Inaug. _ Diss.: Philosophische Fakultät: Bonn: 1974. _ Résumé p. 321-323. _ Bibliogr. p. 382-394.

Texte remanié de: Diss.--Philosophische Fakultät--Bonn, 1974. / Mention parallèle de titre ou de responsabilité : Naran-u gerel. Auteur d'après le texte. - Bibliogr. p. 94-99. Index. Glossaire. - Contient les reprod. en fac-sim. du texte tibétain et de sa version mongole.

Thesis--Bonn. / Includes texts in romanized Tibetan and Mongolian. Includes bibliographical references (p. 382-394).

La production d’hydrogène et de dioxygène par électrolyse PEM (PEM « Proton Exchange Membrane ») de l’eau s’effectue grâce à la présence de métaux nobles dans les couches catalytiques: à la cathode, le platine supporté sur du carbone est généralement utilisé (les chargements en métaux nobles sont faibles de l’ordre de 0,5 mg/cm²) ; à l’anode, la production d’oxygène s’effectue à des potentiels élevés (> 1,6 V vs. ESH). Les oxydes de métaux nobles sont utilisés seuls dans la couche active anodique et servent à la fois de catalyseurs et de conducteurs électroniques. Comme ils sont parmi les métaux les plus denses, pour obtenir une continuité électrique de la couche anodique, les chargements doivent être très élevés, de l’ordre de 2-3 mg/cm².Cette thèse propose ainsi de développer de nouveaux matériaux supports stables électrochimiquement et bons conducteurs électroniques pour séparer les fonctions de catalyse et de conduction électronique. Pour cela, des assemblages membrane électrodes intégrant des particules de titane comme support de catalyseur anodique ont été préparés dans notre laboratoire. Testés en mono-cellule de 25 cm², leurs principales caractéristiques ont été déterminées par voltampérométrie cyclique, spectroscopie d’impédance et grâce à des courbes de polarisations à différentes températures. La comparaison des résultats obtenus entre ces anodes « innovantes » et celles à base de catalyseur seul a permis de mettre en évidence la présence d’un chargement anodique seuil de 0,5 mg/cm² en dessous duquel la présence d’un support de catalyseur est nécessaire pour assurer la percolation électrique. Grâce à l’utilisation de ce support de catalyseur bon marché, les chargements anodiques ont pu être réduits jusqu’à des valeurs aussi faibles que 0,1 mg/cm² IrO2, soit une réduction de dix fois au minimum par rapport aux taux généralement employés dans la littérature, tout en maintenant des performances identiques. / It is expected that PEM water electrolysis will play a significant role in the hydrogen society as a key process for producing hydrogen from renewable energy sources but before this, substantial cost reductions are still required. Because of the high acidity of membrane materials used in PEM water electrolysers, expensive noble-metals or their oxides are required as electrocatalysts (platinum for hydrogen evolution and iridium for oxygen evolution). As the oxygen evolution reaction takes place with a large overpotential (anodic potential > 1.6 V) only few materials can be used to avoid corrosion. In state-of-the-art, noble metal oxides are generally used alone in the active layer with typical loadings of 2-3 mg/cm² and act as both catalyst and electronic conductor.In order to reduce the noble metal loadings and keep a good electronic conductivity of the catalytic layer, iridium can be supported onto a conductive and electrochemical stable material support. To gain more insights, several MEAs with anodes made of pure iridium oxide or 50 wt % IrO2/Ti anodes have been prepared and characterized using cyclic voltammetry and impedance spectroscopy, and by measuring polarization curves at different operating temperatures. Without the catalyst support, anodic loadings can be reduced down to 0,5 mg/cm² without any degradation in the electrochemical performances. By using anodes made of iridium oxide and titanium particles, further reductions of anodic loading can be made down to 0.1 mg/cm² with performances similar to those obtained with conventional loadings of several mg cm-2.

