Municipal services, particularly waste collection and street cleaning have unique characteristics that make particularly difficult their management and often make that the scientific community and municipal officials have difficulties in developing new research or design, contract and monitor these services. It has been observed that there is a lack of consolidated information, especially contrasted information, with respect to almost all aspects of this area and that the existing no longer reflects the reality of this dynamic sector. So, a "body of knowledge" has been developed, that allows to establish guidelines to approach any scientific or applied study in the different aspects of this field and set a framework of what is "reasonable" , given prior characteristics of the territory to study and apply scientific criteria in decision making. First is a presented a recompilation of the legislation applicable to the sector of waste collection and street cleaning and analyze their impact and major stakeholders. Then there is a study of waste collection, which describes in first place the material available to perform this service. Secondly describes the methods for collecting, describing its operations and evaluating the pros and cons of each. Then there is the proposed methodology to analyze the alternatives and to choose the most appropriate method depending on the characteristics of the territory. Once selected collection method proceeds to service dimensioning and has been developed a method of quantifying resources in order to allow to know the needs of human and material needs to provide the service with maximum efficiency. Finally, this method is validated with real cases to verify its suitability. The next point is street cleaning, which describes in first place the material available to perform this service. Secondly describes cleaning methods describing the operation and possible applications. And then to begin the design and dimensioning of the service, describes the performances taken into account in the study for each cleaning methods. In order to select the appropriate cleaning method in each case, identify the factors that influence and what assumptions were taken into account to simplify the model. Once selected the methods proceeds to service dimensioning and has been developed a method of quantifying resources in order to allow to know the needs of human and material needs to provide the service with maximum efficiency. Finally, this method is validated with real cases to verify its suitability. Then there is the economic assessment of these services, in which has been designed and developed a method for assessing the costs that make up a service of waste collection and street cleaning in an orderly and systematic way in order to allow the economic valuation and ensure to get a reference value adjusted to cost. In the chapter of control and monitoring are analyzed and developed mechanisms to ensure that the service is provided with a level of reasonable diligence by the operators and applying mechanisms for continuous improvement in operational and financial management. Finally a chapter has been dedicated to establish the specifications and technical conditions for contracting the services of waste collection and street cleaning, with focus at strategic points to ensure a good outcome, both in content and evaluation of offers and a model of specifications has been created that contains these strategic points. / Els serveis municipals, i en particular la recollida de residus i la neteja viària, tenen unes característiques pròpies que en dificulten particularment la seva gestió i que fan que moltes vegades la comunitat científica i els responsables municipals tinguin dificultats a l'hora d'abordar noves línies d’investigació o de dissenyar, contractar i controlar aquests tipus de serveis. S'ha observat que hi ha una manca d'informació consolidada i, sobretot, contrastada, respecte a gairebé tots els aspectes d'aquest àmbit i que la poca existent ja no reflexa la realitat tant dinàmica d’aquest sector. Així doncs, s'ha creat un corpus de coneixement que permet establir unes línies directrius en el moment d'abordar qualsevol treball científic o aplicat en els diferents aspectes d'aquest àmbit i fixa un marc de referència del que es raonable, donades unes característiques prèvies del territori que es vulgui estudiar, i aplicar criteris científics en la presa de decisions. En primer lloc es fa una Recopilació legislativa aplicable al sector de la recollida de residus i neteja viària i s'analitzen les seves principals repercussions i agents implicats. A continuació s'estudia la Recollida de residus, on es descriu en primer lloc els mitjans materials existents per portar a terme aquest servei. En segon lloc es descriuen els mètodes de recollida, descrivint la seva operativa i valorant els pros i contres de cada un d'ells. Seguidament es planteja la metodologia que es proposa per tal d'analitzar les alternatives existents i poder escollir el mètode més adient segons les característiques del territori. Un cop seleccionat el mètode de recollida es procedeix al dimensionat del servei i es desenvolupa un mètode de disseny i quantificació de mitjans amb l'objectiu de permetre conèixer les necessitats de recursos humans i materials per prestar el servei amb la màxima eficiència. Finalment es valida aquest mètode amb casos reals per tal de verificar la seva idoneïtat. El següent punt tracta la Neteja Viària, on es descriu en primer lloc els mitjans materials existents per portar a terme aquest servei. En segon lloc es descriuen els mètodes neteja viària descrivint la seva operativa i possibles aplicacions. Seguidament i per començar el disseny i dimensionat del servei, es descriuen els rendiments que s’han tingut en compte en l’estudi per cadascun dels mètodes de neteja viària. Per tal de seleccionar la metodologia de neteja viària adient en cada cas, s'identifiquen els factors que les condicionen i quines premisses s'han tingut en compte en la simplificació del model. Un cop seleccionat el mètode de neteja es procedeix al dimensionat del servei i es desenvolupa un mètode de disseny i quantificació de mitjans amb l'objectiu de permetre conèixer les necessitats de recursos humans i materials per prestar el servei amb la màxima eficiència. Finalment es valida aquest mètode amb casos reals per tal de verificar la seva idoneïtat. Seguidament es planteja la Valoració econòmica d’aquests serveis, on s’ha dissenyat i desenvolupat un mètode de valoració dels costos que componen un servei de recollida de residus i neteja viària de manera ordenada i sistemàtica per tal de permetre'n la valoració econòmica i garantir que s’obté un valor de referència ajustat al cost. En el punt de Control i Seguiment s'analitzen i desenvolupen els mecanismes per tal de garantir que es presta el servei amb un nivell de diligència raonable per part dels operadors i que s'apliquen mecanismes de millora contínua en la seva gestió tant operativa com econòmica. Per últim es dedica un punt al Plec de Condicions Tècniques per la contractació dels serveis de recollida de residus i neteja viària, on s'analitzen els punts estratègics per garantir-ne un bon desenllaç, tant a nivell de contingut com de valoració de les ofertes i s'ha creat un model de Plec estandarditzat que conté aquests punts.

