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

Architecture and environment are strongly linked. In Mediterranean countries, the control of radiation is one ofthe most important environmental aspects to take into account, because of the high radiation levels reached and the frequency of clear blue sky situation. lt has thermal and lighting consequences which deeply affect architecture. From the first point of view, it is essential to avoid the thermal contribution of radiation inside the buildings during most of the year, but taking advantage of it when the condition outdoor makes it necessary. lt has several lighting consequences , since the availability of daytight indoor is necessarily reduced during summer to avoid overheating. Even though the amount of daytight in buildings is enough for most activities, the contrast generated by the difference between indoor and outdoor lighting is the key factor in the entrance of buildings, which has to be compensated with artificial lighting. The entrance to buildings can be solved by different ways, either through a single door or going over different spaces . During this transition, the visual system needs time to adapt to different light conditions, and the spaces where it takes place should be designed to make it easier. This is a very important purpose, but entrance spaces have other functions such as providing a good orientation to users, especially if they do not know the building or, besides functionality, providing the first impression of the building from an aesthetic point of view. In general, entrance spaces do not have strictly defined morphological features. lts dimension can vary as well as its composition, or the contact with the exterior and the materials used in finishes. As it happens with the shape, the kind and amount of light is variable. lt can come from different points, to show a variety of compositions , it can be warm or cold, direct of diffuse, etc. All these formal features shape a visual scene with a specific appearance. The visual scene outdoor has also an appearance linked to the interaction between Mediterranean light and urban landscape. In high radiation periods, this scene is composed by a very bright zone at the bottom, with the pavement; another luminous zone at the top with the sky vault; and a central zone with façades, more heterogenic and with higher and lower luminosity values compared with the other zones and the interior of the building. The sequence of visual scenes as well as their composition and distribution of light is very important to understand the transition. Other aspects, such as the colour of light and space, the visual connection with the exterior or the atmosphere, are also important in entrance spaces. However, the key factor is the composition of visual scenes during the sequence, where architectural design plays an important role. Space and light design are the instruments required to make the adaptation easier and providing the space with the quality needed. Many conclusions can be drawn from the interaction between visual quality and design. Some examples are: the importance of pavement appearance during the visual transition, the influence of colour and materials in brightness perception, or the advantages of articulated spaces in the entrance of buildings by means of the use of shade. Of course, daylighting design has also an impact on visual quality. In short, the distribution of shade and light during the transition is a key factor to improve visual adaptation. The architectural design of entrance spaces is flexible enough to integrate solutions which improve the vision during the periods of strong radiation outdoors. This thesis serves as a guideline to know the specific visual needs and the consequences of design in order to improve visual adaptation during the transition. / Tota arquitectura esta lligada a les condicions del lloc. A l'entorn mediterrani, una de les més importants és el control de la radiació, que en aquest clima assoleix elevats nivells i esta acompanyada d'una sovintejada presència de dies amb cel clar. Això té conseqüències tèrmiques i lumíniques que afecten l'arquitectura. Les primeres es tradueixen en defugir l'entrada de radiació a l'interior la major part de l'any, però treure'n profit a les èpoques en que més es necessita. Les conseqüències lumíniques estan vinculades amb les anteriors, ja que l'entrada de llum a l' interior durant l'época més calorosa es veu clarament minvada. Si bé la quantitat és suficient, el contrast general per la diferència de llum entre l'interior i l'exterior converteix l'accés a l'edifici en un punt on la transició visual és clau. L'accés a l'edifici es pot produir de moltes maneres, travessant un pla amb una porta o bé recorrent un o varis espais. Durant el lapse de temps que dura aquesta transició, el sistema visual necessita temps per adaptar-se a situacions lumíniques diferents, i l'espai o espais on es produeix aquest pas han d'estar dissenyats per facilitar-la. Aquesta és una funció molt important, pero n'hi ha d'altres, com procurar orientació a les persones, sobre tot quan no coneixen l'espai o, al marge de la funcionalitat, proporcionar la primera impressió de l'edifici en un punt amb una carrega estética molt important. Formalment, els espais que donen accés als edificis no tenen uns trets morfològics definits. La seva dimensió és variada, així com la composició, el contacte físic amb l'exterior o els materials i acabats utilitzats. Igual que passa amb la forma, el tipus i quantitat de llum també és variable. Pot tenir diferents procedéncies, seguir diverses composicions, ser més calida o més freda, directa o difusa, etcétera. Tots aquests trets formals configuren una escena visual amb un aspecte concret. El mateix succeeix amb l'escena visual exterior, amb un aspecte lligat a la interacció de la llum mediterrània i el paisatge urbà. En moments d'alta radiació, aquesta escena està formada per una zona inferior molt clara on hi ha el paviment, una zona superior també molt clara on hi ha la voIta del cel, i una zona central formada perles façanes, molt més heterogénia i amb valors de lluminositat molt alts i molt baixos comparats amb els de les dues zones anteriors i amb els de l'interior de l'edifici. En aquesta transició intevenen de manera molt significativa el repartiment de la llum en l'espai i la successió d'escenes visuals en el temps. També entren en joc altres aspectes , com el color de la llum i de l'espai, la relació visual amb l'exterior o l'atmosfera creada. No obstant, els punts clau són els dos primers, als que s'ha de donar resposta mitjançant el disseny arquitectónic. El tractament de l'espai i la llum són els instruments necessaris per crear un disseny que faciliti l'adaptació entre les dues situacions lumíniques i dotar l'espai de la qualitat necessaria. De l'analisi de la relació entre qualitat visual i disseny es poden treure diferents conclusions. Per citar-ne algunes, la importancia del paviment en la transició visual, la influència del color i acabat de les superficies, o bé la reducció de lluminositat durant el recorregut allà on és més necessari gracies a la utilització d'espais articulats. Per descomptat, la manipulació adequada de la llum també intervé en la qualitat visual. En definitiva, el repartiment d'ombra en determinats llocs i de lluminositat en altres és clau en el disseny d'un espai amb voluntat de facilitar l'adaptació visual. El disseny dels espais que donen accés a l'arquitectura compta amb llibertat per integrar les solucions que es creguin més convenients, i en aquesta línia la tesi aporta pautes sobre les seves conseqüències en la qualitat visual i en la facilitat d'adaptació en situacions de transició lumínica.