La production d'hydrogène et de dioxygène par électrolyse PEM (PEM " Proton Exchange Membrane ") de l'eau s'effectue grâce à la présence de métaux nobles dans les couches catalytiques: à la cathode, le platine supporté sur du carbone est généralement utilisé (les chargements en métaux nobles sont faibles de l'ordre de 0,5 mg/cm²) ; à l'anode, la production d'oxygène s'effectue à des potentiels élevés (> 1,6 V vs. ESH). Les oxydes de métaux nobles sont utilisés seuls dans la couche active anodique et servent à la fois de catalyseurs et de conducteurs électroniques. Comme ils sont parmi les métaux les plus denses, pour obtenir une continuité électrique de la couche anodique, les chargements doivent être très élevés, de l'ordre de 2-3 mg/cm².Cette thèse propose ainsi de développer de nouveaux matériaux supports stables électrochimiquement et bons conducteurs électroniques pour séparer les fonctions de catalyse et de conduction électronique. Pour cela, des assemblages membrane électrodes intégrant des particules de titane comme support de catalyseur anodique ont été préparés dans notre laboratoire. Testés en mono-cellule de 25 cm², leurs principales caractéristiques ont été déterminées par voltampérométrie cyclique, spectroscopie d'impédance et grâce à des courbes de polarisations à différentes températures. La comparaison des résultats obtenus entre ces anodes " innovantes " et celles à base de catalyseur seul a permis de mettre en évidence la présence d'un chargement anodique seuil de 0,5 mg/cm² en dessous duquel la présence d'un support de catalyseur est nécessaire pour assurer la percolation électrique. Grâce à l'utilisation de ce support de catalyseur bon marché, les chargements anodiques ont pu être réduits jusqu'à des valeurs aussi faibles que 0,1 mg/cm² IrO2, soit une réduction de dix fois au minimum par rapport aux taux généralement employés dans la littérature, tout en maintenant des performances identiques.

Die Verkehrsinfrastruktur hat eine essenzielle Bedeutung für den Wirtschaftsstandort Deutschland. Im Besonderen gilt dies für die Straßeninfrastruktur. Der Erhalt sowie der Ausbau des Straßennetzes, vor allem der Bundesfernstraßen, wird in den kommenden Jahren die Bundesrepublik vor enorme Herausforderungen stellen. Die hierfür erforderlichen massiven finanziellen Mittel werden überwiegend durch den deutschen Steuer-zahler getragen. Resultierend hieraus liegt es im Interesse aller, diese finanziellen Mittel möglichst effizient und zielorientiert einzusetzen. Die Sicherstellung einer dauerhaften Verfügbarkeit unserer Straßeninfrastruktur ist nicht nur aus volkswirtschaftlicher Sicht eine primäre Zielsetzung, sondern betrifft auch gesellschaftspolitische Belange. Die stark gestiegenen Beeinträchtigungen des Verkehrsflusses durch Baustellen auf deutschen Autobahnen entspringen nicht nur der subjektiven Wahrnehmung der Verkehrsteilnehmer. Die Anzahl und die Länge der Baustellen haben sich in den letzten Jahren deutlich erhöht und dies lässt sich statistisch auch belegen (ADAC-Statistik). Die Zunahme des Güter-verkehrsaufkommens sowie die bevorstehenden Veränderungen im Zuge des Klima-wandels werden die Herausforderungen im Straßenbau deutlich erhöhen. Diese Einflüsse werden die derzeit bereits vorhandenen Probleme potenzieren. Die konventionelle und heute fast ausschließlich angewendete Dimensionierung des Straßenoberbaus nach den Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen (RStO 12) stellt keinen zielorientierten Lösungsansatz mehr dar. Über-legungen für hoch