Tesis por compendio / [ES] Considerando la importancia que tiene en el proceso de toma de decisiones el disponer de datos, en esta tesis doctoral se desarrollan indicadores cuantitativos para monitorizar la sostenibilidad integral y ambiental de las prácticas agrícolas actuales en España. Se pretende proporcionar datos que sirvan como punto de partida para apoyar la transición hacia una agricultura sostenible y al mismo tiempo abordar aspectos metodológicos críticos en la evaluación de la sostenibilidad. Las principales opciones metodológicas que se abordan en esta tesis son la aplicación del análisis de ciclo de vida atribucional para la evaluación ambiental de la sostenibilidad agraria y el uso de técnicas multicriterio para desarrollar un indicador compuesto de sostenibilidad que permita evaluar la sostenibilidad agraria. Además, se usan datos estadísticos promedio para realizar las modelizaciones de los sistemas estudiados. En la sección 2.1 del capítulo de resultados se evalúan los impactos ambientales de viñedos convencionales y ecológicos representativos en una región vitivinícola relevante en España (DOP Utiel-Requena). En este caso de estudio se profundiza en la influencia que tiene la modelización de emisiones en campo en los resultados de impacto medioambiental. En la sección 2.2 se evalúan los impactos ambientales de la producción de tomate y naranja en las principales regiones productoras españolas. Además, en la sección 2.3 se desarrolla una propuesta metodológica para estimar los datos de actividad de las explotaciones agrarias a partir de datos contables. En la sección 2.4, la propuesta metodológica anterior se adapta y se aplica en la estimación de los impactos ambientales de cultivos relevantes en siete de las diecisiete comunidades autónomas españolas. También se explora la presentación de los impactos con base en una unidad funcional que represente adecuadamente el papel económico de la agricultura según el público objetivo. En la sección 2.5 se evalúa la sostenibilidad integral de las mismas explotaciones agrarias mediante el desarrollo de un indicador compuesto, destacando como factores de carácter normativo claves en la evaluación de la sostenibilidad las ponderaciones asignadas a los atributos individuales de sostenibilidad y la compensación entre ellos. En general, los resultados en sostenibilidad muestran comportamientos diferenciales de la agricultura española en función del tipo de cultivo y región, gestión del agua y sistema de cultivo. Estas diferencias deben interpretarse en el contexto de las fuentes de datos utilizadas, los supuestos tenidos en cuenta en las modelizaciones y el alcance de la investigación. En resumen, se puede concluir que la evaluación cuantitativa de la sostenibilidad agrícola es un asunto complejo debido a la ambigüedad del concepto, el uso intensivo de datos y la alta sensibilidad de la agricultura a aspectos agroecológicos y factores de mercado. / [CA] Considerant la importància que té en el procés de presa de decisions disposar de dades, en aquesta tesi doctoral es desenvolupen indicadors quantitatius per monitoritzar la sostenibilitat integral i ambiental de les pràctiques agrícoles actuals a Espanya. Es pretén proporcionar dades que funcionen com a punt de partida per donar suport a la transició cap a una agricultura sostenible i alhora abordar aspectes metodològics crítics en l'avaluació de la sostenibilitat. Les principals opcions metodològiques que aborda aquesta tesi són l'aplicació d'anàlisi de cicle de vida atribucional per a l'avaluació de la sostenibilitat ambiental agrària i l'ús de tècniques multicriteri per desenvolupar un indicador compost de sostenibilitat per avaluar la sostenibilitat agrària. A més, s'utilitzen dades mitjanes estadístiques per a realitzar les modelitzacions. A l'apartat 2.1 del capítol de resultats s'avaluen els impactes ambientals de vinyes convencionals i ecològiques representatives d'una regió vitivinícola rellevant a Espanya (DOP Utiel-Requena). En aquest cas d'estudi s'aprofundeix en la influència que té la modelització d'emissions en camp als resultats d'impacte mediambiental. A l'apartat 2.2 s'avaluen els impactes ambientals de la producció de tomaca i taronja a les principals regions productores espanyoles, on a més es desenvolupa una proposta metodològica per estimar les dades d'activitat de les explotacions agràries a partir de dades comptables (apartat 2.3). A la secció 2.4, la proposta metodològica anterior s'adapta i s'aplica a l'estimació dels impactes ambientals de cultius rellevants en set de les disset comunitats autònomes espanyoles. A més d'això, s'explora la presentació dels impactes sobre la base d'una unitat funcional que represente adequadament el paper econòmic de l'agricultura segons el públic objectiu. A l'apartat 2.5 s'avalua la sostenibilitat integral de les mateixes explotacions agràries mitjançant el desenvolupament d'un indicador compost, destacant com a factors claus de caràcter normatiu en l'avaluació de la sostenibilitat les ponderacions assignades als atributs individuals de sostenibilitat i la compensació entre ells. En general, els resultats de sostenibilitat mostren comportaments diferencials de l'agricultura espanyola en funció del tipus de cultiu i regió, gestió de l'aigua i sistema de cultiu. Aquestes diferències s'han d'interpretar en el context de les fonts de dades utilitzades, les assumpcions realitzades en les modelitzacions i l'abast de la investigació. En resum, es pot concloure que l'avaluació quantitativa de la sostenibilitat agrícola és un assumpte complex a causa de l'ambigüitat del concepte, de l'ús intensiu de dades i de l'elevada sensibilitat de l'agricultura a aspectes agroecològics i factors de mercat. / [EN] Considering the importance of including quantitative measures in the decision-making process, this dissertation aims to develop indicators with which to assess the environmental and overall sustainability of current agricultural practices in Spain at a regional level. What is sought is the provision of data that work as a starting point from which to support the transition to sustainable agriculture while addressing critical methodological aspects in sustainability assessment. The main methodological choices of this thesis are attributional life cycle assessment, multicriteria techniques for developing of a composite sustainability indicator and using sources of average statistics. Besides providing quantitative information, this dissertation also explores key methodological issues regarding the quantitative assessment of agricultural sustainability. In particular, the results, focus on assessing the environmental and the overall sustainability. In section 2.1 of the results chapter, the environmental impacts of conventional and organic vineyards located in a relevant wine region in Spain (Utiel-Requena DOP) are assessed, delving into the influence of the modelling on-field emissions on the impact results. The environmental impacts of tomato and orange production in the main Spanish producing regions are assessed in section 2.2, where also an approach to estimate agricultural inventories from farm accountancy data is developed (section 2.3). The