This doctoral thesis defines a new methodology for evaluating and comparing different construction projects in an objective and systematic manner. It is innovative by incorporating issues as diverse as cost, occupational risks, environmental impact, and social impact. The methodology enables public administrations or other entities, during the construction tender stage, to quantify and compare the impact of the different construction options, to prioritise them, and to select the best based on a multi-criteria analysis. The proposed methodology can assess the impact of actual work during construction and contrast it with the impact predicted at the design stage, enabling corrective measures to be proposed timeously. The methodology is based on the multi-attribute utility theory, which was found to be the most appropriate theory among all multi-criteria decision aid methods reviewed. An occupational risk index (ORI) that allows the quantification of occupational risks in construction work is defined. The ORI is based solely on a given project's design and its resulting construction process and a project's ORI is a function of the total amount of work to be devoted to each risk activity. Occupational risks in construction work - and the activities in which the risks are present - have been categorised and, for each risk activity, the probability of occurrence and the most probable consequence have been determined. The ORI allows the prioritisation of the construction processes in terms of occupational risks and the selection of the least occupationally-risky construction process. It also enables the detection of the most risky activities and the introduction of improvements. Prior to the ORI, no similar index specific to construction work existed. A construction project has environmental impacts not only during the construction work stage but also during the preceding stages (extraction, manufacturing and transport of construction materials). The environmental impacts of the different stages in construction projects have been studied and different ways for measuring them have been defined according to data availability. The thesis includes average values of energy consumption and greenhouse gas emissions obtained from databases and from calculations in the thesis. This data can be used for the environmental impact calculations in cases where more accurate local data is not available. The methodology is sensitive to material consumption, reuse and recycling, energy saving, greenhouse gas and air pollutant emissions, waste generation, effects on sensitive environments and suchlike. The methodology enables the prioritisation of the construction projects, the selection of the best alternative and the introduction of improvements in terms of environmental impact. Social impacts due to construction work, especially in urban areas, (effects on transport, pedestrians, shops, noise and others) are very complex to analyse and the hitherto least studied and regulated type of impact. The different types of social impacts produced during construction work are identified and classified. An objective and systematic manner of measuring each one of these impacts is defined. The ability to quantify these social impacts is considered to be one of the main innovations of the thesis. This enables the prioritisation of the construction projects, the selection of the best alternative and the introduction of improvements in terms of social impact. Another significant contribution of the methodology is the incorporation of the different types of impacts, including the cost, in the same evaluation. Furthermore, it enables the incorporation of the interests of the different stakeholders: developers, people affected during construction work, constructors, etc. The methodology has been successfully applied in field trials: to four construction projects built by Imperial College London students in the UK and to two emergency shafts of a tunnel in Barcelona. / En la present tesi doctoral es defineix una metodologia que permet avaluar i comparar de forma objectiva i sistematitzada diferents procediments constructius integrant aspectes tan diversos com el cost, els riscos laborals, l'impacte ambiental i l'impacte social. La metodologia permet, a l'administració o qualsevol altra entitat, en la fase de licitació d'una obra, quantificar i comparar l'impacte de les diferents alternatives presentades a concurs, prioritzar-les i elegir la millor des d'un punt de vista multicriteri. També permet, en la fase d'execució d'una obra, avaluar i comparar l'impacte de l'obra planificada al projecte amb l'impacte de l'obra que s'està executant i sol¿licitar correccions o mesures compensatòries equivalents en cas de desviament. La metodologia s'estructura a partir de la teoria d'utilitat multiatribut, considerada com la més adequada entre tots els mètodes d'ajuda a la decisió estudiats. Primerament, s'ha definit un Índex de Risc Laboral (IRL) que permet quantificar els riscos laborals dels procediments constructius. L'IRL depèn de les hores de treball dedicades a cada activitat amb risc i, per tant, es pot calcular a partir de les dades de projecte. Per desenvolupar l'índex s'han tipificat els riscos laborals de la construcció i les activitats en les que hi són presents i, per a cada activitat amb risc, s'ha definit la probabilitat d'ocurrència i la conseqüència més probable en cas de produir-se l'accident. L'IRL permet prioritzar els procediments constructius respecte als riscos laborals i elegir el que impliqui menys riscos per als treballadors. També permet detectar les activitats amb més risc i introduir millores. Anteriorment no existia un índex similar específic de la construcció. L'impacte ambiental d'un procediment constructiu no es produeix només durant la fase d'execució sinó que es produeix també en les fases anteriors (extracció, manufactura i transport dels materials de construcció). En la tesi s'han estudiat els impactes ambientals i les fases en que es produeixen i s'han definit diferents formes de mesurar-los en funció de les dades disponibles. S'inclouen valors promitjos de consums d'energia i emissions de gasos d'efecte hivernacle obtinguts de bases de dades i de càlculs realitzats a la tesi. Aquestes dades es poden utilitzar per al càlcul de l'impacte en cas de no disposar d'informació més precisa. La metodologia és sensible al consum de materials, la reutilització i el reciclatge, l'estalvi energètic, l'emissió