belastete Straßen eine Belastungsklasse jenseits der Bk100 (z.B: Bk200, Bk300, Bk400 oder Bk500) einzuführen, werden zwangsläufig in eine Sackgasse führen müssen. Aufgrund der fehlenden Kopplung der Leistungsfähigkeit der Baustoffe und Baustoffgemische wegen der ausschließlich an die Verkehrsbelastung gebundenen standardisierten Vorgabe der Schichtdicken ist dieses Dimensionierungsprinzip längst überholt und nachweislich nicht geeignet, um dauerhafte Befestigungsaufbauten sicherzustellen. Im nachgeordneten Straßennetz, wo zum einen die Verkehrsbelastungen gering und zum anderen die Anforderungen an die Verfügbarkeit der Straßeninfrastruktur moderat sind, kann die Standardisierung des Oberbaus nach den RStO 12 auch weiterhin erfolgen. Für hoch belastete Straßen ist die Zeit für eine grundlegende Veränderung in der Dimensionierung des Oberbaus längst überfällig. Die bevorstehenden Herausforderungen im konstruktiven Straßenbau können nur durch die gezielte Anwendung von rechnerischen Dimensionierungsverfahren gelöst werden. Mit den RDO Asphalt 09 bzw. RDO Asphalt 09/19E steht in Deutschland ein Regelwerk für die Dimensionierung von Oberbauten in Asphaltbauweise zur Verfügung. Das Dimensionierungsverfahren nach den RDO Asphalt berücksichtigt dabei die Verkehrsbelastung sowohl in der Menge (Anzahl Achsübergänge), als auch in der Höhe (Häufigkeitsverteilung der Achslastklassen). Die Temperaturbedingungen im Oberbau werden durch entsprechende Temperaturprofile und zugeordnete Auftretenshäufigkeiten berücksichtigt. Das Materialverhalten der eingesetzten Baustoffe und Baustoffgemische bildet eine wesentliche Grundlage für die Modellierung und zur Berechnung des Beanspruchungszustandes in der Konstruktion. Unter Berücksichtigung aller maß-gebenden Belastungsvariationen (Kombination aus Achslast, Temperaturzustand und zugeordneten Achsübergängen) können die Teilschädigungen unter Einbeziehung des Ermüdungsverhaltens berechnet und zu einer Gesamtschädigung akkumuliert werden. Im Ergebnis des Dimensionierungsprozesses nach den RDO Asphalt werden zum einen die Schichtdicken des Oberbaus individuell an die objektbezogenen Randbedingungen angepasst (dimensioniert) und zum anderen wird durch die erforderliche Nachweisführung an den maßgebenden Nachweispunkten eine rechnerische Nutzungsdauer des Oberbaus von (i.d.R.) 30 Jahren sichergestellt. Der innovative Kern des rechnerischen Dimen-sionierungsverfahrens nach den RDO Asphalt ist die Berücksichtigung des Materialverhaltens der eingesetzten Baustoffe. Im Besonderen gilt dies für das Materialverhalten der Asphalte (Steifigkeitsverhalten, Ermüdungsresistenz, Kälteverhalten). Die ganzheitliche Berücksichtigung der wesentlichen Eingangsgrößen (Verkehrs- und Temperaturbelastung) einschließlich der Berechnung der maßgebenden Beanspruchungen in der Konstruktion in Verbindung mit einer Schadenshypothese machen das Dimensionierungsverfahren nach den RDO Asphalt zu einer weltweiten Innovation in der Dimensionierung von Straßenbefestigungen. Aufbauend auf den derzeit in den RDO Asphalt implementierten Berechnungs- und Nachweisverfahren können nicht nur Asphalttragschichten berücksichtigt werden. Die Übertragung des Berechnungsverfahrens ist auch auf den Bereich der Asphaltdeck- und Asphaltbinderschichten möglich. Hierfür ist der Nachweispunkt in der jeweiligen Schicht mit der höchsten relevanten Beanspruchung zu suchen, um mit diesen in Analogie zum Verfahren der RDO Asphalt den Nachweis auf Ermüdung zu führen. Als Beanspruchungsgröße für die Berechnung der