacements evidenced that in some structural systems, some levels experienced its maximum displacement in the elastic response range, whereas at other levels there is a high concentration of inelasticity. Fragility curves and damage indices were determined using two different methodologies in order to assert the behavior in terms of reliability and it was evidenced that in some structural systems there is a great probability of zero damage while in others predominate a high probability of reach moderate, severe or collapse damage states. In Time-History and Incremental Dynamic analysis, were used 5 real and 5 synthetic accelerograms; All of them were normalized and each one, with their corresponding mean, maximum and minimum deviations, resulted in 20 seismic signals that were used for purposes of structural reliability. All accelerograms were compatible with the elastic spectrum corresponding to the emplacement site design of the building stiff soil. Numerical results show that with these accelerograms most of the models suffer significant lateral deformations, often reaching beyond acceptable limits states from the Venezuelan normative. It was performed a experimental test of a two level frame with Steel elements in the higher level and Reinforced Concrete elements in the lower level. Another experimental test was performed on a full-scale mixed Steel-Reinforced Concrete joint. Both tests were subjected to cyclic lateral loads in order to determine its characteristics, behavior and capacity to histeretics actions in terms of stiffness degradation and damage evolution. Concerning to capacity and damage indexes, it was showed the influence of horizontal relative displacements of each level and the stiffness degradation as key parameters in determining the damage to a building. All this was revalidated with a probabilistic approach to the Damage Index. Experimental results showed very similar values in absolute and relative terms to those obtained in the numerical models. In these numerical and experimental process was used the Capacity Parametric Model (CPM) and the fragility and damage models associated with this methodology. Finally to achieve structural continuity at the structural joint of steel columns with reinforced concrete elements, it was evidenced that it can be used the AISC and ASCE design criteria for base-plates for steel columns. Otherwise, the composite joints should be considered semi-rigid connections. / En este estudio se evaluó el comportamiento sísmico de edificios porticados con estructuras compuestas de acero y hormigón armado con configuraciones estructurales formadas con niveles inferiores de hormigón armado (estructura primaria) y niveles superiores de acero (estructura secundaria). Este tipo de configuración resulta de modificaciones post-proyecto o post-construcción. Se analizó la vulnerabilidad sísmica y el comportamiento estructural de modelos típicos de edificios de uso residencial o comercial que actualmente se construyen o se han construido en la zona metropolitana Barquisimeto-Cabudare en Venezuela. Los modelos o edificaciones existentes se dividen en tres grupos: de baja altura, altura media y edificios altos según la definición de algunos de los códigos utilizados. Los niveles con estructuras de acero corresponden al último o dos últimos niveles de la edificación. Se realizaron análisis de naturaleza no lineal estáticos y dinámicos para determinar los parámetros de capacidad, fragilidad y daño de los sistemas estructurales según los criterios de proyectos como el RISK UE, FEMA 750 y ATC 40 junto con metodologías como Espectro-Capacidad, N2, Adaptive Pushover y el Modelo Paramétrico de Capacidad. En algunos modelos fue notable la diferencia de desempeño en función de las rigideces y las alturas de los modelos; en los desplazamientos relativos de entrepiso se evidencia que en algunos pórticos ciertos niveles experimentan su máximo desplazamiento en el rango elástico de respuesta, mientras que en otros niveles existe una alta concentración de inelasticidad. Las curvas de fragilidad y los índices de daño fueron determinados con dos metodologías distintas a fin de revisar el comportamiento en términos de confiabilidad y se evidencia que en algunos sistemas estructurales existe una gran probabilidad de daño nulo mientras que en otros existen altas probabilidades de daño que incursionan en los estados límites moderado, severo y colapso. En los análisis historia-temporal (Time-History) y Dinámico Incremental (IDA) se revisaron 5 acelerogramas híbridos y se generaron 5 artificiales o sintéticos; Todos fueron normalizados y cada uno de ellos, junto a sus correspondientes medias y desviaciones máximas y mínimas, fueron utilizados para efectos de la confiabilidad estructural lo que resultó en 20 señales espectrales estudiadas. Todas estas señales son compatibles con el espectro elástico normativo de la zona en estudio. Los resultados numéricos muestran que con los acelerogramas utilizados la mayoría de los modelos estudiados sufren deformaciones laterales y degradaciones de rigidez significativas, incursionando frecuentemente más allá de estados límites aceptables desde el punto de vista normativo. Se realizaron ensayos experimentales en un pórtico mixto de dos niveles de hormigón armado (nivel inferior) y acero (nivel superior) y una junta mixta acero-hormigón armado a escala real. Ambos ensayos fueron sometidos a cargas laterales cíclicas a fin de determinar sus características, comportamiento y capacidad ante acciones histeréticas en términos de degradación de rigidez y evolución de daño. En la capacidad e índice de daños en los modelos matemáticos, se evidenció la influencia de los desplazamientos relativos de cada nivel y la degradación de rigidez como parámetros fundamentales en la determinación del daño. Todo esto fue convalidado con un enfoque probabilista del daño. Los resultados experimentales arrojaron valores muy similares a los obtenidos en los modelos numéricos utilizándose en este proceso el Modelo Paramétrico de Capacidad y los modelos de fragilidad y daño asociados a este método. Finalmente, para lograr continuidad estructural en la unión mixta de columnas de acero con elementos de hormigón armado, se concluye que es posible utilizar los criterios establecidos en AISC y ASCE para el diseño de placas base en columnas de acero. De otro modo, las juntas tendrían que ser consideradas semi-rígidas.