Apèndix 5 escrit en anglès / The stated goal of this work is to develop a numerical explicit finite element method able to effectively address the strain localization process, discrete fracture and fragmentation process in quasi-brittle materials, involving highly nonlinear processes, such as, contact, non-linear geometric and material behavior. The description of the quasi-brittle material is based in the concepts of classical fracture mechanics plasticity theory and more specifically in the plastic damage model and its fundamental variable, the plastic damage variable, using traditional Mohr-Coulomb and Rankine models. Three types of algorithms were needed to reach our goal. A search contact algorithm, a combined penalty and Lagrange multipliers algorithm and adaptive local refinement algorithm. The search algorithms is necessary to determine the pairs of potential contacts with a reasonable computational cost; the second for establishing and compute the normal contact forces and the third one to allow not only a local refinement but also draw geometric modeling of discrete fracture. Moreover, given the inability of the irreducible linear elements formulation to capture collapse mechanisms, ultimate loads and strain localization processes, we opted to develop an explicit mixed finite element displacements and strain formulation in solid mechanics stabilized with variational sub-scales method, particularly using Orthogonal Sub-scales Method (OSS). This stabilized formulation avoids the LBB condition ( inf-sup condition) and allow to use elements with independent and equal interpolation order for displacements and strain fields. This formulation is one of the main original contribution of this work. Our methodology, called MEX-FEM, and developed to address problems in small and large deformations, not only it comes to enhance the traditional explicit time integration scheme, but also can get an improved stresses and strains field in a finite element mesh and also a better description of the strain localization virtually free of mesh-bias dependence without using tracking algorithms and accurate solutions in nearly incompressible problems.These numerical tools developed were integrated as a whole for our main goal: the discrete modeling fracture and fragmentation of quasi-brittle materials using finite element method. / El objetivo planteado en este trabajo es el desarrollo de una metodología numérica explícita de elementos finitos capaz de abordar de manera efectiva la simulación de procesos de localización, fractura discreta y fragmentación en materiales quasi-frágiles, envolviendo procesos altamente no lineales, como la no linealidad geométrica, la no linealidad del material y el contacto. La descripción del material quasi-frágil se basa en los conceptos de la mecánica de fractura clásica de la teoría de plasticidad y más específicamente en el modelo de daño plástico y su variable fundamental, la variable de daño plástico, empleando los modelos tradicionales de discontinuidad de Mohr-Coulomb y Rankine. Tres tipos de algoritmos fueron necesarias para trazar nuestro objetivo. Un algoritmo de búsqueda de contactos, un algoritmo combinado penalización y multiplicadores de Lagrange y un algoritmo de refinamiento local adaptable. La algoritmia de búsqueda es necesaria para determinar los pares de contactos potenciales con un coste computacional razonable; la segunda para establecer la condición de contacto y la tercera para permitir, no sólo un refinamiento local sino también trazar el modelado geométrico de la fractura discreta. Por otra parte, dada la incapacidad de los elementos lineales de la formulación irreducible para capturar mecanismos de colapso, cargas últimas y procesos de localización de deformaciones se optó por desarrollar la primera formulación mixta explícita de elementos finitos en desplazamientos y deformaciones dentro de la mecánica de sólidos estabilizada mediante el método de sub-escalas variacionales, particularmente en las sub-escalas ortogonales. Esta formulación estabilizada elude la condición LBB y permite obtener elementos con independiente e de igual orden de interpolación en el campo de los desplazamientos y deformaciones. Esta formulación constituye la principal aportación original de este trabajo. Nuestra metodología, bautizada como MEX-FEM, y desarrollada para abordar problemas en pequeñas y grandes deformaciones,no solamente viene a mejorar el esquema explicito tradicional de integración temporal de la ecuación de movimiento, sino que obtiene un mejor campo de tensiones y deformaciones en una malla de elementos finitos, una mejor descripción de los procesos de localización de deformaciones virtualmente libre de la dependencia de la malla y sin necesidad de emplear algoritmos de rastreo y una mejor solución a problemas cercanamente incompresibles. Todas estas herramientas numéricas desarrolladas fueron integradas en su conjunto para realizar nuestra principal meta: el modelado discreto la fractura y fragmentación de los materiales quasi-frágiles empleando el método de los elementos finitos.