Schädigung basierend auf der Schadenshypothese kann nach derzeitigem Kenntnisstand die größte Hauptdehnung verwendet werden. Die Berücksichtigung des Verformungsverhaltens der Asphalte und der damit einher-gehenden Abschätzung der Spurrinnenanfälligkeit ist derzeit in den RDO Asphalt nur sehr vereinfacht eingebunden. Unter Verwendung des Berechnungsmodells sowie der dimen-sionierungsrelevanten Eingangsgrößen aus den RDO Asphalt ist die Integration einer Spurrinnenprognose in das Dimensionierungsverfahren möglich. Das Modell zur Akkumulation der bleibenden Verformungen ist entwickelt und steht für die Anwendung bereit. Die Voraussetzungen, die Spurrinnenbildung als weiteres Dimensionierungskriterium in die RDO Asphalt aufzunehmen, sind geschaffen. In dieser Arbeit wurde eine Methode zu einer an der rechnerischen Nutzungsdauer orientierten Materialoptimierung vorgestellt und diskutiert. Dieser Lösungsansatz berück-sichtigt gleichermaßen technische Notwendigkeiten und wirtschaftliche Anforderungen an die Mischgutkonzeption von Asphalten mit der Zielstellung, eine avisierte rechnerische Nutzungsdauer zu gewährleisten und somit dauerhafte Oberbauten in Asphaltbauweise herstellen zu können. Die ganzheitliche Betrachtung aller Einflussgrößen auf den Prozess der Materialoptimierung und letztlich auch der eigentlichen Mischgutkonzeption trägt einen richtungsweisenden Charakter im Hinblick auf die Lösung der bevorstehenden Herausforderungen im Straßenbau. Die bauvertraglichen Risiken und Fragestellungen bei Anwendung der RDO Asphalt sind leider noch nicht abschließend geklärt. Eine „ZTV RDO Asphalt“ ist dringend erforderlich, um auch für konventionelle Bauverträge den Weg für eine gezielte Anwendung der RDO Asphalt zu ebnen. Speziell die Problemstellung, Asphalte mit einem definierten Materialverhalten prozesssicher herstellen zu können, wurde in den letzten Jahren schlichtweg unterschätzt bzw. spielt im derzeitigen technischen Regelwerk gar keine Rolle. Die Definition von Anforderungswerten wie beispielsweise dem Erweichungspunkt Ring und Kugel oder der Nadelpenetration für die Charakterisierung und Klassifizierung von Bitumen ist in diesem Zusammenhang technisch wenig zielführend. Die Umstellung der Prüfverfahren für Bitumen auf DSR-Versuche, mit Prüfprozeduren, die zu belastbaren und aussagekräftigen Ergebnissen zur Charakterisierung der Materialverhaltens führen, ist längst überfällig. Die Anforderungswerte des technischen Regelwerkes müssen die Dauerhaftigkeit des Oberbaus als Zielstellung verfolgen. Hierbei wird dem mechanischen Materialverhalten der Asphalte eine primäre Bedeutung zu Teil. Eine Möglichkeit entsprechende Anforderungswerte zu formulieren und dabei einen Kompromiss zwischen der volkswirtschaftlichen Notwendigkeit (lange Nutzungsdauer) und dem derzeit technisch Machbaren (definiertes Materialverhalten) zu wahren, wurde mit der Kategorisierung des Materialverhaltens vorgestellt und diskutiert. Abschließend bleibt festzuhalten, dass mit den RDO Asphalt ein auf die Nutzungsdauer ausgerichtetes Dimensionierungsverfahren zur Verfügung steht, mit dem die bevor-stehenden enormen Herausforderungen im Straßenbau bewältigt werden können. Mit den Softwarelösungen ADtoPave 2018 und PaDesTo stehen in Deutschland zwei kommerzielle Programme zur Verfügung, die alle erforderlichen Funktionalitäten für die Anwendung der rechnerischen Dimensionierung nach den RDO Asphalt bereitstellen. Die Ampel für einen Paradigmenwechsel in der Dimensionierung von Verkehrsflächenbefestigungen steht auf grün.