The global tendency to apply sustainability criteria in most of productive fields, as well as, the limited durability and the pathologies that suffer the reinforced concrete elements, are aspects that directly affect the increasing necessity of strengthening this type of structures. Reinforced concrete beams are frequently subjected to bending and shear efforts. The evolution of strengthening techniques, that permit to increase the load bearing capacity in front this type of efforts, has consisted in the development of new technologies that maximise the velocity and ease the execution of the solution, minimising the time structures are out of service. In this way, the introduction of composite materials in construction has revolutionised the structural strengthening field. The textile-reinforced mortar (TRM) is a composite material that combines textiles, made of high strength tensile fibres, with cementitious matrix. The main characteristic of this material is that, unlike the techniques as fibre-reinforced polymer (FRP), it does not require the use of organic resins for its fabrication and application on structures. The present thesis has consisted in the analysis of the mechanical and structural behaviour of reinforced concrete beams strengthened against flexural and shear efforts using different types of TRM. To fulfil this aim, two main experimental campaigns have been carried out. In the first one, eleven full-scale beams, ten of them previously flexural strengthened with five different types of TRM, have been tested. In the second experimental campaign, nine reinforced concrete beams, eight of them shear strengthened with four different combinations of textiles and mortars, have been subjected to experimental tests. Before these main experimental campaigns, the mechanical behaviour of all materials used in the research has been characterised (that is concrete, steel, mortars, textiles and TRM). Moreover, an experimental approach, based on the flexural strengthening and testing of twelve precast beams, has been done. This campaign has allowed familiarising with the application of the reinforcement and obtaining results, from which, most appropriate combinations of textiles and mortars to use in main experimental campaigns have been chosen. Using the experimental data, two analytical studies, focused on the design of reinforced concrete beams flexural and shear strengthened with TRM, respectively, have been carried out. In both studies, initially, it has evaluated the prediction capacity of three analytical models included in design standards of FRP and TRM. For two of them, the formulation of the codes proposed by fib-Bulletin 14 and ACI 440.2R-08 has been adapted to the particular case of cementitious matrix reinforcements. The formulation according to ACI 549.4R-13 has been directly applied in the third. In the second part of the studies analytical models based on the reduction of mechanical capacities of the fibers have been carried out. These employed the experimental results obtained in the present research and the gathered from similar investigations. The results show that, in the case of TRM applied as a flexural reinforcement, the strengthening system is able to increase of 27.4% the beams capacity before the flexural yielding and 8.2% the ultimate bending capacity. This increase reaches 33.7% in the case of the shear strengthened reinforced concrete beams. On the other hand, the results of analytical studies indicate that models adapted from FRP standards present a better prediction capacity than the obtained with the code specifically developed for TRM reinforcements, which has performed significantly conservative. Finally, the proposed analytical models, based on the adjustment of the textile fibers properties, show a new conception for the design of TRM strengthening on reinforced concrete beams. / La tendencia global en aplicar criterios de sostenibilidad en la mayoría de ámbitos productivos, así como la limitada durabilidad y las patologías que sufren los elementos de hormigón armado, son aspectos que influyen directamente en la creciente necesidad de reforzar este tipo de estructuras. Las vigas de hormigón armado son elementos frecuentemente sometidos a esfuerzos de flexión y cortante. La evolución de las técnicas de refuerzo que permiten incrementar la capacidad resistente frente estas solicitaciones, ha consistido en el desarrollo de nuevas tecnologías que maximizan la velocidad/facilidad de ejecución de la solución y minimizan el tiempo que la estructura está fuera de servicio. En este sentido, la introducción de materiales compuestos en la construcción ha revolucionado el sector de los refuerzos estructurales. El textile-reinforced mortar (TRM) es un material compuesto que combina tejidos, hechos de fibras de resistencia a tracción elevada, y matrices de base cementítica. La