previous approach is adopted in section 2.4, to estimate the environmental impacts of the main crops grown in the Spanish regions. In addition, there is an exploration of a functional unit for a proper representation of the economic role of agriculture according to the target audience. In section 2.5, the overall sustainability of the same crops by developing a composite indicator is assessed, considering the weights assigned to the sustainability attributes and the trade-offs between them as key normative factors in the assessment of sustainability. Overall, the results show differential performances of Spanish agriculture depending on the crop type and region, water management, and farming system. These differences should be interpreted in the context of the primary data sources, modelling assumptions and the scope considered. In brief, it can be concluded that the quantitative evaluation of agricultural sustainability is a complex issue due to the ambiguity of the concept, the intensive use of data required and the highly sensitive nature of agriculture to agroecological aspects and market factors. / I would like to acknowledge the institutions that provided financial support, namely the Universitat Politècnica de València, for funding a four-year research contract through Subprogram 1 (PAID-01-18), the ADSIDEO - COOPERACIÓN 2020 Program (AD2011), and the Erasmus + program that provided the funds for a three months research stay at the Bioeconomy and Biosystems Economics Laboratory of the Technical University of Crete -TUC (Chania, Greece). Finally, I also wish to thank the Colombian Government for its funding through the program “Doctorado en el Exterior-885” of COLCIENCIAS. / Sinisterra Solis, NK. (2024). Developing Indicators to Assess Agricultural Sustainability. Application to the Spanish Context [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203015 / Compendio

Tesis por compendio / [ES] La idea general de esta tesis es estudiar el papel que el Análisis de Ciclo de Vida (ACV) puede jugar como una herramienta para la toma de decisiones durante la fase de proyecto de una obra de construcción. El ACV es una metodología que permite el cálculo de los impactos ambientales de cualquier actividad humana. Este trabajo está construido en tres niveles, el estudio de materiales de construcción individualmente, las soluciones constructivas y por último el conjunto del edificio. A medida que los capítulos progresan, el foco del estudio se aleja desde las particularidades asociadas con los materiales hasta llegar al estudio del ciclo de vida de los edificios. El capítulo uno corresponde con el primer nivel. En este capítulo, varios biocomposites que contienen resina bio-epoxi se comparan con la placa de yeso laminado en términos de sus impactos medioambientales y sus propiedades mecánicas. En el caso de las soluciones constructivas, esta tesis analiza, además de los impactos ambientales, otros parámetros relevantes, tales como el comportamiento acústico y térmico. Sin un comportamiento adecuado en esos aspectos. las soluciones constructivas sostenibles no pueden considerarse una alternativa a las convencionales. En el caso del capítulo 2, se comparan varios tipos de particiones que combinan los biocomposites estudiados en el primer capítulo con absorbentes acústicos convencionales y no convencionales en términos de sus impactos medioambientales y su aislamiento a ruido aéreo. El tercer capítulo continúa tratando las soluciones constructivas. En este caso se analiza el uso de paneles de fachada formados a partir de residuo de paja de arroz generada en el parque natural de la Albufera. Una fachada compuesta por estos paneles se compara a una fachada de doble hoja de ladrillo. El estudio lidia con la comparación de sus impactos ambientales, su aislamiento a ruido aéreo y su transmitancia térmica. Además se analiza el comportamiento higrotérmico de la fachada de paja. El último capítulo compara los impactos ambientales de una casa de madera pensada para ser una referencia de la media europea en cinco ciudades diferentes. Las ciudades estudiadas son Munich, Ljubljana, Portorož, Madrid, and Valencia. El propósito es comprender como las barreras hacia la sostenibilidad regenerativa cambian dependiendo de la ubicación. En referencia a los resultados, el primer capítulo indica que los composites propuestos pueden ser una alternativa sostenible a la placa de yeso laminado al reducir un 50% su impacto ambiental. El segundo capítulo muestra que reemplazar la placa de yeso laminado y la lana mineral de las particiones por los biocomposites y con un material basado en residuo de lana de oveja puede reducir las emisiones de carbono un 60%. El tercer capítulo señala la importancia de encontrar manera de utilizar la paja de arroz de la albufera como materia prima. Además, la fachada de paja de arroz analizada demuestra no solo ser beneficiosa para el medio ambiente (evita la emisión de 52 kg de CO2 eq. por metro cuadrado), sino también demuestra ser una alternativa adecuada en términos de su comportamiento acústico, térmico e higrotérmico. Debido a los beneficios ambientales que el uso de los paneles de paja supone para el medio ambiente, la paja de arroz puede ser considerada como un material glocal. El último capítulo muestra que las medidas de sostenibilidad convencional, como el uso de la madera en la estructura y el aumento del aislamiento, no son suficientes para llegar a construir edificios regenerativos ni de emisiones de carbono neutras (NZED). El uso de materiales de base biológica, un correcto diseño y nuevas tecnologías enfocadas a la eficiencia energética son fundamentales para alcanzar el objetivo de la sostenibilidad regenerativa. En general los resultados enfatizan la necesidad de utilizar el ACV como una herramienta para la toma de decisiones en fase de proyecto de un edificio. El ACV es la única metodología capaz de ofrecer una representación fiable de la influencia que un edificio tiene sobre el medio ambiente / [CA] La idea general d'aquesta tesi es estudiar del paper que l'Anàlisi de Cicle de Vida (ACV) podria jugar com a ferramenta per a la pressa de decisions durant la fase de projecte d'una obra de construcció. El ACV és una metodologia que permet el càlcul dels impactes ambientals de qualsevol activitat humana. Aquest treball està construït en tres nivells, el estudi de materials de construcció de manera individual, les solucions constructives i per últim l'edifici com a conjunt. A mesura que els capítols progressen, el focus s'allunya des de les particularitats dels materials fins arribar a l'estudi del cicle de vida dels edificis. El capítol 1 es correspon amb el primer nivell. En aquest capítol. diversos biocomposites formats amb resina bio-epoxi es comparen amb la placa de guix laminat en termes dels seus impactes ambientals y les propietats mecàniques. En el cas de les solucions constructives, aquesta tesi analitza, a més dels impactes ambientals, uns altres paràmetres rellevants, com el comportament acústic i tèrmic. Sense un comportament adequat en eixos aspectes, una solució constructiva composada de materials sostenibles no pot ser considerada una alternativa al mètodes de