Yes / Optimization plays a pivotal role in computer graphics and vision. Learning-based optimization algorithms have emerged as a powerful optimization technique for solving problems with robustness and accuracy because it learns gradients from data without calculating the Jacobian and Hessian matrices. The key aspect of the algorithms is the least-squares method, which formulates a general parametrized model of unconstrained optimizations and makes a residual vector approach to zeros to approximate a solution. The method may suffer from undesirable local optima for many applications, especially for point cloud registration, where each element of transformation vectors has a different impact on registration. In this paper, Reweighted Discriminative Optimization (RDO) method is proposed. By assigning different weights to components of the parameter vector, RDO explores the impact of each component and the asymmetrical contributions of the components on fitting results. The weights of parameter vectors are adjusted according to the characteristics of the mean square error of fitting results over the parameter vector space at per iteration. Theoretical analysis for the convergence of RDO is provided, and the benefits of RDO are demonstrated with tasks of 3D point cloud registrations and multi-views stitching. The experimental results show that RDO outperforms state-of-the-art registration methods in terms of accuracy and robustness to perturbations and achieves further improvement than non-weighting learning-based optimization.

Le dihydrogène (H2) se présente comme le futur vecteur énergétique pour une économie basée sur des ressources propres et respectueuses de l'environnement. Il est le combustible idéal de la pile à combustible régénérative constituée de deux entités : un électrolyseur pour sa production, et une pile à combustible pour sa conversion directe en énergie électrique. Ce système présente l'avantage d'être compact et autonome. Cependant, l'amélioration de l'activité catalytique des matériaux, leur stabilité et l'élimination de métaux nobles dans leur composition sont nécessaires. Des catalyseurs bifonctionnels à base de métaux de transition associés au graphène ont alors été synthétisés. L'interaction oxyde-graphène a été étudiée sur un catalyseur Co3O4/NRGO. À faible teneur en cobalt, l'interaction entre les atomes de cobalt de l'oxyde et les atomes d'azote greffés sur les plans de graphène a été observée par voltammétrie cyclique. Cette interaction est responsable d'une diminution de la taille des nanoparticules de cobaltite et de l'activité de celles-ci vis-à-vis de la réaction de réduction du dioxygène (RRO). La substitution du cobalt par le nickel dans des structures de type spinelle (NiCo2O4/RGO) obtenu par voie solvothermale, a permis d'améliorer les performances électrocatalytiques vis-à-vis de la RRO et de la RDO. Ce matériau et un autre de type Fe-N-C préparé en collaboration avec un laboratoire de l'Université Technique de Berlin ont servi de cathode dans des études préliminaires réalisées en configuration pile à combustible alcaline à membrane échangeuse d'anion (SAFC). / Hydrogen, as an environmentally friendly future energy vector, is a non-toxic and convenient molecule for regenerative fuel cell, which connects two different technologies: an electrolyzer for H2 production, and a fuel cell for its direct conversion to electric energy. This kind of system possesses many advantages, such as lightness, compactness and more autonomy. However, improvement of activity and durability of electrode materials free from noble metals in their composition is needed. Thereby, bifunctional catalysts composed of transition metals deposited onto graphene-based materials were synthesized. The interaction between the metal atom of the oxide and the graphene doped heteroatom in the Co3O4/NRGO catalyst was investigated physicochemically. With a low cobalt loading, the interaction between cobalt and nitrogen was characterized by cyclic voltammetry, which revealed that it was responsible for decreasing the oxide nanoparticle size, as well as increasing the material activity towards the oxygen reduction reaction (ORR). The substitution of Co by Ni in the spinel structure (NiCo2O4/RGO) obtained by solvothermal synthesis, allowed the enhancement of the electrocatalytic performances towards the ORR and OER. Moreover, this catalyst as well as another material prepared in collaborative program with a lab from Technical University of Berlin were used as cathode in preliminary studies undertaken on solid alkaline fuel cell (SAFC).