principal característica de este material es que, a diferencia de técnicas como el fibre-reinforced polymer (FRP), no requiere de la utilización de resinas orgánicas para su fabricación y aplicación en las estructuras. La presente tesis ha consistido en el análisis del comportamiento mecánico y estructural de vigas de HA reforzadas a flexión y a cortante con diferentes tipos de TRM. Para lograr este objetivo, se han realizado dos campañas experimentales principales. En la primera de ellas, se han ensayado once vigas a escala real, diez de ellas reforzadas previamente a flexión con cinco tipos diferentes de TRM. En la segunda campaña, se han sometido a ensayo nueve vigas de HA, ocho de ellas reforzadas a cortante con cuatro combinaciones diferentes de tejidos y morteros. Antes de estas campañas principales, se ha caracterizado el comportamiento mecánico de todos los materiales utilizados, es decir, el hormigón, el acero, los morteros, los tejidos y el material compuesto TRM. Además, se ha realizado una campaña experimental de aproximación, basada en el refuerzo a flexión y ensayo de doce viguetas prefabricadas, que ha permitido la familiarización con la técnica de aplicación del refuerzo y la obtención de resultados, a partir de los cuales, se ha elegido las mejores combinaciones de tejidos y morteros a utilizar en las campañas experimentales principales. Utilizando los datos experimentales, se han realizado dos estudios analíticos enfocados al diseño de vigas de HA reforzadas a flexión y a cortante con TRM, respectivamente. En ambos estudios, inicialmente se ha evaluado la capacidad de predicción de tres modelos analíticos incluidos en normativas de FRP y TRM, adaptando la formulación de los códigos propuesta por fib-Bulletin 14 y ACI 440.2R-08 al caso particular de los refuerzos de matriz cementítica, y aplicando directamente la formulación propuesta por ACI 549.4R-13. En la segunda parte de los estudios, empleando los resultados experimentales obtenidos en el presente trabajo y los recopilados de investigaciones similares, se han desarrollado modelos analíticos basados en la reducción de las capacidades mecánicas de las fibras que componen los tejidos. Los resultados muestran que, en el caso del TRM aplicado como refuerzo a flexión, los especímenes logran incrementar en un 27,4% su capacidad previa a la plastificación, y en un 8,2% su capacidad última a flexión. Este incremento de prestaciones alcanza el 33,7% en el caso de las vigas de HA reforzadas a cortante. Por otro lado, los resultados del estudio analítico muestran que los modelos adaptados de las normativas de FRP presentan una mejor capacidad de predicción que el modelo desarrollado para el TRM, que se revela significativamente conservador. Por último, los modelos analíticos propuestos, basados en el ajuste de las propiedades de las fibras de los tejidos, muestran un nuevo enfoque para el diseño de refuerzos TRM en vigas de HA. / La tendència global a aplicar criteris de sostenibilitat en la majoria d’àmbits productius, així com la limitada durabilitat i les patologies que pateixen els elements de formigó armat, són aspectes que influeixen directament en la creixent necessitat de reforçar aquest tipus d’estructures. Les bigues de formigó armat són elements freqüentment sotmesos a esforços de flexió i tallant. L’evolució de les tècniques de reforç que permeten incrementar la capacitat resistent en front aquestes sol·licitacions, ha consistit en el desenvolupament de noves tecnologies que maximitzessin la velocitat/facilitat d’execució de la solució i minimitzessin el temps que l’estructura està fora de servei. En aquest sentit, la introducció de materials compostos en la construcció ha revolucionat el sector dels reforços estructurals. El textile-reinforced mortar (TRM) és un material compost que combina teixits, fets de fibres de resistència a tracció elevada, i matrius de base cementítica. La principal característica d’aquest material es que, a diferència de tècniques com el fibre-reinforced polymer (FRP), no requereix de la utilització de resines orgàniques per a la seva fabricació y aplicació a les estructures. La present tesi ha consistit en l’anàlisi del comportament mecànic i estructural de bigues de formigó armat reforçades a flexió i a tallant amb diferents tipus de TRM. Per a aconseguir aquest objectiu, s’han realitzat dues campanyes experimentals principals. En la primera d’elles, s’han assajat onze bigues a escala real, deu d’elles reforçades prèviament a flexió amb cinc tipus diferents de TRM. En la segona campanya, s’han sotmès a assajos nou bigues de formigó armat, vuit d’elles reforçades a tallant amb quatre combinacions diferents de teixits i morters. Abans d’aquestes campanyes principals, s’ha caracteritzat el comportament mecànic de tots els materials utilitzats, és a dir, el formigó, l’acer, els morters, els teixits i el