La tesis se enmarca en la caracterización, a nivel material, de la fractura del hormigón reforzado con fibras de acero (SFRC) bajo solicitaciones de tracción y cortante, y sobre la determinación de parámetros que representan la tenacidad del material sometido a esos dos modos de carga. Asimismo, se han realizado ensayos hasta rotura por cortante de elementos estructurales a escala real, los cuales se han analizado utilizando formulaciones existentes en distintos códigos de diseño.El comportamiento a tracción uniaxial del hormigón reforzado con fibras de acero se caracteriza utilizando cilindros entallados, elaborados con hormigones de resistencia normal y alta, con y sin fibras de acero. La metodología se extiende también para testigos extraídos de elementos de mayor tamaño. Los resultados se utilizan para definir parámetros de tenacidad y resistencia equivalentes de post-pico utilizables para representar el comportamiento del material y para un posible diseño estructural. Además, se desarrolla un estudio paramétrico experimental, que considera diferentes variables del ensayo y forma de probetas, para definir una configuración confiable del ensayo. Se analizan los modos de rotura observados y se evalúa la respuesta tensión-ancho de fisura. Asimismo, se propone una relación tensión-apertura de fisura característica para el diseño y análisis estructural. El comportamiento a tracción uniaxial se compara también con el de flexión y tracción por compresión diametral.La fractura por cortante se estudia a nivel material, en hormigones de resistencia normal y alta, con y sin fibras de acero, utilizando la configuración de cortante directo denominada push-off. Se analizan el modo de rotura y la respuesta tensión-desplazamiento. Además, se definen parámetros basados en la tenacidad y tensiones equivalentes de cortante para una posible utilización en el diseño estructural.Con el fin de obtener resultados que validen la utilización de las fibras de acero como refuerzo de cortante y al mismo tiempo estudiar la fractura por cortante a nivel estructural, se han realizado ensayos a escala real sobre vigas de sección rectangular y en T. Se analizan las respuestas carga-flecha y carga-ancho de fisura de vigas rectangulares de hormigón reforzado con fibras de acero variando su altura y de vigas T variando las dimensiones del ala. Los resultados obtenidos experimentalmente se utilizan para verificar la aplicabilidad de los métodos de diseño existentes en el caso del hormigón reforzado con fibras de acero. Además, se presenta una propuesta para el diseño a cortante basada en la respuesta tensión-desplazamiento relativo obtenida a partir del ensayo push-off de cortante directo. / The thesis deals with the characterization of the failure of steel fiber reinforced concrete (SFRC) in tension and shear, on the material level, and the determination of parameters that represent the toughness in these two modes of failure. Tests have been performed on large-scale beams failing under shear failure, which have been analyzed using existing design code formulas. The toughness parameters determined from the material are used in the design against such failure.The uniaxial tensile behavior of SFRC is characterized using notched cylinders of normal and high strength concretes, with and without steel fibers. The methodology is also extended to cores extracted from large elements. Results are used to define toughness parameters and equivalent post-peak strengths to be used for representing the material behavior and for possible structural design. Furthermore, a parametric study considering different test variables and specimen shape is carried out in order to define a reliable test configuration. The observed modes of failure are analyzed and the stress-crack width response is evaluated. Also, a characteristic stress-crack width response is proposed for structural analysis and design. The uniaxial tension behavior is also compared with that of flexural and splitting-tension.The shear failure is studied using the direct shear push-off test configuration, in normal and high strength concretes with and without steel fibers. The mode of failure and the stress-slip and stress-crack opening responses are analyzed. Toughness parameters and equivalent shear strengths based on the test results are defined for structural design.In order to provide results for validating the use of steel fibers as shear reinforcement and for studying shear failure at the structural level, full-scale tests on rectangular and T-beams were performed. The load-deflection and load-crack width responses are analyzed and compared with results of plain concrete beam tests. The experimentally-obtained results are used to evaluate the applicability of existing design methods for steel fiber reinforced concrete. Furthermore, a proposal for shear design based on the shear stress versus slip relationship from the push-off shear test is presented.

Este trabajo de investigación presenta un estudio sobre el comportamiento de los puentes de dovelas de hormigón con pretensado exterior y juntas secas conjugadas, centrándose en el estudio de la respuesta a solicitaciones de flexión y cortante combinados, en servicio y en rotura. Se evalúa, asimismo, la posibilidad de sustituir total o parcialmente la armadura convencional de las dovelas tras la inclusión de fibras metálicas en el hormigón.Para ello se realizaron ensayos sobre paneles, para evaluar la resistencia de las juntas conjugadas, y ensayos de vigas con distinto grado de pretensado sometidas a flexión y a cortante. Tanto de vigas como de paneles, se fabricaron dos series paralelas, una realizada con hormigón convencional y otra con hormigón reforzado con fibras de acero. Tanto los resultados obtenidos en estos ensayos, como los de los ensayos encontrados en la bibliografía, se han comparado con la variada formulación existente para evaluar la capacidad resistente de las juntas secas conjugadas propuesta por distintos investigadores y normativas.De entre todos los modelos de junta estudiados, todos ellos basados en el Método de los Elementos Finitos, finalmente se han puesto a punto dos modelos para estudiar la transmisión de cortante entre juntas conjugadas. Un modelo elaborado con elementos tipo junta a los que se les confiere un comportamiento de rozamiento coulombiano y que modeliza la junta (y sus llaves conjugadas) con su geometría. Otro modelo de junta plana que modeliza el comportamiento medio de la junta en la zona de llaves con elementos tipo junta dotados de un modelo de comportamiento de rozamiento cohesivo. Estos modelos de junta han sido calibrados y aplicados al estudio de los ensayos. El primer modelo de junta ha sido aplicado al estudio de los ensayos de paneles. Los dos modelos de junta han sido aplicados al estudio de los ensayos realizados sobre vigas, de los que se ha realizado un completo análisis no lineal en teoría de segundo orden, incluyendo el comportamiento no lineal de los materiales. El modelo de junta plana ha sido usado en el estudio de dos ejemplos de puentes, uno isostático y otro continuo.De todo lo anterior se han extraído conclusiones referentes al modelo de análisis, a la resistencia de las juntas, al armado de las dovelas y al comportamiento global de este tipo de estructuras. / This work presents a study of the behaviour of segmental concrete bridges with external prestressing, focussing on the response under combined flexure and shear, in the service and ultimate limit states. The possibility of replacing entirely or partially the conventional reinforcement of the segments through the incorporation of steel fibres in the concrete is also evaluated.Tests have been performed on panels to evaluate the resistance of castellated dry joints, and on large-scale beams with different levels of prestressing for evaluating the response under flexure and shear. The tests were conducted on conventional and steel fibre reinforced concretes. The results obtained in these tests, as well as those found in the literature, have been compared with several design formulas for evaluating the load-carrying capacity of dry castellated joints. The formulas that gave the best predictions have been identified and used further in the analysis of bridge girders. Two models have been used within the framework of the Finite Element Method for simulating the transmission of shear along joints between match-cast segments. In one of the approaches, the geometry of the joints (and the shear keys) is represented with interface elements with Coulomb frictional behaviour. In the other approach, the global behaviour of the key zone of the joint is represented by flat interface elements with cohesive frictional behaviour. These joint models have been calibrated using the results of the experiments. A complete analysis was performed taking into account the geometric nonlinearities and the non-linear behaviour of the materials. The flat joint model has been used in the study of two bridges, one simply supported highway bridge and another five-span highway bridge.The results of the experimental and numerical analyses have led to significant conclusions regarding the modelling of the keys, load-carrying capacity of the joints, reinforcement detailing in the segments and the global behaviour of segmental structures with dry castellated joints.