de gasos d'efecte hivernacle i contaminants atmosfèrics, la generació de residus, l'afecció a entorns sensibles, etc. La metodologia permet prioritzar els procediments constructius respecte a l'impacte ambiental, elegir el millor i introduir millores. Els impactes socials produïts per una obra, especialment en zona urbana, (afecció al transport, vianants, comerços, soroll, etc.) són els més complexos d'analitzar i els menys regulats i estudiats fins al moment. En la tesi s'identifiquen i es tipifiquen els diferents impactes socials produïts per l'execució d'una obra i es defineix la forma de mesurar cadascun d'aquests impactes de manera objectiva i sistematitzada. La possibilitat de quantificar l'impacte social es considera una de les principals aportacions de la tesi. Això permet prioritzar els diferents procediments constructius respecte a l'impacte social, elegir el millor i introduir millores. Una altra aportació important de la metodologia és que permet integrar els diferents impactes, juntament amb el cost, dins d'una mateixa avaluació. També permet integrar els interessos de les diferents parts implicades: administració, persones afectades durant l'obra, constructores, etc. La metodologia s'ha aplicat amb èxit a quatre projectes constructius executats per estudiants de l'Imperial College London al Regne Unit i a les obres de dos pous de ventilació i sortida d'emergència d'un túnel a Barcelona. Les aplicacions pràctiques han permès ajustar i millorar la metodologia. / En la presente tesis doctoral se define una metodología que permite evaluar y comparar de forma objetiva y sistematizada distintos procedimientos constructivos integrando aspectos tan diversos como el coste, los riesgos laborales, el impacto ambiental y el impacto social. La metodología permite, a la administración o cualquier otra entidad, en la fase de licitación de una obra, cuantificar y comparar el impacto de las distintas alternativas presentadas a concurso, priorizarlas y elegir la mejor desde un punto de vista multicriterio. También permite, en la fase de ejecución de una obra, evaluar y comparar el impacto de la obra planificada en proyecto con el impacto de la obra que se está ejecutando y solicitar correcciones o medidas compensatorias equivalentes en caso de desvío. La metodología se estructura a partir de la teoría de utilidad multiatributo, considerada como la más adecuada de entre todos los métodos de ayuda a la decisión estudiados. En primer lugar se ha definido un Índice de Riesgo Laboral (IRL) que permite cuantificar los riesgos laborales de los procedimientos constructivos. El IRL depende de las horas de trabajo dedicadas a cada actividad con riesgo y, por tanto, se puede calcular a partir de los datos de proyecto. Para desarrollar el índice, se han tipificado los riesgos laborales de la construcción y las actividades en las que están presentes y, para cada actividad con riesgo, se ha definido la probabilidad de ocurrencia y la consecuencia más probable en caso de producirse el accidente. El IRL permite priorizar los procedimientos constructivos respecto a los riesgos laborales y elegir el que implique menos riesgos para los trabajadores. También permite detectar las actividades con más riesgo e introducir mejoras. Anteriormente no existía ningún índice similar específico de la construcción. El impacto ambiental de un procedimiento constructivo no se produce únicamente durante la fase de ejecución de una obra sino que también se produce en las fases anteriores (extracción, manufactura y transporte de los materiales de construcción). En la tesis se han estudiado los impactos ambientales y las fases en las que se producen y se han definido distintas formas de medirlos en función de los datos disponibles. Se incluyen valores promedios de consumos de energía y emisiones de gases de efecto invernadero obtenidos de bases de datos y cálculos realizados en la tesis. Estos datos se pueden utilizar para el cálculo del impacto en caso de no disponer de información más precisa. La metodología es sensible al consumo de materiales, reutilización y reciclaje, ahorro energético, emisión de gases de efecto invernadero y contaminantes atmosféricos, generación de residuos, afección a entornos sensibles, etc. La metodología permite priorizar los procedimientos constructivos respecto al impacto ambiental, elegir el mejor e introducir mejoras. Los impactos sociales producidos por una obra, especialmente en zona urbana, (afección al transporte, peatones, comercios, ruido, etc.) son los más complejos de analizar y los menos regulados y estudiados hasta el momento. En la tesis se identifican y tipifican los distintos impactos sociales producidos por la ejecución de las obras y se define la forma de medir cada uno de ellos de manera objetiva y sistematizada. La posibilidad de cuantificar el impacto social se considera una de las principales innovaciones de la tesis, lo que permite priorizar los distintos mejoras. Otra aportación importante de la metodología es que permite integrar los distintos impactos, junto al coste, en una misma evaluación. También permite integrar los intereses de las distintas partes implicadas: administración, personas afectadas durante la obra, constructoras, etc. La metodología se ha aplicado con éxito a cuatro proyectos constructivos ejecutados por estudiantes del Imperial College London en el Reino Unido y a las obras de dos pozos de ventilación y salida de emergencia de un túnel a Barcelona. Las aplicaciones prácticas han permitido ajustar y mejorar la metodología. Con estos datos se ha realizado un análisis de sensibilidad de los resultados a la variación de los pesos concluyéndose que los resultados y la metodología son muy estables. Las aplicaciones prácticas y el análisis de sensibilidad validan la metodología. La metodología es flexible, fácilmente aplicable y se puede adaptar a cualquier tipo de obra (desde la más sencilla hasta la más compleja), en cualquier entorno (urbano, periurbano y rural) y en las diferentes fases de un proyecto (diseño, licitación y ejecución de obra). La metodología desarrollada está basada en el análisis de más de 150 legislaciones europeas y españolas sobre prevención de riesgos laborales, impacto ambiental e impacto social relacionadas con el sector de la construcción, en la revisión de más de 240 publicaciones científicas y técnicas y en la realización de entrevistas a más de 30 expertos en los distintos ámbitos que abarca la metodología.