construcció convencional. En el cas del segon capítol, diversos tipus de particions que combinen els biocomposites estudiats en el primer capítol amb absorbents acústics convencionals i no convencionals en termes dels seus impactes ambiental i el seu aïllament a soroll aeri. El tercer capítol continua analitzant solucions constructives. En aquest cas s'analitza l'ús de panels de façana composats de residu de palla d'arròs generada al parc natural de l'Albufera de València. Una façana composta d'aquestos panells es compara amb una façana de doble fulla de maó. L'estudi tracta la comparació dels seus impactes ambientals, el seu aïllament acústic i la transmitància tèrmica. A més s'analitza el comportament higrotèrmic de la façana de palla.L'últim capítol compara els impactes ambientals de una casa de fusta pensada com una referència de la mitjana europea en cinc ciutats diferents. Les ciutats estudiades són Múnich, Liubliana, Portorož, Madrid, and València. L'objectiu es comprendre com les barreres cap a la sostenibilitat regenerativa canvien depenent de la ubicació del edifici. En el referent als resultats, el primer capítol indica que els compòsits proposats poden ser una alternativa sostenible a la placa de guix laminat al reduir un 50% el seu impacte ambiental. El segon capítol mostra que reemplaçar la placa de guix laminat i la llana mineral de les particions amb els biocomposites i amb un material basat en residu de llana d'ovella pot reduir les emissions de carboni un 60%. El tercer capítol senyala la importància de trobar maneres d'emprar la palla d'arròs de l'Albufera com a matèria prima. A més, la façana de palla d'arròs analitzada demostra ser no sols beneficiosa per al medi ambient (evita la emissió de 52 kg de CO2 eq. per metre quadrat), sinó també demostra ser una alternativa adequada en termes del seu comportament acústic, tèrmic i higrotèrmic. L'últim capítol mostra que mesures de sostenibilitat convencional, com emprar estructura de fusta i augmentar l'aïllament, no son suficients per arribar a construir edificis d'emissions neutres de carboni (NZEB). L'ús de materials de base biològica, un correcte disseny i noves tecnologies enfocades a l'eficiència energètica són fonamentals per arribar a la sostenibilitat regenerativa. En general, els resultats emfatitzen la necessitat d'utilitzar el ACV com a una ferramenta per a la pressa de decisions en la fase de projecte d'un edifici. El ACV és l'única metodologia capaç d'oferir una representació fiable de la influència que un edifici te sobre el medi ambient. / [EN] The overarching idea of this thesis is to analyze the role of Life Cycle Assessment (LCA) as a project decision-making tool. LCA is a methodology to conduct a sustainability analysis of any human activity. This work is constructed in three levels, the study of building materials individually, the constructions, such as façades and partitions, and finally, the whole building. As the chapters progress, the focus of the study zooms out from the particularities associated with materials until arriving at the study of the life cycle of buildings. Chapter one corresponds with the first level. In this chapter, several composite boards with bio-epoxy resin and natural fibers are compared to plasterboard in terms of their environmental impact and mechanic characteristics. In the case of constructions, this thesis analyzes some important aspects related to their performance, such as acoustic and thermal insulation. Without at least a competent performance in those parameters, constructions composed of new sustainable materials cannot be considered alternatives to the conventional solutions. In chapter 2, several partition typologies combining the biocomposites and new and conventional acoustic absorbents are compared in terms of their environmental impacts and their airborne acoustic insulation. The third chapter, which also deals with constructions, analyzes the use of façade panels built using rice straw waste from the Albufera park in Valencia and compares it to the most common façade typology in Valencia, the double-layered brick wall. The study assesses the airborne acoustic insulation and the thermal transmittance of the straw construction experimentally. The hygrothermal performance of this material is also analyzed. The last chapter deals with the environmental impacts of buildings as a whole by comparing a European reference wood house in different locations in Europe. The environmental impacts of this house are studied over its whole life cycle in Munich, Ljubljana, Portorož, Madrid, and Valencia to understand how barriers towards regenerative sustainability change depending on location. When it comes to the results, the first chapter indicates that the bio-epoxy composites proposed can be a sustainable alternative to plasterboard by reducing the environmental impact by around 50%. The second chapter shows that replacing the plasterboard and the mineral wool in a drywall partition with the bio-composites and a sheep wool acoustic absorbent can reduce carbon emissions by almost 60%. The third chapter highlights the importance of finding ways of using the rice straw from the Albufera park as a raw material. Moreover, the rice straw façade analyzed demonstrated to be not only beneficial for the environment (avoids the emission of 52 kg of CO2e to the atmosphere per square meter), but also perfectly adequate to be a sustainable alternative to the most common façade typologies in Valencia in terms of acoustic, thermal and hygrothermal performance. Because of the environmental benefits of its use and the fact that it is a proximity material, the rice straw façade panels can be considered a glocal material. The last chapter shows that conventional sustainability measures, such as a wooden frame and high thermal insulation, are not enough to successfully build neither regenerative nor Nearly Zero Emissions Buildings (NZEB). The use of bio-based materials, designing towards passive efficiency, and new technologies are necessary to reach regenerative sustainability. Overall, the results emphasize the need to use LCA as a decision-making tool during the project stage of a building. LCA is the only tool that can provide an accurate representation of the influence a building will have on the environment over its lifespan. / The authors gratefully thank the Spanish Ministry of Economy, Industry and Competitiveness, for funding the project BIA2013-41537-R (BIAEFIREMAT ‘Development of new sustainable eco- materials and building systems for the building industry, based on the use of residues and renewable raw materials’). The project is co-funded by the European Regional Development Fund and it is included in the R+D National Programme for Research Aimed at the Challenges of Society. Authors EMS, EPN, and MDB gratefully acknowledge the European Commission for funding InnoRenew CoE (grant agreement #739574), under the H2020 Widespread-Teaming programme and Republic of Slovenia (investment funding of the Republic of Slovenia and the European Union’s European Regional Development Fund). Author AQG was supported in part by a STSM grant from COST Action CA16114 – Rethink Sustainability Towards a Regenerative Economy (RESTORE). / Quintana Gallardo, A. (2021). On Life Cycle Assessment in the Built Environment: from Conventional Sustainability to Regeneration and Glocal Architecture [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180176 / Compendio