The use of recycled aggregates in concrete opens a whole new range of possibilities in the reuse of materials in the building industry. This could be an important breakthrough for our society in our endeavours towards sustainable development. The trend of the utilisation of recycled aggregates is the solution to the problem of an excess of waste material, not forgetting the parallel trend of improvement of final product quality. The utilisation of waste construction materials has to be related to the application of quality guarantee systems in order to achieve suitable product properties. Therefore the complete understanding of the characteristics of new material becomes so important in order to point out its real possibilities. The studies on the use of recycled aggregates have been going on for 50 years. In fact, none of the results showed that recycled aggregates are unsuitable for structural use. Only having inadequate number of studies in durability aspects, made recycled aggregates to be preferred just as stuffing material for road construction. My thesis, aimed to focus on the possibility of the structural use of recycled aggregate concrete based on a better understanding of its microstructure.To begin with the characteristics of the aggregates were established, to study their possible application in concrete production. After analysis, the dosage procedure was carried out in order to produce four concrete mixtures using different percentages of recycled coarse aggregates (0% (HC), 25% (HR25), 50% (HR50) and 100% (HR100)) with the same compression strength. Raw coarse aggregates (granite) and sand (crushed limestone) were used in the different concrete mixes.Macroscopic and microscopic examination were carried out in HC, HR25, HR50 and HR100 concretes in order to observe the durability effects. The macroscopic examination determined the aggregates distribution, composition, the contaminants and aureoles around adhered mortar. Microscopic examination was carried out by Optical light transmitted microscope Leica Leitz DM-RXP, using Fluorescence Thin Sections, in order to analyse the cement paste, the new and old interfacial transition zones, secondary reactions as well as damage. Original aggregates and cement paste, interfacial transition zones and alkali silica gel produced due to reactive aggregates present in adhered mortar were analysed by SEM and EDX-maps. Beside macro and micro observations, shear failure behaviour of recycled aggregate concretes was studied. Shear failure test was found more appropriate, as concrete properties had more influence in this type of failure behaviour compared to the flexural failure where the reinforcement plays the important role. Sixteen beam specimens were cast and the structural behaviour of these beams was analysed using four different transversal reinforcements for each kind of concrete. An analytical prediction of the experimental results are carried out using a numerical model (Modified Compression Field Theory), using the codes AASHTO LRFD, CSA, Eurocode-2 and expressions proposed in the Spanish code EHE-99.Organic and inorganic compounds were found to be released from waste materials through leaching and dispersed into the soil and surface water. The leaching of these compounds were measured employing different codes, the two Dutch codes (NEN 7341 and 7345) and the European Normative (EN 12457-2).Some recommendations are given as to the aggregates characteristics to be used in concrete mixes, taking into account the European standards for recycled aggregates. Also suggestions are made for the production process of concrete using recycled aggregate. Mechanical properties of recycled aggregate concrete are studied and they are compared with that of conventional concrete. Based on the durability of the concrete, some suggestions are proposed with respect to possible alkali silica reaction between new cement and original fine aggregates. It is also determined that the effect of the use of recycled aggregate on the beams' shear strength depend on the percentage of coarse aggregate substituted. The applicability of concrete recycled aggregate with respect to its environmental behaviour is demonstrated. In conclusion, some suggestions for future studies are made which would help us in the evolution of our understanding in this field.