Tesis por compendio / [EN] Currently, there is a trend towards sustainability, especially in developed countries, where the concerns of society about environmental degradation and social problems have increased. Following this trend, the construction sector is one of the most influential sectors due to its high economic, environmental, and social impacts. At the same time, there is an increase in the demand for transport, which drives a need to develop and maintain the necessary infrastructure for this purpose. Taking all these factors into account, bridges become a key structure and therefore assessment of sustainability throughout their whole life-cycle is essential. The main objective of this thesis is to propose a methodology that allows assessment of the sustainability of a bridge under uncertain initial conditions (subjectivity of the decision-maker or variability of initial parameters) and optimization of the design to obtain a robust optimal bridge. To this end, an extensive bibliographic review of all the works that perform assessments of the sustainability of bridges through the valuation of criteria related to their main pillars (economic, environmental, or social) has been carried out. In this review, it has been observed that the most comprehensive way to evaluate the environmental and social pillars is through the use of life-cycle impact assessment methods. These methods allow sustainability assessment to be performed for the whole life-cycle of the bridge. This process provides valuable information to decision-makers for the assessment and selection of the most sustainable bridge. However, the decision-makers' subjective assessments of the relative importance of the criteria influence the final assessment of sustainability. For this reason, it is necessary to create a methodology that reduces the associated uncertainty and seeks robust solutions according to the opinion of decision-makers. In addition, for bridges, the design and decision-making are conditioned by the initially defined parameters. This leads to solutions that may be sensitive to small changes in these initial conditions. A robust optimal design makes it possible to obtain optimal solutions and structurally stable designs under variations of the initial conditions as well as sustainable designs that are not influenced by the preferences of the stakeholders who are part of the decision-making process. Thus, obtaining a robust optimal design becomes a probabilistic optimization process that has a high computational cost. For this reason, the use of metamodels has been integrated into the proposed methodology. Specifically, Latin hypercube sampling is used for the definition of the initial sample and a kriging model is used for the definition of the mathematical approximation. In this way, kriging-based heuristic optimization reduces the computational cost by more than 90% with respect to conventional heuristic optimization while obtaining very similar results. This thesis provides, first of all, an extensive bibliographic review of both the criteria used for the assessment of sustainability of bridges and the different methods of life-cycle impact assessment to obtain a complete profile of the environmental and social pillars. Subsequently, a methodology is defined for the full assessment of sustainability, using life-cycle impact assessment methods. Likewise, an approach is proposed that makes it possible to obtain structures with little influence from the structural parameters, as well as from the preferences of the different decision-makers regarding the sustainability criteria. The methodology provided in this thesis is applicable to any other type of structure. / [ES] Actualmente existe una tendencia hacia la sostenibilidad, especialmente en los países desarrollados donde la preocupación de la sociedad por el deterioro ambiental y los problemas sociales ha aumentado. Siguiendo esta tendencia, el sector de la construcción es uno de los sectores que mayor influencia tiene debido a su alto impacto económico, ambiental y social. Al mismo tiempo, existe un incremento en la demanda de transporte que provoca la necesidad de desarrollo y mantenimiento de las infraestructuras necesarias para tal fin. Con todo esto, los puentes se convierten en una estructura clave, y por tanto, la valoración de la sostenibilidad a lo largo de toda su vida es esencial. El objetivo principal de esta tesis es proponer una metodología que permita valorar la sostenibilidad de un puente bajo condiciones iniciales inciertas (subjetividad del decisor o variabilidad de parámetros