[ES] En el núcleo de la industria mundial de la construcción radica el uso excesivo de materiales, especialmente de combustibles fósiles. En esta línea de investigación, muchos investigadores y diseñadores han reducido significativamente la proporción de materiales y han minimizado la cantidad destinada al diseño en función de los criterios de investigación y las especificaciones de diseño. Teniendo en cuenta que las medidas anteriores pueden reducir los materiales de manera efectiva, es necesario investigar más a fondo algunas cuestiones: a) ¿En qué etapas del ciclo de vida de los materiales de construcción se consumen más? b) ¿Cómo utilizar el método científico más adecuado para reducir el consumo de materiales en la fase de mayor uso? c) ¿Cómo completar científicamente la evaluación de la optimización del consumo de materiales bajo la influencia de la superación de muchos eventos discretos y factores de influencia externos durante la etapa de diseño? d) En la fase de construcción, ¿cómo optimizar al máximo el proceso de gestión del proyecto y lograr el mayor ahorro de material para garantizar la calidad, la seguridad y el coste? e) ¿Cuánto material se puede ahorrar mediante la optimización del diseño y la gestión del proyecto? f) ¿Cuál es el impacto final del sistema teórico de investigación y de los datos de análisis mencionados en el desarrollo sostenible de la industria de la construcción? Al examinar publicaciones relevantes sobre el ciclo de vida completo de la industria de la construcción (Capítulo 2), la tesis encontró que las etapas de diseño y construcción son clave para reducir efectivamente el consumo de materiales. El objetivo principal de esta tesis es resolver los problemas de optimización propuestos. Mediante el establecimiento de un marco de modelo de investigación multidimensional y un modelo de optimización de gestión de proyectos sistemático, la tesis reduce el peso de varios componentes estructurales del puente estáticamente indeterminado y realiza la optimización ligera de la estructura del puente. La tesis establece varios modelos teóricos básicos de innovación en el marco del modelo de investigación: el modelo de acoplamiento bibliométrico, el modelo matemático ComplexPlot; el modelo matemático integral multifactorial; el modelo de optimización de acoplamiento micro y macrodimensional de elementos finitos, y el modelo de evaluación de optimización de la gestión de proyectos dominó del método de la entropía. El sistema de investigación teórica supera la interferencia de la discreción del objeto de investigación, la complejidad y los factores de influencia inciertos y realiza la solidez de la evaluación y la mejora. El sistema de investigación teórica supera la interferencia de la discreción del objeto de investigación, la complejidad y los factores de influencia inciertos y consigue la solidez de la evaluación y la mejora. Asimismo, mejora ampliamente la resistencia del modelo a los factores naturales, humanos, accidentales e inciertos y el problema de la interferencia externa de las emergencias. Por último, el sistema formó un conjunto completo de sistemas de modelos de optimización de prevención y control conjuntos maduros y alcanzó los objetivos y enfoques de la investigación. El valor de la investigación de esta tesis: a) llena el vacío de la investigación en este campo. b) innova en una variedad de nuevos modelos teóricos de investigación. c) resuelve los problemas de discreción, incertidumbre e interferencia de factores externos en la optimización de la topología y la optimización de la gestión de proyectos. Las interferencias de los factores externos de mutación y la sensibilidad de las emergencias se compensan y corrigen. d) La investigación mejora la captura de datos discretos y la escasez de compensación del sistema de análisis de software Monte Carlo. / [CA] En el nucli de la indústria mundial de la construcció radica l'ús excessiu de materials, especialment de combustibles fòssils. En aquesta línia d'investigació, molts investigadors i dissenyadors han reduït significativament la proporció de materials i han minimitzat la quantitat destinada al disseny en funció dels criteris d'investigació i les especificacions de disseny. Tenint en compte que les mesures anteriors poden reduir els materials de manera efectiva, és necessari investigar més a fons algunes qüestions: a) En quines etapes del cicle de vida dels materials de construcció es consumeixen més? b) Com utilitzar el mètode científic més adequat per a reduir el consum de materials en la fase de major ús? c) Com completar científicament l'avaluació de l'optimització del consum de materials sota la influència de la superació de molts esdeveniments discrets i factors d'influència externs durant l'etapa de disseny? d) En la fase de construcció, com optimitzar al màxim el procés de gestió del projecte i aconseguir el major estalvi de material per a garantir la qualitat, la seguretat i el cost? e) Quant material es pot estalviar mitjançant l'optimització del disseny i la gestió del projecte? f) Quin és l'impacte final del sistema teòric d'investigació i de les dades d'anàlisis esmentades en el desenvolupament sostenible de la indústria de la construcció? En examinar publicacions rellevants sobre el cicle de vida complet de la indústria de la construcció (Capítol 2), la tesi va trobar que les etapes de disseny i construcció són clau per a reduir efectivament el consum de materials. L'objectiu principal d'aquesta tesi és resoldre els problemes d'optimització proposats. Mitjançant l'establiment d'un marc de model d'investigació multidimensional i un model d'optimització de gestió de projectes sistemàtic, la tesi redueix el pes de diversos components estructurals del pont estàticament indeterminat i realitza l'optimització lleugera de l'estructura del pont. La tesi estableix diversos models teòrics bàsics d'innovació en el marc del model d'investigació: el model d'acoblament bibliomètric, el model matemàtic ComplexPlot; el model matemàtic integral multifactorial; el model d'optimització d'acoblament micro i macrodimensional d'elements finits, i el model d'avaluació d'optimització de la gestió de projectes va dominar del mètode de l'entropia. El sistema d'investigació teòrica supera la interferència de la discreció de l'objecte d'investigació, la complexitat i els factors d'influència incerts i realitza la solidesa de l'avaluació i la millora. El sistema d'investigació teòrica supera la interferència de la discreció de l'objecte d'investigació, la complexitat i els factors d'influència incerts i aconsegueix la solidesa de l'avaluació i la millora. Així mateix, millora àmpliament la resistència del model als factors naturals, humans, accidentals i incerts i el problema de la interferència externa de les emergències. Finalment, el sistema va formar un conjunt complet de sistemes de models d'optimització de prevenció i control conjunts madurs i va aconseguir els