Les escòries són el subproducte més abundant que s'obté en el procés d'incineració de residus sòlids urbans; constitueixen al voltant del 90 % en pes del producte sòlid resultant de la combustió. La producció anual a Catalunya és d'unes 150000 tones d'escòries, generades en set plantes incineradores localitzades a Tarragona, Mataró, Sant Adrià de Besòs, Montcada i Reixac, Malla, Girona i Vielha. El seu destí final és l'abocament, juntament amb la utilització puntual en petites obres menors d'àmbit local i de manera poc regulada. Pel seu caràcter a primera vista inert i l'aspecte granular es considera que les escòries es podrien utilitzar en l'àmbit de la construcció. En aquest estudi es pretén avaluar la viabilitat de la valorització de les escòries d'incineració de residus sòlids urbans produïdes a Catalunya en capes granulars de ferms de carreteres, com a substitut d'àrids naturals. La valoració de la idoneïtat de les escòries ha de tenir en compte l'adequació a les normatives tècniques que regeixen aquesta possible aplicació: l'Ordre de 15 de febrer de 1996, sobre valorització d'escòries del Departament de Medi Ambient i l'article 510 sobre tot-u del PG-3 (2004). Més enllà de les prescripcions, tanmateix, s'ha considerat necessària una caracterització de les escòries des de diverses perspectives per tenir un coneixement integral del material que permeti gestionar-lo correctament. Finalment l'estudi es completa amb un tram experimental de camp a Tagamanent, amb l'objectiu de contrastar els resultats obtinguts al laboratori i al camp.A les escòries hi coexisteixen tres paragènesis: els constituents preexistents (preincineració) com el vidre domèstic; els productes de fusió (sinincineració), característics de les escòries i equiparables a una roca ultrabàsica, i la paragènesi postincineració, constituïda per productes de neoformació que es formen a causa de l'elevada reactivitat del residu en sortir del forn i posen de manifest que la mineralogia de les escòries és dinàmica. Les proporcions entre les tipologies de materials són diferents i variables segons la mida de partícula considerada; aquesta particularitat és la clau de l'heterogeneïtat de les escòries.Les escòries tenen una granulometria contínua, poden assolir alts graus de compactació i capacitats portants molt notables, comparables a les que mostren àrids naturals, mentre que són lleugerament menys denses, més poroses i més fràgils que aquests. Cal destacar l'escassa sensibilitat a l'aigua i l'elevada estabilitat volumètrica.Si bé s'han determinat els continguts de més de 50 elements a les escòries, el principal component és el SiO2 (45 %). La resta d'elements majoritaris són Ca, Fe, Al, Na, C, Mg i K, comuns a materials naturals. Entre els minoritaris, alguns també són comuns en àrids naturals com S, Ti, Ba i Mn, però en canvi les escòries estan molt enriquides en Cu, Zn i Pb. Pel seu interès ambiental destaquen els baixos continguts en Ni, Co, As, Se, Mo, Cd i Hg.El comportament ambiental de les escòries s'ha avaluat mitjançant els tests de laboratori DIN 38414, CEN 12457, NEN 7341 i els sots experimentals del tram de camp de Tagamanent. Els tests CEN permeten fer previsions realistes i ajustades de la fracció lixiviable de les escòries en un marc temporal relativament limitat. Les lixiviacions més elevades són les d'elements que constitueixen sals solubles; les de la resta d'elements són més baixes. L'aplicació del Decret de materials de construcció holandès indica que Cu, Mo, Se, Sb, Cl- i SO42- són els constituents potencialment conflictius a les escòries, amb immissions que farien necessàries algunes mesures de protecció en la valorització. La resta d'elements no han de suposar cap problema ambiental.Addicionalment es proposen algunes recomanacions sobre mesures correctores que incideixen tant sobre la millora de la qualitat del material com en el possible escenari d'aplicació, i es fa un breu comentari sobre aspectes metodològics de l'estudi de les escòries.

El objetivo principal de esta investigación se centra en el estudio del comportamiento hidro-mecánico asociado con los cambios de succión y tensión neta de un suelo colapsable. Se ha definido cuidadosamente un programa de ensayos de laboratorio con una variedad de trayectorias tensionales y de succión que reproduzcan respuestas de interés para el avance del conocimiento de los suelos no saturados. Los resultados de los ensayos se han interpretado de acuerdo a un modelo de endurecimiento elastoplástico desarrollado previamente en el Departamento (Barcelona Basic Model).Para esta investigación se ha escogido una arcilla de baja plasticidad con una estructura preparada artificialmente y compactada estáticamente en condiciones isótropas (tensión controlada). Tras la compactación se ha medido la succión total de las muestras empleando la técnica psicrométrica. Con este procedimiento de fabricación se conoce la historia de tensión y succión de las muestras, y se establecen unas condiciones iniciales precisas. La estructura de las muestras se ha caracterizado mediante porosimetría de intrusión de mercurio, microscopía electrónica y una serie de ensayos mecánicos previos.Se ha desarrollado una nueva célula edométrica con control de la succión y se ha puesto a punto una célula triaxial existente, para la aplicación de tensiones desviadoras y poder realizar ensayos de rotura a compresión triaxial con succión y deformación controladas. Mediante ensayos edométricos e isótropos con control de la succión, se ha estudiado el comportamiento volumétrico (colapso, hinchamiento y retracción) de muestras normalmente consolidadas y sobreconsolidadas. Se ha analizado la influencia del estado inicial, así como los efectos de la tensión neta aplicada y los cambios de succión en el comportamiento volumétrico, la permeabilidad y las características de retención de agua. En estos ensayos se han observado pautas de comportamientos reversibles e irreversibles en relación con los cambios de volumen. Se ha constatado la existencia de deformaciones plásticas importantes y de cambios irreversibles en el contenido de agua, asociados a las trayectorias de hidratación y secado, así como en las trayectorias de carga y descarga.simismo, se ha estudiado el comportamiento hidro-mecánico durante la aplicación de una tensión desviadora a succión constante, analizando la respuesta tenso-deformacional, el acoplamiento hidráulico y determinando los parámetros de resistencia al corte en muestras normalmente consolidadas y sobreconsolidadas. El estudio experimental ha consistido de un programa de ensayos de compresión triaxial a deformación controlada bajo confinamiento y succión constantes. El estado sobreconsolidado se ha inducido previamente a la etapa de corte por un proceso hidráulico (humedecimiento-secado y secado-humedecimiento) y por un proceso mecánico (carga-descarga). La respuesta al corte de las muestras normalmente consolidadas se ha estudiado para el nivel máximo de tensión media neta alcanzado por la muestra y en trayectorias previas de colapso.Durante la etapa de corte las muestras presentaron inicialmente un comportamiento volumétrico contractante y posteriormente exhibieron dilatancia sin que se detectara evidencia de reblandecimiento del suelo. Asimismo, en todas las muestras, se observó inicialmente expulsión de agua hasta alcanzar un valor estable sin que se detectaran signos de entrada de agua durante la etapa final