material compost TRM. A més, s’ha realitzat una campanya experimental d’aproximació, basada en el reforç a flexió i assaig de dotze biguetes prefabricades, que ha permès la familiarització amb la tècnica de reforç i l’obtenció de resultats, a partir dels quals, s’han escollit les millors combinacions de teixits i morters a utilitzar en les campanyes experimentals principals. Utilitzant les dades experimentals, s’han realitzat dos estudis analítics enfocats al disseny de bigues de formigó armat reforçades a flexió i a tallant, respectivament. En ambdós estudis, inicialment s’ha avaluat la capacitat de predicció de tres models analítics inclosos en normatives de FRP i TRM, adaptant la formulació dels codis proposada per fib-Bulletin 14 i ACI 440.2R-08 al cas particular dels reforços de matriu cementítica, i aplicant directament la formulació proposada per ACI 549.4R-13. En la segona part dels estudis, emprant els resultats experimentals obtinguts en el present treball i els recopilats d’investigacions similars, s’han desenvolupat models analítics basats en la reducció de les capacitats mecàniques de les fibres que composen els teixits. Els resultats mostren que, en el cas del TRM aplicat com a reforç a flexió, els espècimens aconsegueixen incrementar en un 27,4% la seva capacitat prèvia a la plastificació, y en un 8,2% la seva capacitat última a flexió. Aquest increment de prestacions arriba fins el 33,7% en el cas de les bigues de formigó armat reforçades a tallant. Per altra banda, els resultats de l’estudi analític mostren que els models adaptats de les normatives de FRP presenten una millor capacitat de predicció que el model desenvolupat per al TRM, que es revela significativament conservador. Per últim, els models analítics proposats, basats en l’ajust de les propietats de les fibres dels teixits, mostren un nou enfoc per al disseny de reforços TRM en bigues de formigó armat

Concrete technology has changed greatly in the past decades. Steel fibre reinforced concrete (SFRC) is an example of the development in this field. It is obtained by adding fibres that act as a reinforcement of the cement matrix, improving the tenacity, cracking control and durability of the concrete members. In certain applications, SFRC has become an alternative material to concrete reinforced with conventional steel rebar. Despite of numerous advantages of SFRC, problems and uncertainties still exist regarding the design, the characterization and the performance of this material. Furthermore, the structural design and the properties of SFRC in real-scale elements as well as the fibre distribution are not properly clarified. All these issues need to be addressed in order to promote the safe and efficient use of the material. The objective of this doctoral thesis is to develop a systematic and innovative approach for the design optimization and characterisation of FRC precast segment. In total, 4 subjects are covered: a critical study related to the design of FRC precast segment considering the ductility requirements of the Model Code 2010; the experimental and analytical study of concrete blocks subjected to concentrated loads; the design procedure and experimental research on FRC precast segment for shafts and the anisotropy of the FRC precast segment. The first subject presents an analysis of the technical requirements demanded by the Model Code 2010 when steel fibres are the only reinforcement for concrete elements. According to this revision, an alternative approach according to the Model Code 2010 which is more compatible with the requirements of the application in tunnels is proposed. This approach may lead to the reduction of the fibre content required to guarantee a minimum ductility of the element. In order to evaluate the repercussion of the ductility criteria in terms of fibre consumption, a case study of Metro L9 of Barcelona is presented. The second subject contributes to the understanding about the behaviour of concrete blocks subjected to concentrated load. An experimental programme is performed to evaluate the influence of the height-to-length ratios in the mechanical response of the blocks. Based on the observations derived, a strut-and-tie model is adopted to assess the value of the loads Fcr and Fmax for short blocks and long blocks. A case study of Metro Line 9 in Barcelona is conducted, and the results of the study indicates that with an appropriate safety factors for the SLS and the ULS, no traditional reinforcement is required to resist the tensile stresses due to the concentrated loads applied by the jacks of the tunnel boring machine. The third subject is to verify that it is viable to replace the traditional reinforcement with steel fibres in the segmental lining ring of shaft constructed with vertical shaft machine. An analytical formulation based on MC 2010 is proposed to evaluate the minimum requirements