objectius i enfocaments de la investigació. El valor de la investigació d'aquesta tesi: a) ompli el buit de la investigació en aquest camp. b) innova en una varietat de nous models teòrics d'investigació. c) resol els problemes de discreció, incertesa i interferència de factors externs en l'optimització de la topologia i l'optimització de la gestió de projectes. Les interferències dels factors externs de mutació i la sensibilitat de les emergències es compensen i corregeixen. d) La investigació millora la captura de dades discretes i l'escassetat de compensació del sistema d'anàlisi de programari Muntanya Carlo. / [EN] At the heart of the global construction industry is the overuse of materials, especially non-renewable fossil energy raw materials. In this research direction, many researchers and designers have significantly reduced the proportion of materials and minimized the amount of design within the scope of research ideas and design specifications. Given whether the above measures can effectively reduce materials, several questions need to be further studied: a) In which stages of the life cycle of building materials are consumed more? b) How to use the most compelling scientific method to reduce the consumption of materials at the stage where materials are used the most? c) How to scientifically complete the material consumption optimization evaluation in the design stage under the influence of overcoming many discrete events and external influencing factors? d) In the construction stage, how to optimize the project management process to the greatest extent and achieve the most excellent material saving to ensure quality, safety and cost? e) How much material can be saved through design and project management optimization? f) What are the ultimate impact of the above research theoretical system and analysis data on the sustainable development of the construction industry? Through the investigation of relevant publications on the whole life cycle of the construction industry (chapter 2), the thesis finds that the design and construction stages are the key to effectively reducing material consumption. The main goal of this thesis is to solve the proposed optimization problems. By establishing a multi-dimensional research model framework and a systematic project management optimization model, the thesis reduces the weight of various components of the statically indeterminate bridge structure and realizes the lightweight optimization of the bridge structure. The thesis establishes several core theoretical innovation models in the research model framework: the bibliometric coupling model, ComplexPlot mathematical model; the multi-factor integral mathematical model; the multi-dimensional finite element micro and macro coupling optimization model, and the entropy weight method domino project management optimization evaluation model. The theoretical research system overcomes the interference of the research object's discreteness, complexity, and uncertain influencing factors and realizes the robustness of evaluation and improvement. It comprehensively improves the model's resistance to natural, human, accidental, and uncertain factors and the external interference problem of emergencies. Ultimately, the system formed a complete set of mature joint prevention and control optimization model systems and realized the research goals and paradigms. The research value of this thesis: a) fills the research gap in this field. b) innovates a variety of new theoretical research models. c) solves the problems of discreteness, uncertainty, and external factor interference in topology optimization and project management optimization. Compensation and correction are made for the interference of external mutation factors and the sensitivity of emergencies. d) The research improves the Monte Carlo software analysis system's discrete data capture and compensation shortage. In this thesis, various types of advanced project management methods and advanced construction schemes are applied in the case study, which provides a rich reference value for optimizing statically indeterminate bridges of the same type. For readers without extensive practical experience, there are some difficulties in understanding and applying the model. The reader needs to think carefully in combination with the case, which is also the insufficiency of this thesis. / This research was supported by grants from ”BIA2017-85098-R” and “PID2020-117056RB-I00”. / Zhou, Z. (2023). Life Cycle Optimization Analysis of Bridge Sustainable Development [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/191959

Tesis por compendio / [ES] El diseño de infraestructuras está fuertemente influido por la búsqueda de soluciones que tengan en cuenta el impacto en la economía, el medio ambiente y la sociedad. Estos criterios están muy relacionados con la definición de sostenibilidad que hizo la Comisión Brundtland en 1987. Este hito supuso un reto para técnicos, científicos y legisladores. Este reto consistía en generar métodos, criterios, herramientas y normativas que permitieran incluir el concepto de sostenibilidad en el desarrollo y diseño de nuevas infraestructuras. Desde entonces, se han producido pequeños avances en la búsqueda de la sostenibilidad, pero se necesitan más a corto plazo. Como plan de acción, las Naciones Unidas establecieron los Objetivos de Desarrollo Sostenible, fijando el año 2030 como meta para alcanzarlos. Dentro de estos objetivos, las infraestructuras se postulan como un punto crítico. Tradicionalmente, se han desarrollado métodos para obtener diseños óptimos desde el punto de vista del impacto económico. Sin embargo, aunque en los últimos tiempos se ha avanzado en la aplicación y utilización de métodos de análisis del ciclo de vida completo, aún falta un consenso claro, especialmente en el pilar social de la sostenibilidad. Dado que la sostenibilidad engloba diferentes criterios, que en principio no van necesariamente de la mano, el problema de la búsqueda de la sostenibilidad se plantea no sólo como un problema de optimización, sino también como un problema de toma de decisiones multi-criterio. El objetivo principal de esta tesis doctoral es proponer diferentes metodologías para la obtención de diseños óptimos que introduzcan los pilares de la sostenibilidad en el diseño de puentes mixtos acero-hormigón. Como problema estructural representativo se propone un puente viga en cajón de tres vanos mixto. Dada la complejidad de la estructura, en la que intervienen 34 variables discretas, la optimización con métodos matemáticos resulta inabordable. Por ello, se propone el uso de algoritmos metaheurísticos. Esta complejidad también se traduce en un alto coste computacional para el modelo, por lo que se implementa un modelo de redes neuronales profundas que permite la validación del diseño sin necesidad de computación. Dada la naturaleza discreta del problema, se proponen técnicas de discretización para adaptar los algoritmos al problema de optimización estructural. Además, para mejorar las soluciones obtenidas a partir de estos algoritmos discretos, se introducen métodos de hibridación basados en la técnica K-means y operadores de mutación