de dilatancia. A partir de los resultados de los ensayos se ha establecido la existencia de una línea de estado crítico en términos de tensión media neta, de tensión desviadora y de relación de vacíos, cuya posición depende del valor de la succión. Los resultados experimentales se han analizado utilizando el modelo de endurecimiento elastoplástico, que se basa en conceptos de estado crítico. Se han determinado los parámetros del suelo asociados con dicho modelo y se han simulado algunas trayectorias tensionales, que han servido para validar su capacidad para reproducir la respuesta de un suelo no saturado. / The main objective of this research work focuses on the study of the hydro-mechanical behaviour associated with changes in suction and net stress in a collapsible soil. A laboratory test program was carefully defined using different stress and suction paths, with the aim of enriching the existing body of knowledge regarding unsaturated soil behaviour. The results from the tests were interpreted by means of an elastoplastic hardening model previously developed in the Geotechnical Department (Barcelona Basic Model).A low plasticity clay, with an artificially prepared structure, statically compacted under isotropic conditions (controlled stress conditions), was chosen for this investigation. After compaction, the total suction of the samples was measured using transistor psychrometers. This preparation method allowed to know the stress and suction history of the samples and their precise initial conditions.The structure of the samples was characterised using mercury intrusion porosimetry, electronic microscopy and a series of previous mechanical tests.A new controlled-suction oedometer cell was developed and the existent triaxial cell was upgraded in order to carry out triaxial compression tests with controlled suction under constant strain rate.These controlled-suction isotropic and oedometer tests allowed the study of the volumetric response (collapse, swelling and shrinkage) of normally consolidated and overconsolidated samples. The influence of the initial state was analysed, as well as the effects of applied net stress and the changes of suction in the volumetric behaviour, the permeability and the water retention properties. These tests showed reversible and irreversible features regarding volume change behaviour. Significant plastic strains and irreversible changes in water content, associated with the wetting-drying paths and loading-unloading paths, were observed.Likewise, the hydro-mechanical response was studied during the application of a deviatoric stress at constant suction, thus analysing the stress-strain response and the hydraulic coupling, and determining the shear strength parameters in normally consolidated and overconsolidated samples.The research consisted in a program of strain-controlled triaxial compression tests under constant confinement and suction. The overconsolidated state was induced before the shearing phase by means of a hydraulic process (wetting-drying and drying-wetting paths) and a mechanical process (loading-unloading path). The response to shearing of normally consolidated samples was studied for the cases in which the sample achieved a maximum level of mean net stress, as well as after wetting paths with dominant collapsible strains.During the shearing phase, the samples initially presented compressive volumetric response, while afterwards they showed dilatancy without evidencing any strain softening. Furthermore, in all samples, there was an initial water outlet that attained a stable value after the compressive phase, although any water inlet was detected during the final dilative phase. Test results showed the existence of a critical state line in terms of net mean stress, deviatoric stress and void ratio, whose position depends on the value of suction.Experimental results were interpreted using the elastoplastic hardening model, which is based on critical state concepts. Soil parameters associated with this model were determined and some stress paths were simulated, which helped to validate the model capacity to reproduce the response of an unsaturated soil.

El objetivo de la tesis fue estudiar el comportamiento de una grava gruesa, de tamaño máximo de 40 mm, en condiciones triaxiales y de succión controlada. En base al análisis los resultados obtenidos y conceptos tomados, de ensayos triaxiales en arenas a altas presiones, se planteó un modelo constitutivo que reproduce los ensayos realizados. El estudio experimental se realizó con una nueva célula triaxial, diseñada y construida para alojar una probeta de 250 mm de diámetro y 500 mm de altura; en el equipo es posible controlar la succión, mediante la humedad relativa. La célula triaxial está instrumentada totalmente en el interior. Se diseñaron y construyeron además nuevos transductores como la célula de medición diametral y transductores de desplazamiento loca para grandes deformaciones. La prensa de carga permite realizar ensayos con tensión controlada y deformación controlada. Se realizaron ensayos con deformación controlada con distintas humedades relativas en los que se observó, que la resistencia al corte está controlada por la humedad relativa; se presenta mayor resistencia cuanto menor la humedad relativa. En las deformaciones volumétricas obtenidas se observó, que la dilatancia disminuye apreciablemente cuando el material tiene mayor contenido de humedad. Se dedujo de los resultados también, que existe una dependencia directa del incremento de rotura de partículas con el aumento del contenido de humedad. Por otro lado, se verificó la posibilidad de que el material alcanzase el estado crítico; se observó que en la mayoría de los ensayos se alcanzó esta condición y en los otros existe la tendencia. Se encontró además, que la posición de la línea de estados críticos esta controlada por la succión que posee el material.Para obtener la forma de la superficie de fluencia fueron diseñadas otras trayectorias, el material se ensayó en condiciones saturadas y no saturadas. Los resultados muestran que la forma de la superficie de fluencia, en compresión triaxial, es elíptica girada hacia la zona de tensiones desviadoras. En trayectorias adicionales se fijó la superficie de fluencia en la zona no saturada, para después interceptarla en la zona saturada. Se obtuvo una superficie de fluencia en a zona saturada contraída respecto a la fijada en la zona no saturada. Apoyándose del análisis de los resultados de los ensayos triaxiales, y de algunos conceptos derivados del comportamiento de arenas sometidas a altas presiones, se plantea un modelo elásto-plástico. El modelo tiene dos superficies de fluencia; una superficie describe el mecanismo se produce entre las partículas cuando se someten a una tensión de corte y la otra mecanismo de reacomodo por compresión volumétrica. El potencial plástico de la parte desviadora está definido por la teoría de Rowe (1962), que fue modificada por Wan y Guo (1998) con un parámetro de estado. El potencial plástico de la parte volumétrica el modelo se considera asociado. El modelo reproduce el comportamiento del suelo bajo trayectorias triaxiales e isótropas sometidos a cambios de succión, además, tiene en cuenta la rotura de partículas que se presenta en el material.Por último se implementó el modelo y con él se reprodujeron los ensayos con deformación controlada. El modelo en general reproduce