the FRC must fulfil to carry out this replacement. Likewise, an experimental campaign was performed to characterize the mechanical behaviour of both conventional and self-compacting concrete reinforced with fibre content (Cf) between 30 and 60 kg/m3. Posteriorly, another full-scale experimental campaign of bending test on segments is performed to verify the ductile behaviour of two types of segments under failure scenario. These results are used to validate the proposed formula. The last subject focuses on the study of the anisotropy in terms of fibre distribution and local mechanical response of segments with conventional and self-compacting SFRC. For that, a large number of cores extracted from real-scale segments are tested for the fibre distribution with the inductive method and, then, for the mechanical response with the Barcelona test. A conceptual model for the fibre orientation is proposed based on the average values obtained from the tests. / La tecnología del hormigón ha avanzado notablemente en las últimas décadas. En este sentido, el hormigón reforzado con fibras (HRF) es un ejemplo del desarrollo en este campo. Este se obtiene mediante la adición de fibras que actúan como un refuerzo de la matriz de cemento, mejorando la tenacidad y el control de la figuración y, por ende, la durabilidad. En ciertas aplicaciones, HRF se ha convertido en un material alternativo para hormigón armado convencional. A pesar de las numerosas ventajas asociadas al uso del HRF, todavía existen incertidumbres en cuanto al diseño, la caracterización y el desempeño mecánico de este material. En particular, es necesario desarrollar adecuadamente el concepto y requerimiento de ductilidad de las estructuras de HRF así como integrar de forma fidedigna aspectos de orientación y de distribución de fibras en el diseño. Todas estas cuestiones deben abordarse con el fin de promover el uso seguro y eficiente del material. El objetivo de esta tesis doctoral es el desarrollo de un enfoque sistemático e innovador para el diseño y caracterización de dovelas de HRF para la ejecución de revestimiento de túneles. En total, esta tesis se cubren 4 aspectos: un estudio crítico en relación con el diseño del dovelas de HRF teniendo en cuenta los requisitos de ductilidad del Código Modelo 2010; un estudio experimental y analítico de bloques de hormigón sometidas a cargas concentradas; el pre ¿ diseño de dovelas para la ejecución de pozos verticales y el análisis de anisotropía en la distribución y orientación de fibras.En el primer tema se aborda un análisis de los requisitos técnicos exigidos por el Código Modelo de 2010 en estructuras de HRF en las que las fibras son los únicos elementos de refuerzo del hormigón. De acuerdo con esta revisión, se propone un enfoque alternativo y compatible con el MC 2010 más alineado con lo requerimiento estructurales y necesidades resistentes de las dovelas de HRF. Este enfoque conduce a la optimización del contenido de fibra necesaria para garantizar la ductilidad adecuada para estos elementos estructurales. Con el fin de evaluar la repercusión de los criterios de ductilidad en términos de consumo de fibra, se presenta un estudio de caso de Metro L9 de Barcelona.El segundo campo de investigación tratado contribuye al conocimiento en relación al comportamiento de elementos de hormigón sometidos a cargas concentradas. En este sentido, se ha llevado a cabo una campaña experimental para evaluar la influencia del ratio altura ¿ ancho en el mecanismo de rotura de los bloques ensayados. En base a las observaciones, se ha planteado un modelo de bielas y tirantes para evaluar las cargas de figuración y de rotura de los bloques. La formulación propuesta se ha empleado para evaluar dichas cargas en el caso de empuje de los gatos de las dovelas diseñadas para los túneles de la Línea 9 del Metro de Barcelona. Los resultados ponen de manifiesto que, empleando los coeficientes de seguridad adecuados, no se requiere armadura pasiva adicional para resistir los esfuerzos de tracción que se generan en la fase de empuje de los gatos, en el caso particular estudiado. Por último, en la cuarta línea de investigación se estudia en profundidad a nivel experimental la anisotropía de la distribución, cuantía y orientación de las fibras en dovelas de hormigón convencional y de hormigón autocompactante reforzadas con fibras. Para ello, se extrajeron un número elevado y representativo de testigos de las dovelas a escala real fabricadas. Se emplearon métodos no destructivos tipo inductivo para evaluar la cuantía y orientación de las fibras. Asimismo, se empleó el ensayo Barcelona (ensayo destructivo) para evaluar también ambas variables así como la resistencia a tracción residual de los hormigones. En base a los resultados se propone un modelo conceptual para estimar la orientación de las fibras en estos elementos estructurales.