La tesis está dirigida a ingenieros y a investigadores, ambos relacionados con el problema de fatiga. En ella, se desarrolla un modelo general de fatiga para el análisis estadístico del campo de Wöhler, aplicable a cualquier tipo de historia de cargas. El modelo permite además la evaluación del daño acumulado para posterior predicción probabilística de la vida a fatiga de elementos mecánicos y estructurales. En la tesis se presenta la deducción del modelo basada en la consideración de una condición necesaria de compatibilidad en el campo S-N y consiguiente aplicación de la teoría de ecuaciones funcionales. A continuación, se discute el sentido físico de los parámetros resultantes así como sus restricciones y propiedades. Por último, se procede a una validación del modelo mediante un extenso programa experimental con amplitud constante para diferentes combinaciones de tensiones máxima y mínima. Asimismo se incluye una sinopsis de la tesis en español y un estado del arte relativo a los modelos relacionados con la fatiga de materiales. / This doctoral thesis is addressed to practical engineers and researchers, both related to fatigue materials problems. In it, doctoral thesis, a general fatigue model is developed for the statistical analysis of the Wöhler field for any type of loading histories. Additionally, the model allows a damage accumulation assessment to be performed for ulterior probabilistic prediction of the fatigue life of mechanical and structural elements. First of all, the derivation of the model is presented based on the consideration of the necessary condition of the compatibility condition in the S.N field followed by the application of the functional equations theory. The physical meaning of the resulting model parameters, the model restrictions and the model properties are also analyzed. Finally, a model validation is performed based on a large experimental program with constant amplitude tests. Furthermore, a synopsis in Spanish and a complete state of the art about fatigue of materials are presented

The present project is aimed to analyze the steel structure from an evolutionary point of view. The study¿s context has been the 20th century on the Catalan capital city in order to see how the historical, normative and methodological changes have set a new expression for the city. Once a division of the century in specific periods has been made, we have started to analyze the historical context. A civil infrastructure, a set of regulations or even a calculation methodology have to be perfectly set in a context; in fact, it would be pointless to talk about the previous issues if we had not previously taken into consideration the characteristics of the time when they were created. Actually, it would be difficult to conceive them in other situations than the ones they were created under. Once the historical field has been referenced, the calculation methods as well as the different sets of regulations that have been relevant in that period have been analyzed. In addition, we have also taken into consideration the technological procedures and their subsequent transformation. Provided that the majority of the teaching was done in architecture and engineering schools, the present study incorporates teaching material as well as several examples that were considered at that time in order to complete the information of the project. Moreover, all the items presented for each period can be observed in the different structures we have presented, especially the details regarding the methodology and the official set of regulations that was used. In some cases, we have already pointed out that a great part of the material has been either lost or its present state is clearly deficient. Indeed, in addition to raise further difficulties to the project, this has clearly highlighted the fact that these sources have been often disregarded, despite having directly or indirectly configured the present situation. / El present treball ha volgut analitzar l'estructura metàl·lica des d'un punt de vista evolutiu. L'estudi s'ha emmarcat al segle XX i a la capital catalana per veure-hi com els canvis històrics, normatius i metodològics han configurat una nova expressió a la mateixa. Dividit el segle en períodes específics, es comença a estudiar el context històric pròpiament dit. Una obra civil, una normativa, fins i tot un mètode de càlcul han d'estar perfectament contextualitzats. No tindria sentir parlar de cap dels ítems anteriors si prèviament no s'ha caracteritzat l'època on veuen la llum. Fóra difícil entendre'ls en realitats diferents de les què foren concebudes. Un cop l'àmbit històric ha estat referenciat, s'analitza amb detall els distints mètodes de càlcul així com les diverses normatives que s'han produït durant aquest període sense oblidar la pròpia tecnologia dels processos amb la seva consegüent transformació. Degut a què gran part dels ensenyaments es duien a terme a les escoles d'enginyeria i arquitectura, l'estudi incorpora bibliografia docent així com exemples d'època que s'han aconseguit recopilar per fer més fefaent el treball. De la mateixa manera s'intenta globalitzar tots el ítems estudiats amb la concreció en alguna obra del període estudiat on es poden verificar els diferents ítems tractats, especialment el referent a la metodologia de càlcul així com a la normativa oficial emprada. En alguns casos, també s'ha posat de manifest que gran part del material s'ha extraviat o els seu estat de conservació és molt deficient fet que, a part de dificultar l'estudi, ha posat de manifest que sovint no s'ha donat la importància deguda a aquestes fonts que per tant directament o indirecta han configurat la nostra realitat actual.

Problemas de interacciónn fluido-estructura representan hoy en día un gran desafío en diferentes áreas de ingeniería y ciencias aplicadas. Dentro de las aplicaciones en ingeniería civil, el flujo del viento y los movimientos estructurales pueden ocasionar inestabilidades aeroelásticas en construcciones tales como puentes de gran luz, rascacielos y cubiertas estructurales ligeras. Por otro lado, aplicaciones en biomecánica están interesadas en el estudio de hemodinámica, por ejemplo: flujo sanguíneo en arterias, donde grandes deformaciones de las venas interactúan con fluidos.En la parte estructural de este trabajo, una nueva metodología para el análisis geométricamente no-lineal ortótropo de membranas y láminas sin grados de libertad de rotación es desarrollada basándose en la orientación de la fibra principal del material. Una consecuencia directa de la estrategia de orientación de fibras es la posibilidad de analizar membranas y láminas pretensadas cuya configuración inicial está fuera del plano. Por otra parte, ya que la teoría convencional de membranas permite que existan tensiones de compresión, un modelo de arrugado basado en la modificación de la ecuación constitutiva se presenta. El desarrollo estructural es modelado con