adecuadamente las características más importantes del comportamiento del material. / The aim of the thesis was to study the behaviour of gravel, with a maximum size of 40 mm, under triaxial conditions and suction control. With the analysis of the obtained results and some ideas, taken from high stress triaxial test performed in sand, a constitutive elasto-plastic model was proposed. The experimental study was carried out with a new triaxial cell designed and built to test a specimen of 250 mm in diameter and 500 mm in height. With the equipment, it is possible to control the suction by means of relative humidity. All instruments were placed inside the cell. New transducers were designed and built additionally (i.e. the diametral cell transducer and LDT for large strains). The load frame used is capable of functioning with stress and strain control. Strain control triaxial tests were made with different relative humidity and the results showed that the shear strength is a function of the relative humidity; it was obtained higher strength and dilatancy with low relative humidity. The tests also showed direct dependency of particle breakage on relative humidity. It was analyzed if the granular material reached the critical state, most tests showed that the material reached the condition but in the cases that it did not reach it, the tendency existed. It was found that the critical state line position is a function of suction.Another triaxial test campaign was made in order to obtain the yield surface form; consisting of unsaturated and saturated tests. The results showed that the yield surface has an ellipse form turned towards the deviatory part. In other tests the yield surface was fixed in the unsaturated zone and intercepted in the saturated; the results showed that the saturated yield surface contracts with saturation.With the analysis of the triaxial test and some ideas taken from the triaxial test on sand under high stresses an elasto-plastic model was proposed. The model has two yield surfaces; the first one describes the shear mechanism and the other one, the volumetric one. The flow rule of the deviatory part is defined by the dilatancy Rowe theory (1962), which was modified by Wan and Guo (1998) with a state parameter. The plastic potential of the volumetric part is considered associated. The model reproduces the soils behaviour under triaxial and isotropic paths subjected to suction changes. More over, it takes into account the particle breakage present in the material. Finally the model was implemented and the tests made with strain control were reproduced. The model matches, in general, all the characteristic behaviour of the material.

La experiencia adquirida en las líneas de alta velocidad en explotación comercial ha puesto de relieve la importancia de la rigidez vertical de la vía y en particular la conveniencia de limitar su magnitud para minimizar los esfuerzos transmitidos a la estructura y su consecuente deterioro. Sin embargo, la dispersión de soluciones adoptadas para la superestructura de las líneas de nueva construcción en Europa pone de manifiesto que todavía no existe ningún criterio que establezca cual debe ser la magnitud de diseño de la rigidez vertical de una vía. La presente tesis analiza esta problemática para el caso de vías sobre balasto en el ámbito del diseño de nuevos trazados de alta velocidad. El importante papel de la rigidez vertical en el deterioro de la calidad geométrica de la vía, así como en las resistencias al avance de los vehículos, confirman el interés en lograr un valor de este parámetro que optimice los respectivos costes económicos asociados. En base a los conocimientos disponibles se desarrolla una metodología que permite evaluar dicho impacto económico y a su vez establecer un rango de valores de rigidez vertical óptima en función de la magnitud de los principales parámetros característicos de la línea en estudio (material circulante, condiciones de explotación, coste energético, etc.). Los resultados alcanzados indican que, para una vía de alta velocidad con un importante volumen de tráfico y bajo la perspectiva dual señalada, el valor de rigidez vertical óptimo se sitúa entre 70 kN/mm y 80 kN/mm. Por otra parte, se reflexiona sobre como lograr un diseño estructural de la vía que permita alcanzar el valor óptimo de rigidez vertical en función de las características de la infra-estructura de la línea en estudio. Se evidencia que para una vía típica de alta velocidad, la rigidez de la superestructura ferroviaria debe situarse entorno a 60 kN/mm. A su vez, se analiza la incidencia de las dispersiones de rigidez vertical de la vía a lo largo de un trazado, estableciendo un criterio de máxima variación de ese parámetro entre traviesas consecutivas, que permita prevenir un deterioro acelerado de la vía en zonas puntuales y garantizar la validez del modelo desarrollado. Se comprueba que las máximas variaciones admisibles oscilarían entre 20% y 50% según la rigidez vertical de referencia, criterio muy difícil de cumplir en vías excesivamente rígidas, pero que se cumple siempre si la superestructura ferroviaria corresponde al valor óptimo definido en este estudio. / The experience gained since the beginning of commercial operation on high-speed lines has confirmed the importance of the track vertical stiffness parameter and, specially, the need to limit its value to minimize the track stress level and avoid its excessive deterioration. However, the wide range of solutions adopted for the super-structure on the new European high-speed lines confirms that there is still no design criteria that defines clearly what should be the desired vertical stiffness of the track. The aim of this thesis is to approach this issue from the viewpoint of the design of new high speed ballasted tracks. The significance of the track vertical stiffness on the deterioration of its geometrical quality as well as on the energetic consumption of the rolling stock confirms the interest of reaching a value for this parameter that optimise the costs related to both factors. Therefore, this thesis develops a methodology that allows to define a range of this optimum value, based on the most relevant parameters of a given line (rolling stock characteristics, energy cost, running speed, etc.). It is shown that for a high-speed line with a significant traffic volume, the optimum track vertical stiffness threshold, from the mentioned dual perspective, would be situated 70 and 80 kN/mm. In another hand, the study focus on how to reach this optimum value depending on the infra-structure characteristics of the line. It is seen that for a typical high-speed line, the optimum stiffness of the super-structure is about 60 kN/mm. Additionally, an analysis of the influence of track stiffness dispersion along a route is carried out. Based on the results obtained, the establishment of a criteria that limits the maximum variation of this parameter between consecutive sleepers is proposed, as to avoid an accelerated track deterioration on some punctual locations and to guarantee the validity of the developed model. It is shown that the maximum admissible variations would be situated between 20% to 50% depending on the reference stiffness value, a level very difficult to achieve on track with an excessive stiffness, but that is always accomplished if the track super-structure is close to the defined optimum value.