en función del tipo de algoritmo. Los algoritmos utilizados se clasifican en dos ramas. La primera son los basados en trayectorias como el Simulated Annealing, Threshold Accepting y el Algoritmo del Solterón. Por otra parte, se utilizan algoritmos de inteligencia de enjambre como Jaya, Sine Cosine Algorithm y Cuckoo Search. La metodología de Análisis del Ciclo de Vida definida en la norma ISO 14040 se utiliza para evaluar el impacto social y medioambiental de los diseños propuestos. La aplicación de esta metodología permite evaluar el impacto y compararlo con otros diseños. La evaluación mono-objetivo de los diferentes criterios lleva a la conclusión de que la optimización de costes está asociada a una reducción del impacto medioambiental y social de la estructura. Sin embargo, la optimización de los criterios medioambientales y sociales no reduce necesariamente los costes. Por ello, para realizar una optimización multi-objetivo y encontrar una solución de compromiso, se implementa una técnica basada en la Teoría de Juegos, proponiendo una estrategia de juego cooperativo. La técnica multi-criterio utilizada es la Teoría de la Entropía para asignar pesos a los criterios para la función objetivo agregada. Los criterios considerados son los tres pilares de la sostenibilidad y la facilidad constructiva de la losa superior. Aplicando esta técnica se obtiene un diseño óptimo relativo a los tres pilares de la soste / [CAT] El disseny d'infraestructures està fortament influït per la cerca de solucions que tinguen en compte l'impacte en l'economia, el medi ambient i la societat. Aquests criteris estan molt relacionats amb la definició de sostenibilitat que va fer la Comissió Brundtland en 1987. Aquesta fita va suposar un repte per a tècnics, científics i legisladors. Aquest repte consistia a generar mètodes, criteris, eines i normatives que permeteren incloure el concepte de sostenibilitat en el desenvolupament i disseny de noves infraestructures. Des de llavors, s'han produït xicotets avanços en la cerca de la sostenibilitat, però es necessiten més a curt termini. Com a pla d'acció, les Nacions Unides van establir els Objectius de Desenvolupament Sostenible, fixant l'any 2030 com a meta per aconseguir-los. Dins d'aquests objectius, les infraestructures es postulen com un punt crític. Tradicionalment, s'han desenvolupat mètodes per a obtindre dissenys òptims des del punt de vista de l'impacte econòmic. No obstant això, encara que en els últims temps s'ha avançat en l'aplicació i utilització de mètodes d'anàlisis del cicle de vida complet, encara falta un consens clar, especialment en el pilar social de la sostenibilitat. Atés que la sostenibilitat engloba diferents criteris, que en principi no van necessàriament de la mà, el problema de la cerca de la sostenibilitat es planteja no sols com un problema d'optimització, sinó també com un problema de presa de decisions multi-criteri. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral és proposar diferents metodologies per a l'obtenció de dissenys òptims que introduïsquen els pilars de la sostenibilitat en el disseny de ponts mixtos. Com a problema estructural representatiu es proposa un pont viga en calaix de tres vans mixt. Donada la complexitat de l'estructura, en la qual intervenen 34 variables discretes, l'optimització amb mètodes matemàtics resulta inabordable. Per això, es proposa l'ús d'algorismes metaheurísticos. Aquesta complexitat també es tradueix en un alt cost computacional per al model, per la qual cosa s'implementa un model de xarxes neuronals profundes que permet la validació del disseny sense necessitat de computació. Donada la naturalesa discreta del problema, es proposen tècniques de discretització per a adaptar els algorismes al problema d'optimització estructural. A més, per a millorar les solucions obtingudes a partir d'aquests algorismes discrets, s'introdueixen mètodes d'hibridació basats en la tècnica K-*means i operadors de mutació en funció del tipus d'algorisme. Els algorismes utilitzats es classifiquen en dues branques. La primera són els basats en trajectòries com la Simulated Annealing, Threshold Accepting i el Old Bachelor Acceptance. D'altra banda, s'utilitzen algorismes d'intel·ligència d'eixam com Jaya, Sine Cosine Algorithm i Cuckoo Search. La metodologia d'Anàlisi del Cicle de Vida definida en la norma ISO 14040 s'utilitza per a avaluar l'impacte social i mediambiental dels dissenys proposats. L'aplicació d'aquesta metodologia permet avaluar l'impacte i comparar-lo amb altres dissenys. L'avaluació mono-objectiu dels diferents criteris porta a la conclusió que l'optimització de costos està associada a una reducció de l'impacte mediambiental i social de l'estructura. No obstant això, l'optimització dels criteris mediambientals i socials no redueix necessàriament els costos. Per això, per a realitzar una optimització multi-objectiu i trobar una solució de compromís, s'implementa una tècnica basada en la Teoria de Jocs, proposant una estratègia de joc cooperatiu. La tècnica multi-criteri utilitzada és la Teoria de l'Entropia per a assignar pesos als criteris per a la funció objectiu agregada. Els criteris considerats són els tres pilars de la sostenibilitat i la facilitat constructiva de la llosa superior. Aplicant aquesta tècnica s'obté un disseny òptim relatiu als tres pilars de la sostenibilitat i a partir del qual es millora la facilitat constructiva. / [EN] Infrastructure design is strongly influenced by the search for solutions considering the impact on the economy, the environment, and society. These criteria were strongly related to the definition of sustainability by the Brundtland Commission in 1987. This milestone posed a challenge for technicians, scientists, and legislators alike. This challenge consisted of generating methods, criteria, tools, and regulations that would allow the inclusion of the concept of sustainability in developing and designing new infrastructures. Since then, small advances have been made in the search for sustainability, but they need more in the short term. As an action plan, the United Nations established the Sustainable Development Goals, setting the year 2030 as the target for achieving them. Within these goals, infrastructure is postulated as a critical point. Traditionally, methods have been developed to obtain optimal designs from the point of view of economic impact. However, although recent advances have been made in implementing and using complete life cycle analysis methods, there still needs to be a clear consensus, especially in the social pillar of sustainability. Given that sustainability encompasses different criteria, which in principle do not necessarily go hand in hand, the problem of finding sustainability is posed not only as an optimization problem but also as a multi-criteria decision-making problem. The main objective of this doctoral thesis is to propose different methodologies for obtaining optimal designs that introduce the pillars of sustainability in the design of steel-concrete composite bridges. A three-span box-girder bridge is proposed as a representative structural problem. Given the complexity of the structure, which involves 34 discrete