elementos finitos provenientes de las ecuaciones de la elastodinámica.La parte de fluidos de este trabajo está gobernada por las ecuaciones de Navier-Stokes para flujos incompresibles, las cuales son modeladas por interpolaciones estabilizadas de elementos finitos. Ya que la solución monolítica de dichas ecuaciones tiene la desventaja que consumen mucho tiempo en la solución de grandes sistemas de ecuaciones, el método de pasos fraccionados se usa para aprovechar las ventajas computacionales que brinda gracias al desacoplamiento de la presión del campo de las velocidades. Además, el esquema α-generalizado para integración en el tiempo para fluidos es adaptado para que se use con la t´ecnica de los pasos fraccionados.El problema de interacción fluido-estructura es formulado como un sistema de tres campos: la estructura, el fluido y el movimiento de la malla. El movimiento del dominio del fluido es tomado en cuenta mediante la formulación arbitraria Lagrangiana-Euleriana, para la cual se usan dos estrategias de movimiento de malla.Para el acoplamiento entre el fluido y la estructura se usa un acoplamiento fuerte por bloques usando la técnica de Gauss-Seidel. Debido a que la interacción entre el fluido y la estructura es altamente no-lineal, se implementa el método de relajación basado en la técnica de Aitken, la cual acelera la convergencia del problema.Finalmente varios problemas se presentan en los diferentes campos, los cuales verifican la eficiencia de los algoritmos implementados. / Nowadays, fluid-structure interaction problems are a great challenge of different fields in engineering and applied sciences. In civil engineering applications, wind flow and structural motion may lead to aeroelastic instabilities on constructions such as long-span bridges, high-rise buildings and light-weight roof structures. On the other hand, biomechanical applications are interested in the study of hemodynamics, i.e. blood flow through large arteries, where large structural membrane deformations interact with incompressible fluids.In the structural part of this work, a new methodology for the analysis of geometrically nonlinear orthotropic membrane and rotation-free shell elements is developed based on the principal fiber orientation of the material. A direct consequence of the fiber orientation strategy is the possibility to analyze initially out-ofplane prestressed membrane and shell structures. Additionally, since conventional membrane theory allows compression stresses, a wrinkling algorithm based on modifying the constitutive equation is presented. The structure is modeled with finite elements emerging from the governing equations of elastodynamics.The fluid portion of this work is governed by the incompressible Navier-Stokes equations, which are modeled by stabilized equal-order interpolation finite elements.Since the monolithic solution for these equations has the disadvantage that take great computer effort to solve large algebraic system of equations, the fractional step methodology is used to take advantage of the computational efficiency given by the uncoupling of the pressure from the velocity field. In addition, the generalized-α time integration scheme for fluids is adapted to be used with the fractional step technique.The fluid-structure interaction problem is formulated as a three-field system: the structure, the fluid and the moving fluid mesh solver. Motion of the fluid domain is accounted for with the arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation with two different mesh update strategies. The coupling between the fluid and the structure is performed with the strong coupling block Gauss-Seidel partitioned technique.Since the fluid-structure interaction problem is highly nonlinear, a relaxation technique based on Aitken's method is implemented in the strong coupling formulation to accelerate the convergence.Finally several example problems are presented in each field to verify the robustness and efficiency of the overall algorithm, many of them validated with reference solutions.

This doctoral thesis addresses jointly two paramount aspects in the management of the hydraulic structures in operating regime: the damage diagnosis and the investment prioritisation that should allow repairing such damages. The main objective is to provide the technicians responsible for the maintenance and preservation of these structures a series of arguments to help them making decisions that ensure short and long-term sustainable management of a heritage that is fundamental for the development of societies. Firstly, a methodology to dictate the first diagnostic hypothesis of a damaged hydraulic structure is proposed since the maintenance action can only be considered if the source of the problem is known. For that, a detailed analysis of ten dams with some type of damage was conducted. Furthermore, other fifteen dams were explored during technical visits. Based on the experience gained and previous studies in the literature, a theoretical systematic working approach was developed in order to allow the technician establishing a diagnosis. The tasks to be conducted are divided into three broad areas: the study of the "clinic" history of the structure, the field inspection and the early work of cabinets. All these tasks are performed from a technical point of view with a great variety of examples and graphic documentation with the aim of reinforcing their practical usefulness and easing the implementation. The methodology proposed has been validated with the diagnosis of a dam, which despite the several actions undertaken, the pathological process has not stopped. In such case, the conclusions indicate that the damage is caused by the delayed hydration of the free lime in the cement employed in the construction of the dam. This hypothesis was confirmed by the results obtained in the laboratory. The second part of the thesis focuses on the development of the Prioritization Index for the Management of Hydraulic Structures (IPGOH). This is a system of multiple criteria decision aid based on the three axioms of sustainability (society, environment and economy) and it is articulated on a requirements tree inspired by the MIVES method. The final objective is to evaluate and prioritise the heterogeneous maintenance and preservation activities in several hydraulic structures on operating regime each year. The assessment of heterogeneous actions is possible given that the IPGOH includes a preliminary stage of homogenization of damage through the calculation of the Structural Damage (DñE). This stage represents one of the main contributions of this doctoral thesis because allows comparing planned actions as diverse as the dam body, the abutments, the foundation, the reservoir or aspects regarding the hydraulic system. The validation of the IPGOH was conducted by means of the analysis of nineteen actions conducted on dams in operating regime. Among them, twelve actions