iniciales) y optimizar el diseño para obtener puentes óptimos robustos. Para ello, se ha realizado una extensa revisión bibliográfica de todos los trabajos en los que se realiza un análisis de la sostenibilidad mediante la valoración de criterios relacionados con sus pilares principales (económico, medio ambiental o social). En esta revisión, se ha observado que la forma más completa de valorar los pilares medioambientales y sociales es mediante el uso de métodos de análisis de ciclo de vida. Estos métodos permiten llevar a cabo la valoración de la sostenibilidad durante todas las etapas de la vida de los puentes. Todo este procedimiento proporciona información muy valiosa a los decisores para la valoración y selección del puente más sostenible. No obstante, las valoraciones subjetivas de los decisores sobre la importancia de los criterios influyen en la evaluación final de la sostenibilidad. Por esta razón, es necesario crear una metodología que reduzca la incertidumbre asociada y busque soluciones robustas frente a las opiniones de los agentes implicados en la toma de decisiones. Además, el diseño y toma de decisiones en puentes está condicionado por los parámetros inicialmente definidos. Esto conduce a soluciones que pueden ser sensibles frente a pequeños cambios en dichas condiciones iniciales. El diseño óptimo robusto permite obtener diseños óptimos y estructuralmente estables frente a variaciones de las condiciones iniciales, y también diseños sostenibles y poco influenciables por las preferencias de los decisores que forman parte del proceso de toma de decisión. Así pues, el diseño óptimo robusto se convierte en un proceso de optimización probabilística que requiere un gran coste computacional. Por este motivo, el uso de metamodelos se ha integrado en la metodología propuesta. En concreto, se ha utilizado hipercubo latino para la definición de la muestra inicial y los modelos kriging para la definción de la aproximación matemática. De esta forma, la optimización heurística basada en kriging ha permitido reducir más de un 90% el coste computacional respecto a la optimización heurística conveniconal obteniendo resultados muy similares. Esta tesis proporciona en primer lugar, una amplia revisión bibliográfica, tanto de los criterios utilizados para la valoración de la sostenibilidad en puentes como de los diferentes métodos de análisis de ciclo de vida para obtener un perfil completo de los pilares ambientales y sociales. Posteriormente, se define una metodología para la valoración completa de la sostenibilidad, usando métodos de análisis de ciclo de vida. Asimismo, se propone un enfoque que permite obtener estructuras poco influenciables por los parámetros estructurales, así como por las preferencias de los diferentes decisores frente a los criterios sostenibles. La metodología proporcionada en esta tesis es aplicable a cualquier otro tipo de estructura. / [CA] Actualment existeix una tendència cap a la sostenibilitat, especialment en els països desenrotllats on la preocupació de la societat pel deteriori ambiental i els problemes socials ha augmentat. Seguint aquesta tendència, el sector de la construcció és un dels sectors que major influència té a causa del seu alt impacte econòmic, ambiental i social. Al mateix temps, existeix un increment en la demanda de transport que provoca la necessitat de desenrotll i manteniment de les infraestructures necessàries per a tal fi. En tot açò, els ponts es converteixen en una estructura clau, i per tant, la valoració de la sostenibilitat al llarg de tota la seua vida és essencial. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral és proposar una metodologia que permeta valorar la sostenibilitat d'un pont baix condicions inicials incertes (subjectivitat del decisor o variabilitat dels paràmetres inicials) i optimitzar el disseny per a obtenir ponts òptims robusts. Per a això, s'ha realitzat una extensa revisió bibliogràfica de tots els treballs en els quals es realitza un anàlisis de la sostenibilitat mitjançant la valoració de criteris relacionats amb els seus pilars principals (econòmic, ambiental o social). En aquesta revisió s'ha observat que la forma més completa de valorar els pilars ambientals i socials és mitjançant l'ús de mètodes d'anàlisis de cicle de vida. Aquests mètodes permeten realitzar la valoració de la sostenibilitat al llarg de totes les etapes de la vida dels ponts. Tot aquest procediment proporciona informació molt valuosa als decisors per a la valoració i selecció del pont més sostenible. No obstant això, les valoracions subjectives dels decisors sobre