variables, optimization with mathematical methods is unaffordable. Therefore, the use of metaheuristic algorithms is proposed. This complexity also translates into a high computational cost for the model, so a deep neural networks model is implemented to allow the validation of the design without the need for computation. Given the problem's discrete nature, discretization techniques are proposed to adapt the algorithms to the structural optimization problem. In addition, to improve the solutions obtained from these discrete algorithms, hybridization methods based on the K-means technique and mutation operators are introduced depending on the type of algorithm. The algorithms used are classified into two branches. The first are those based on trajectories such as Simulated Annealing, Threshold Accepting, and Old Bachelor Acceptance. Moreover, swarm intelligence algorithms such as Jaya, Sine Cosine Algorithm, and Cuckoo Search are used. The Life Cycle Assessment methodology defined in the ISO 14040 standard is used to evaluate the social and environmental impact of the proposed designs. The application of this methodology allows the evaluation of the impact and comparison with other designs. The single-objective evaluation of the different criteria leads to the conclusion that cost optimization is associated with a reduction of the environmental and social impact of the structure. However, optimizing environmental and social criteria does not necessarily reduce costs. Therefore, to perform a multi-objective optimization and find a compromise solution, a technique based on Game Theory is implemented, proposing a cooperative game strategy. The multi-criteria technique used is the Entropy Theory to assign criteria weights for the aggregate objective function. The criteria considered are the three pillars of sustainability and the constructive ease of the top slab. Applying this technique results in an optimal design concerning the three pillars of sustainability and from which the constructive ease is improved. / I would like to thank the Spanish Ministry of Science and Innovation. This research would not have been possible without the support of grant FPU-18/01592, funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033, "ESF invests in your future", as well as the financial assistance provided by DIMALIFE (BIA2017-85098-R) and HYDELIFE (PID2020-117056RB-I00), both funded by MCIN/AEI/10.13039/5011-00011033, and "ERDF A way of making Europe". / Martínez Muñoz, D. (2023). Optimal Deep Learning Assisted Design of Socially and Environmentally Efficient Steel Concrete Composite Bridges under Constrained Budgets [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/195967 / Compendio

[ES] Los estudios realizados en el pasado han demostrado que, a pesar de tener cero emisiones del tubo de escape, un vehículo completamente eléctrico tiene emisiones durante el ciclo de vida. El desarrollo tecnológico a lo largo de los años por parte de la humanidad ha llevado constantemente a un aumento de la dependencia energética. Desafortunadamente, esta energía proviene principalmente de fuentes fósiles. Uno de los principales consumidores de energía de origen fósil es la industria del transporte, que utiliza petróleo y diesel como combustibles. Estos combustibles se queman en motores de combustión interna para producir energía debido a su alto poder calorífico. Dado que estos son combustibles a base de carbono, genera dióxido de carbono durante el proceso, que es un gas de efecto invernadero. Por lo tanto, ha habido un seguimiento y una regulación muy estrictos de los tubos de escape de los automóviles a lo largo de los años. Recientemente, diferentes regiones del mundo han planeado prohibir la venta de vehículos convencionales basados en motores de combustión interna. Por lo tanto, vender solo vehículos con cero emisiones de escape, como vehículos eléctricos de batería y vehículos eléctricos de pila de combustible. Esto se debe principalmente a la intensidad de las emisiones de la combinación de electricidad, para alimentar las baterías y el proceso de fabricación de baterías para vehículos eléctricos de batería. Mientras que los vehículos eléctricos de pila de combustible dependen de la intensidad de emisión de la producción de hidrógeno. Dado que la producción actual de hidrógeno es muy limitada y tiene un alto contenido de carbono, los vehículos eléctricos de batería son los preferidos para reemplazar a los vehículos con motor de combustión interna. Otra razón detrás del impulso de este cambio es la alta eficiencia de los sistemas de propulsión eléctricos. A pesar de eso, es muy difícil para los vehículos eléctricos de batería igualar el rango de conducción de los vehículos con motor de combustión interna debido a la gran diferencia en la densidad de energía de las baterías y los combustibles líquidos. En condiciones reales de conducción, este rango de conducción es aún más reducido, a pesar de tener grandes paquetes de baterías a bordo. Esta es una limitación importante para el uso de vehículos eléctricos de batería, hasta que se desarrolle una infraestructura de carga extensa. Por ello, en esta tesis se evalúa el potencial de reducción de emisiones de los vehículos eléctricos con un enfoque de ciclo de vida para turismos y autobuses. Esto se hace comparando sus emisiones con las de los vehículos diésel convencionales y eléctricos híbridos para ciclos de conducción reales utilizando simulaciones numéricas 0D. Esto se complementa con estudios del costo del ciclo de vida de los diferentes vehículos para ver qué opción de tren motriz puede ser más eficiente. Además, los combustibles sintéticos bajos en carbono también se están evaluando como una solución alternativa para reemplazar el combustible diesel y ver el cambio que puede traer al ciclo de vida de los vehículos con motor de combustión interna. Estas evaluaciones se realizan para diferentes ubicaciones a nivel mundial para observar los factores locales que afectan los resultados. Por lo tanto, este trabajo tiene como objetivo evaluar los resultados del ciclo de vida para los responsables políticos y los fabricantes de automóviles a nivel mundial, tanto de las emisiones como del costo, asociados con cada opción de tren motriz. Como resultado de esta investigación, se observan varios desafíos relacionados con los vehículos eléctricos de batería que deben abordarse antes de su adopción masiva. Por lo tanto, se propone el uso de vehículos híbridos como una solución a corto plazo para abordar la urgencia de reducción de emisiones globales. Lo cual, de hecho, también puede considerarse una solución a largo plazo si funciona con combustibles bajos en carbono. / [CA] Els estudis realitzats en el passat han demostrat que, malgrat tenir zero emissions del tub d'escapament, un vehicle completament elèctric té emissions durant el cicle de vida. El desenvolupament tecnològic al llarg dels anys per part de la humanitat ha portat constantment a un augment de la dependència energètica. Desafortunadament, aquesta energia prové principalment de fonts fòssils. Un dels principals consumidors denergia dorigen fòssil és la indústria del transport, que utilitza petroli i dièsel com