correspond to private companies and the remaining seven belong to public bodies. The results obtained reveal that the tool is capable to establish a coherent order of the maintenance and preservations actions and it is discriminating enough to avoid any doubts on the decision-making. / En aquesta tesi doctoral s'aborden de forma conjunta dos aspectes cabdals en la governabilitat de les obres hidràuliques que es troben en règim d'explotació: el diagnòstic de danys i la priorització de les inversions que han de permetre la correcció d'aquests danys. L'objectiu és dotar els tècnics encarregats del manteniment i conservació d'aquestes estructures d'una sèrie d'arguments que els ajudin a prendre decisions que garanteixin a curt i a llarg termini una gestió sostenible d'un patrimoni que és fonamental per al desenvolupament de les societats. En primera instància es proposa una metodologia que permet dictaminar la primera hipòtesi de diagnòstic quan es detecta un dany en una estructura hidràulica. Només es pot plantejar una actuació de manteniment si es coneix l'origen del problema. Per a això s'han estudiat al detall els problemes existents en deu preses, a més d'haver-ne explorat en diferents visites tècniques unes altres quinze. Aquest bagatge conjuntament amb el suport de la literatura tècnica de referència ha permès desenvolupar a nivell teòric una sistemàtica de treball que condueix al tècnic fins a l'establiment del diagnòstic. Els treballs que s'han de realitzar es divideixen bàsicament en tres grans àrees: estudi de la història "clínica" de l'estructura, la inspecció de camp i els primers treballs de gabinet, tots ells plantejats des d'un punt de vista clarament tècnic, amb una gran quantitat d'exemples i documentació gràfica per reforçar la seva utilitat pràctica i facilitar la seva implementació. La proposta metodològica s'ha validat amb el diagnòstic d'una presa, en què tot i haver-se realitzat diverses actuacions, no s'havia aconseguit aturar el procés patològic. La conclusió a què s'ha arribat en aquest cas és que el dany el causa la hidratació diferida de la calç lliure continguda en el ciment utilitzat en la construcció, una hipòtesi validada amb els primers treballs de laboratori. A la segona part es desenvolupa l'Índex de Priorització en la Gestió d'Obres Hidràuliques (IPGOH), un sistema d'ajuda a la decisió multicriteri basat en els tres axiomes de les sostenibilitat (societat, medi ambient i economia), articulats en un arbre de requeriments inspirat en el mètode MIVES. L'objectiu final és avaluar i prioritzar les actuacions de manteniment i conservació no homogènies que cada any es pretenen realitzar en diferents obres hidràuliques que es troben en règim d'explotació. El IPGOH és capaç d'avaluar actuacions heterogènies perquè la metodologia desenvolupada inclou una fase prèvia d'homogeneïtzació de danys, materialitzada amb el càlcul del Dany Estructural (DñE). Aquesta fase, considerada una de les grans aportacions de la tesi, és la que permet que es puguin comparar actuacions previstes en zones tan diverses com poden ser el cos de presa, els estreps, la fonamentació, el vas o els òrgans afins a la instal·lació hidràulica . En aquest cas també s'ha validat la proposta metodològica mitjançant la seva implementació pràctica. S'han avaluat dinou actuacions, dotze pertanyents a un ens privat i set a un ens públic. Els resultats han mostrat que l'eina és capaç d'establir una ordenació de les actuacions coherent i prou discriminant com perquè el decisor no tingui dubtes quan hagi de prendre la decisió. / En esta tesis doctoral se abordan de forma conjunta dos aspectos primordiales en la gobernanza de obras hidráulicas que se encuentran en régimen de explotación: el diagnóstico de daños y la priorización de las inversiones que deben permitir la corrección de estos daños. El objetivo es dotar a los técnicos encargados del mantenimiento y conservación de estas estructuras de una serie de argumentos que les ayuden a tomar decisiones que garanticen a corto y a largo plazo una gestión sostenible de un patrimonio que es fundamental para el desarrollo de las sociedades. En primera instancia se propone una metodología que permite dictaminar la primera hipótesis de diagnóstico cuando se detecta un daño en una estructura hidráulica. Solamente se puede plantear una actuación de mantenimiento si se conoce el origen del problema. Para ello se han estudiado al detalle los problemas existentes en diez presas, además de haber explorado en distintas visitas técnicas otras quince. Este bagaje conjuntamente con el apoyo de la literatura técnica de referencia ha permitido desarrollar a nivel teórico una sistemática de trabajo que conduce al técnico hasta el establecimiento del diagnóstico. Los trabajos que se deben realizar se dividen básicamente en tres grandes áreas: estudio de la historia “clínica” de la estructura, la inspección de campo y los primeros trabajos de gabinetes, todos ellos planteados desde un punto de vista claramente técnico, con una gran cantidad de ejemplos y documentación gráfica para reforzar su utilidad práctica y facilitar su implementación. La propuesta metodológica se ha validado con el diagnóstico de una presa, en la que a pesar de haberse realizado diversas actuaciones, no se ha conseguido detener el proceso patológico. La conclusión a la que se ha llegado, en este caso, es que el daño lo causa la hidratación diferida de la cal libre contenida en el cemento utilizado en la construcción, una hipótesis validada con los primeros trabajos de laboratorio. En la segunda parte se desarrolla el Índice de Priorización en la Gestión de Obras Hidráulicas (IPGOH), un sistema de ayuda a la decisión multicriterio basado en los tres axiomas de las sostenibilidad (sociedad, medio ambiente y economía), articulados en un árbol de requerimientos inspirado en el método MIVES. El objetivo final es evaluar y priorizar las actuaciones de mantenimiento y conservación no homogéneas que cada año se pretenden realizar en distintas obras hidráulicas que se encuentran en régimen de explotación. El IPGOH es capaz de evaluar actuaciones heterogéneas porque la metodología desarrollada incluye una fase previa de homogeneización de daños, materializada con el cálculo del Daño Estructural (DñE). Esta fase, considerada una de las grandes aportaciones de la tesis, es la que permite que puedan compararse actuaciones previstas en zonas tan diversas como pueden ser el cuerpo de presa, los estribos, la cimentación, el vaso o los órganos afines a la instalación hidráulica. En este caso también se ha validado la propuesta metodológica mediante su implementación práctica. Se han evaluado diecinueve actuaciones, doce pertenecientes a un ente privado y siete a un ente público. Los resultados han mostrado que la herramienta es capaz de establecer una ordenación de las actuaciones coherente y suficientemente discriminante como para que el decisor no tenga dudas cuando deba tomar la decisión.