la importància dels criteris influeixen en l'avaluació final de la sostenibilitat. Per aquesta raó, és necessari crear una metodologia que reduïsca la incertesa associada i busque solucions robustes enfront de les opinions dels agents implicats en la presa de decisions. A més, el disseny i la presa de decisions en ponts està condicionat pels paràmetres inicialment definits. Açò condueix a solucions que poden ser sensibles front a menuts canvis en les dites condicions inicials. El disseny òptim robust permet obtenir dissenys òptims i estructuralment estables front a variacions de les condicions inicials, i també dissenys sostenibles i poc influenciables per les preferències dels decisors que formen part del procés de presa de decisió. D'aquesta manera, el disseny òptim robust es converteix en un procés d'optimització probabilística que requereix un gran cost computacional. Per aquest motiu, l'ús de metamodels s'ha integrat en la metodologia proposta. En concret, s'ha utilitzat l'hipercub llatí per a la definició de la mostra inicial i els models kriging per a la definició de l'aproximació matemàtica. D'aquesta forma, l'optimització heurística basada en kriging ha permés reduir més d'un 90% el cost computacional respecte a l'optimització heurística convencional obtenint resultats molt similars. Aquesta tesi doctoral proporciona en primer lloc, una ampla revisió bibliogràfica, tant dels criteris utilitzats per a la valoració de la sostenibilitat en ponts com dels diferents mètodes d'anàlisis de cicle de vida per a obtenir un perfil complet dels pilars ambientals i socials. Posteriorment, es defineix una metodologia per a la valoració completa de la sostenibilitat, utilitzant mètodes d'anàlisis de cicle de vida. Així mateix, es proposa un enfocament que permet obtenir estructures poc influenciables pels paràmetres estructurals, així com per les preferències dels diferents decisors enfront dels criteris sostenibles. La metodologia proporcionada en aquesta tesi doctoral és aplicable a qualsevol altre tipus d'estructura. Nº de páginas: / I would like to acknowledge the economic support of the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness, formerly called Spanish Ministry of Science and Innovation. This thesis has been possible thanks to the FPI fellowship and the financially support of BRIDLIFE (Research Project BIA2014-56574-R) and DIMALIFE (Project BIA2017-85098-R). / Penadés Plà, V. (2020). Life-cycle sustainability design of post-tensioned box-girder bridge obtained by metamodel-assisted optimization and decision-making under uncertainty [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/147480 / TESIS / Compendio

This research effort develops a comprehensive computational framework to support the parametric optimal design of uncertain dynamical systems. Uncertainty comes from various sources, such as: system parameters, initial conditions, sensor and actuator noise, and external forcing. Treatment of uncertainty in design is of paramount practical importance because all real-life systems are affected by it; not accounting for uncertainty may result in poor robustness, sub-optimal performance and higher manufacturing costs. Contemporary methods for the quantification of uncertainty in dynamical systems are computationally intensive which, so far, have made a robust design optimization methodology prohibitive. Some existing algorithms address uncertainty in sensors and actuators during an optimal design; however, a comprehensive design framework that can treat all kinds of uncertainty with diverse distribution characteristics in a unified way is currently unavailable. The computational framework uses Generalized Polynomial Chaos methodology to quantify the effects of various sources of uncertainty found in dynamical systems; a Least-Squares Collocation Method is used to solve the corresponding uncertain differential equations. This technique is significantly faster computationally than traditional sampling methods and makes the construction of a parametric optimal design framework for uncertain systems feasible. The novel framework allows to directly treat uncertainty in the parametric optimal design process. Specifically, the following design problems are addressed: motion planning of fully-actuated and under-actuated systems; multi-objective robust design optimization; and optimal uncertainty apportionment concurrently with robust design optimization. The framework advances the state-of-the-art and enables engineers to produce more robust and optimally performing designs at an optimal manufacturing cost. / Ph. D.