a combustibles. Aquests combustibles es cremen en motors de combustió interna per produir energia a causa del seu alt poder calorífic. Atès que són combustibles a base de carboni, genera diòxid de carboni durant el procés, que és un gas d'efecte hivernacle. Per tant, hi ha hagut un seguiment i una regulació molt estrictes dels tubs de fuga dels automòbils al llarg dels anys. Recentment, diverses regions del món han planejat prohibir la venda de vehicles convencionals basats en motors de combustió interna. Per tant, vendre només vehicles amb zero emissions d'escapament, com ara vehicles elèctrics de bateria i vehicles elèctrics de pila de combustible. Això es deu principalment a la intensitat de les emissions de la combinació delectricitat, per alimentar les bateries i el procés de fabricació de bateries per a vehicles elèctrics de bateria. Mentres que els vehicles elèctrics de pila de combustible depenen de la intensitat d'emissió de la producció d'hidrogen. Atès que la producció actual dhidrogen és molt limitada i té un alt contingut de carboni, els vehicles elèctrics de bateria són els preferits per reemplaçar els vehicles amb motor de combustió interna. Una altra raó darrere de l¿impuls d¿aquest canvi és l¿alta eficiència dels sistemes de propulsió elèctrics. Tot i això, és molt difícil per als vehicles elèctrics de bateria igualar el rang de conducció dels vehicles amb motor de combustió interna a causa de la gran diferència en la densitat denergia de les bateries i els combustibles líquids. En condicions reals de conducció, aquest rang de conducció encara és més reduït, tot i tenir grans paquets de bateries a bord. Aquesta és una limitació important per a lús de vehicles elèctrics de bateria, fins que es desenvolupi una infraestructura de càrrega extensa. Per això, en aquesta tesi s"avalua el potencial de reducció d"emissions dels vehicles elèctrics amb un enfocament de cicle de vida per a turismes i autobusos. Això es fa comparant les seves emissions amb les dels vehicles dièsel convencionals i elèctrics híbrids per a cicles de conducció reals utilitzant simulacions numèriques 0D. Això es complementa amb estudis del cost del cicle de vida dels diferents vehicles per veure quina opció de tren motriu pot ser més eficient. A més, els combustibles sintètics baixos en carboni també s'estan avaluant com a solució alternativa per reemplaçar el combustible dièsel i veure el canvi que pot portar al cicle de vida dels vehicles amb motor de combustió interna. Aquestes avaluacions es fan per a diferents ubicacions a nivell mundial per observar els factors locals que afecten els resultats. Per tant, aquest treball té per objectiu avaluar els resultats del cicle de vida per als responsables polítics i els fabricants d'automòbils a nivell mundial, tant de les emissions com del cost, associats amb cada opció de tren motriu. Com a resultat d'aquesta investigació, s'observen diversos desafiaments relacionats amb els vehicles elèctrics de bateria que cal abordar abans de la seva adopció massiva. Per tant, es proposa utilitzar vehicles híbrids com una solució a curt termini per abordar la urgència de reducció d'emissions globals. Això, de fet, també es pot considerar una solució a llarg termini si funciona amb combustibles baixos en carboni. / [EN] Several studies in the past have shown that despite having zero tailpipe emissions in a fully electric vehicle, it does have emissions when evaluated on a life cycle basis. Technology development over the years by humankind has constantly led to an increase in energy dependence. Unfortunately, this energy comes mainly from fossil-based sources that are limited. One major consumer of fossil-based energy sources is the transportation industry, which uses fossil-based petrol and diesel as fuels. These fuels are burned in internal combustion engines to produce energy due to their high calorific value. Since these are carbon-based fuels, it generates carbon dioxide during the combustion process, which is a greenhouse gas and leads to global warming. Therefore, there has been very strict monitoring and regulation of its emissions from the automotive tailpipes over the years. In recent years, different regions across the world have planned to completely stop the sale of conventional internal combustion engine-based vehicles. Thus, selling only zero tailpipe emission vehicles such as battery electric vehicles and fuel cell electric vehicles. This is primarily due to the emission intensity of the electricity mix used to power the batteries and from the battery manufacturing process for battery electric vehicles. At the same time, the fuel cell vehicle depends mainly on the emission intensity of hydrogen production. Since current hydrogen production is very limited and carbon-intensive, battery electric vehicles are highly favoured to replace internal combustion engine vehicles soon. Another reason behind the push for this shift is the high efficiency of electric powertrains. Despite that, it is very challenging for battery electric vehicles to match the driving range of internal combustion engine vehicles due to the large difference in the energy density of batteries and liquid fuels, currently. Further, in real driving conditions, this driving range is even more reduced for electric vehicles, even after having large battery packs on board. This is a major limitation for battery electric vehicles, especially for the ones meant for long haul routes, until an extensive charging infrastructure is developed. Therefore, in this thesis, the emission reduction potential of electric vehicles is evaluated following a life cycle approach for passenger cars and city buses. This is done by comparing their emissions with that of conventional diesel and hybrid electric vehicles for real driving cycles by means of 0D numerical simulations. This is complemented with life cycle cost studies for the different vehicles to see which powertrain option can be efficient in terms of emissions but also cost. Moreover, low-carbon synthetic fuels are also evaluated as an alternative drop-in solution to replace diesel fuel and see the change it can bring on a life cycle basis for hybrid and conventional internal combustion engine vehicles. These evaluations are done for different locations globally to observe the local factors that affect the results of each powertrain option for the two vehicle segments. Thus, this work is intended to evaluate the life cycle results for the policymakers and automobile manufacturers globally, for the emissions as well as the cost associated with each powertrain option. As an outcome of this research, several challenges are observed related to emissions and cost of the battery electric vehicles that need to be addressed before their mass adoption. Hence, the use of hybrid vehicles as a short-term solution to address the global emission reduction urgency is proposed for the road transportation sector. Which, in fact, may also be considered a long-term solution if powered with low-carbon fuels. / Tripathi, S. (2023). Life Cycle Analysis of Different Powertrain Technologies for Decarbonising Road Transportation [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/196725