Esta tesis propone una metodología para caracterizar el comportamiento energético pasivo del parque edificatorio residencial existente considerando su contexto urbano, que permite realizar un diagnóstico energético de áreas urbanas consolidadas e identificar aquellas con mayor vulnerabilidad energética. En la Etapa I se caracteriza la taxonomía urbana de un área objeto de estudio. En la Etapa II se evalúa la demanda energética y las horas de disconfort térmico de un conjunto de edificios representativos, mediante simulación dinámica. La Etapa III tiene por objeto el desarrollo de un modelo de predicción estadístico que permite, en la Etapa IV, extrapolar el diagnóstico energético desde la escala de edificio a la escala urbana y representar los resultados en mapas urbanos energéticos. La metodología es implementada en la ciudad de Castellón de la Plana y constituye un instrumento de apoyo a las administraciones locales para la toma de decisiones en los procesos de regeneración urbana. / This PhD proposes a methodology for characterising the passive energy performance of the existing residential building stock by considering its urban context to make an energy diagnosis of consolidated urban areas and to identify those with the greatest energy vulnerability. Stage I of the methodology establishes the procedure to characterise urban taxonomy of an area under study. In Stage II, energy demand and discomfort hours of a representative set of buildings are energy assessed. Stage III develops a statistical prediction model that allows, in Stage IV, extrapolating the energy diagnosis from the building scale to the urban scale and also representing the results obtained on urban energy maps. The methodology was implemented in the city of Castellon de la Plana. It provides a support decision making tool for local authorities in urban regeneration processes.

The thesis focuses on the experimental and theoretical aspects of the process of cracking in drying soils. The results and conclusions were drawn from an exhaustive experimental campaign characterised by innovative multidisciplinary aspects incorporating Fracture Mechanics and classical Soil mechanics, aided with image analysis techniques. A detailed study of the previous works on the topic showed the absence of large scale fully monitored laboratory tests, while the existing studies were performed on already cracked soil, rather than focusing on the process of cracking. Also, the absence of a multidisciplinary approach was strongly felt. The soil used in the present work is a Barcelona silty clay, extensively studied previously for its Thermo-Hydro-Mechanical (THM) behaviour. Tensile strength and fracture toughness are two important fracture parameters that were not characterized previously and which were determined for the soil used in the investigation. The effect of moisture content on tensile strength and fracture toughness was established. The variation of tensile strength with the degree of saturation was theoretically explored considering the concept of unsaturated cohesion, while the concepts of activation energy and rate process theory were used to explain the relation between the fracture toughness and moisture content. Preliminary desiccation tests were conducted to gain basic knowledge of the cracking behaviour of Barcelona soil. Further experiments were conducted in a controlled laboratory environment with rectangular holding trays of similar geometry with five different surface areas. Crack initiation, temporal evolution of cracks resulting in the final crack pattern, meeting and bifurcation of cracks resulting in intersections, etc. were studied in detail. One of the objectives of the desiccation tests with similar geometry was to check the applicability of fracture mechanics. The results of the experiments showed existence of size-effect in soil cracking, thus justifying the use of fracture mechanics as a framework to model crack propagation. A novel equipment capable of simulating the different combinations of climatic conditions with monitoring by sensors and a digital camera was designed and constructed. This enivironmental chamber can hold large specimens up to 80 cm in diameter and 20 cm thick. The results from experiments carried out with the environmental chamber have provided new knowledge about the process and mechanisms of desiccation cracking. Some observations made during the experiments prompted more detailed experiments on some aspects of crack formation. The morphology of cracks, fissures, and the presence of spiral and ripple-like cracks on the bottom surface demanded to explore a different theoretical point of view into the mechanism of cracking in soils. The possibility of using a theory based on either classical or unsaturated soil mechanics is critically examined, with emphasis on the importance of surrounding ambient conditions and seasonal variations. Finally, detailed macro-morphology analysis of the crack patterns was performed. A theory was developed based on the morphology of crack patterns to explain the crack formation as a result of successive domain divisions or hierarchical nature of crack formation. To test the proposed theory, temporal evolution of cracks and crack pattern were studied in detail, showing the existence of hierarchy very clearly. An attempt has been made to explore a new way of analysing the cracking in soils as a process in transition from a disordered (at crack initiation) to a deterministic behaviour (at the end of drying resulting in a complex pattern). Finally, the possible mechanisms for the formation of cracks at the bottom of the specimens were examined, with emphasis on curling and synaeresis processes. / La tesis se centra en los aspectos teóricos y experimentales del proceso de agrietamiento de suelos por desecación. Los resultados y las conclusiones fueron extraídos de una exhaustiva campaña de experimentación caracterizada por su aspecto multidisciplinario, incorporando las bases de la mecánica de fractura y la mecánica del suelo con la ayuda de técnicas de análisis de imagen. Un estudio detallado de los trabajos anteriores sobre el tema puso de manifiesto la ausencia de experimentos a gran escala monitorizados en el laboratorio. Los estudios existentes se han realizado sobre suelos agrietados en lugar de centrarse en suelos en proceso de agrietamiento. Es remarcable, además, la ausencia de un enfoque multidisciplinario. El suelo utilizado en el presente trabajo es una arcilla limosa de Barcelona, ampliamente estudiada por su comportamiento Termo-Hidro-Mecánico (THM). Se recopilaron las características geológicas y geotécnicas reportadas en anteriores tesis doctorales y se determinaron dos nuevos importantes parámetros de fractura tales como la resistencia a tracción y la tenacidad de fractura del suelo estudiado. Fueron utilizados equipos específicos para cada parámetro. Se