La finalidad principal de este trabajo de tesis es ponderar la viabilidad de la aplicación del análisis multicriterio y la lógica difusa en la evaluación de impactos ambientales como una herramienta de ayuda a la toma de decisiones ambientales, se inicia con una revisión de la evolución histórica y legal de la evaluación de impacto ambiental y hace una revisión a la situación europea de cómo se han ido incorporando a la legislación de sus estados miembros las Directivas relativas, y la forma en que los Programas Comunitarios Medioambientales han influido en la política interna de medio ambiente con un énfasis especial al caso España y particularmente de Cataluña. Se hace también un breve análisis a la situación en los países de América.Se dedica un capítulo a las metodologías de evaluación de impactos ambientales con la finalidad de ofrecer un panorama general de los métodos más usados y que más adelante dan origen al método propuesto en este trabajo con la incorporación de técnicas difusas.Merece una atención especial la valoración del medio natural, las principales barreras de carácter ideológico, de procedimiento y metodológico existentes para la selección, ponderación e integración de los criterios de evaluación seleccionados y la desigual calidad de la información disponible. Esta evaluación es llevada a cabo mediante una considerable variedad de técnicas y métodos que tienen en común el hecho de basarse en factores objetivos y subjetivos difícilmente separables y que requieren del auxilio de una técnica matemática que pueda conciliar lo cualitativo con lo cuantitativo.La aplicación del análisis multicriterio y la lógica difusa a la evaluación de impacto ambiental actualiza y mejora el uso de los métodos clásicos y generalmente aceptados, con la ventaja de que permite manejar simultáneamente información cualitativa y cuantitativa sin los problemas de agregación que se presentan en el sistema crisp (convencional) ya que el modelo semántico en que se basa, es proporcionado por la teoría de conjuntos difusos que ha demostrado en otras áreas del conocimiento una mejor aproximación a la realidad, al admitir que la naturaleza tiene matices y que las decisiones se toman en función de una amplia gama de posibilidades y de criterios en ocasiones contradictorios o en conflicto, todos igualmente válidos.Finalmente, a tres proyectos realizados en la Isla de Mallorca considerados en el Plan Director Sectorial para la Gestión de los Residuos Urbanos para una zona de actuación localizada en Son Reus, se les aplica un método de evaluación de impactos ambientales que asimila las técnicas difusas y el análisis multicriterio denominado AIEIA, dichos proyectos son: una Planta Incineradora de RSU, una Planta Metanizadora de residuos biodegradables y una Planta de Compostaje.El uso del programa informático AIEIA (aplicación integral de evaluación de impacto ambiental) desarrollado por un grupo de investigadores de la Universidad de Granada, España encabezado por el Dr. Armando Blanco Morón con la colaboración del Dr. José Manuel Martín Ramos y otros, es una herramienta sumamente útil y práctica que integra el proceso de estudio de impacto ambiental (EsIA) y la toma de decisiones multicriterio difusa; su evaluación ha sido parte de este trabajo, con resultados muy satisfactorios que nos permiten afirmar que resulta viable la aplicación de estas técnicas matemáticas en la evaluación de impactos ambientales. Los resultados obtenidos son equiparables a otros métodos con las ventajas de proporcionar información en términos absolutos y relativos de los impactos ambientales, por actividad, por grupo de actividades, factores ambientales, grupos de factores ambientales y evaluación global del proyecto, en términos lingüísticos, en términos numéricos y en números difusos, además de permitir un análisis de alternativas. / The main purpose of this thesis dissertation is to weigh up the viability of the application of multicriteria analysis and fuzzy logic in the environmental impact assessment as a tool for decision make. It begins with a revision of the historical and legal evolution of environmental impact assessment and makes a revision to European situation of the incorporation of related Directives to the legislation of member states; and the way that Communitarian Environmental Programmes have influenced the internal environmental policies, with an especial emphasis to the case of Spain and, particularly, Catalonia. A brief analysis of the situation of American countries is also presented.The methodologies for environmental impact assessment cover a section of this dissertation, with the objective of illustrating the general state-of-the-science of most used methods that, furthermore, are the origin for the proposed methodology in this work with the incorporation of fuzzy techniques.A remarkable attention is focused in the valuation of the environment, the main ideological, proceedings and methodological barriers existing for the selection, weighting and integration of the assessment criteria selected; and the uneven quality of the available information. This assessment takes place through a considerable variety of techniques and methods that have in common the fact that they are based in both objective and subjective factors hardly separable, and that require the aid from a mathematical technique which reconciles the qualitative and the quantitative.The application of multicriteria analysis and fuzzy logic to the environmental impact assessment actualises and improves the use of classical and accepted methods, with the advantage that it allows to manage simultaneously the qualitative and quantitative information without the problems of aggregation that are present in the crisp (conventional) system; since the semantic model on which that is based is supplied by the theory of fuzzy set, which has shown a better approximation to reality in other subjects when admitting that nature has nuances and decisions are taken in function of a wide range of possibilities and criteria that are often contradictory or in conflict, all of them equally valid.