estableció el efecto del contenido de humedad en el suelo sobre la resistencia a tracción y tenacidad de fractura. Se estudió de forma teórica la variación de la resistencia a tracción con el grado de saturación, teniendo en cuenta el concepto de cohesión no saturada. Los conceptos de energía de activación y teoría de tasa de proceso se utilizaron para explicar la relación entre la tenacidad de fractura y el contenido de humedad. Para conocer el comportamiento del suelo estudiado en cuanto a desecación y agrietamiento se realizaron unos ensayos preliminares. Adicionalmente, se realizó otra serie de experimentos con bandejas de geometría similar pero con diferente superficie, estudiando con precisión detalles como la iniciación y la evolución temporal de las grietas, sus intersecciones y el patrón final de agrietamiento. En general los resultados de los ensayos de desecación confirmaron los datos conocidos, excepto algunas observaciones que no correspondían a ningún resultado de estudios previos publicados. Uno de los objetivos de los ensayos de desecación con geometrías similares fue el de estudiar la aplicabilidad de la teoría de Mecánica de Fractura. Los experimentos demostraron la existencia del efecto del tamaño en el agrietamiento del suelo, justificando el uso de la mecánica de fractura como marco teórico de referencia para modelar el proceso de propagación de las fisuras en suelos. Se diseñó y construyó un nuevo equipo especial para el estudio del fenómeno del agrietamiento por desecación, la cámara ambiental, capaz de simular las diferentes combinaciones de condiciones climáticas con control por sensores y una cámara fotográfica digital integrada. En ella se pudieron estudiar muestras de gran tamaño, hasta 80 cm de diámetro y 20 cm de espesor. Algunas observaciones llevadas a cabo durante los experimentos mostraron la necesidad de realizar estudios ms detallados y de cambiar el punto de vista teórico del mecanismo de agrietamiento de suelos. Especialmente, teniendo en cuenta la presencia de grietas en forma de espiral en la superficie inferior de la muestra. La posibilidad de utilizar teorías basadas tanto en la mecánica de suelos clásica como en la no saturada fue examinada desde un punto de vista crítico, con énfasis en la importancia de las condiciones ambientales y las variaciones estacionales. Por último, se llevó a cabo un estudio sobre la macro-morfología detallada del patrón de agrietamiento. Una teoría basada en la morfología de las grietas fue desarrollada para explicar la formación de las grietas como resultado de las sucesivas divisiones de áreas integrales o de la naturaleza jerárquica de la formación de grietas. Para probar la nueva teoría, se estudió la evolución temporal de las grietas y el patrón de fisuras en detalle y los resultados mostraron la existencia de una jerarquía clara. Se realizó un intento de explorar una nueva forma de enfocar el agrietamiento de suelos como una conducta desordenada o determinista. Finalmente, los posibles mecanismos para la formación de grietas en la parte inferior de la muestra fueron examinados, dando importancia a los fenómenos de deformación por flexión y sinéresis. / La tesis es centra en els aspectes teòrics i experimentals del procés d’esquerdament en sòls per dessecació. Els resultats i les conclusions varen ser extretes d’una exhaustiva campanya d’experimentació caracteritzada pel seu aspecte multidisciplinari, incorporant les bases de la mecànica de fractura i la mecànica del sòl amb l’ajuda de tècniques d’anàlisis d’imatge. Un estudi detallat dels treballs anteriors sobre el tema va posar de manifest l’absència d’experiments a gran escala monitoritzats al laboratori. Els estudis existents s’han realitzat sobre sols esquerdats en comptes de centrar-se en sòls en procés d’esquerdament. És remarcable, a més, l’absència d’un enfocament multidisciplinar. El sòl utilitzat en el present treball és una argila llimosa de Barcelona, àmpliament estudiada pel seu comportament Termo-Hidro-Mecànic (THM). Es varen recopilar les característiques geològiques i geotècniques descrites en anteriors treballs i es varen determinar dos nous importants paràmetres de fractura tals com la resistència a tracció i la tenacitat de fractura del sòl estudiat. Van ser necessaris equips específics per a cada un dels paràmetres. Es va establir l’efecte del contingut d’humitat del sòl sobre la resistència a tracció i la tenacitat de fractura. Es va explorar de forma teòrica la variació de la resistència a tracció amb el grau de saturació, tenint en compte el concepte de cohesió no saturada. Els conceptes d’energia d’activació i la teoria de velocitat dels processos es varen utilitzar per a explicar la relació entre la tenacitat de fractura i el contingut d’humitat. Per a conèixer el comportament del sòl estudiat en quan a dessecació i esquerdament es varen realitzar uns assaigs preliminars. Addicionalment, es varen realitzar una altra sèrie d’experiments amb safates de geometria similar però amb diferents superfícies, estudiant amb precisió detalls com l’inici i l’evolució temporal de les esquerdes, llurs interseccions i el patró final d’esquerdament. En general els resultats dels assaigs de dessecació varen confirmar les dades conegudes, exceptuant algunes observacions que no corresponien a cap resultat d’estudis previs publicats. Un dels objectius dels assaigs de dessecació amb geometries similars va ser el d’estudiar l’aplicabilitat de la teoria de mecànica de fractura. Els experiments varen demostrar l’existència del efecte del tamany en l’esquerdament de sòls, justificant l’ús de la teoria de la mecànica de fractura com a marc de referència per a un model teòric de propagació d’esquerdes en sòls. Es va dissenyar i construir un nou equip especial per a l’estudi del fenomen d’esquerdament per dessecació, la cambra ambiental, capaç de simular diferents combinacions de condicions climàtiques amb control per sensors i una càmera digital integrada. Amb ella es varen poder estudiar mostres de gran tamany, fins a 80 cm de diàmetre i 20 cm d’espessor. Algunes observacions dutes a terme durant els experiments varen mostrar la necessitat de realitzar estudis més detallats i de canviar el punt de vista teòric del mecanisme de d’esquerdament en sòls. Especialment, tenint en compte la presència d’esquerdes en forma d’espiral a la superfície inferior de la mostra. La possibilitat d’utilitzar teories basades tant en la mecànica de sòls clàssica com en la no saturada va ser examinada des d’un punt de vista crític, emfatitzant la importància de les condicions ambientals i les variacions estacionals. Per últim, es va estudiar la macro-morfologia detallada del patró d’esquerdament. Una teoria basada en la morfologia de les esquerdes va ser desenvolupada per explicar la formació de les esquerdes com a resultat de les successives divisions d’àrees integrals o de la naturalesa jeràrquica de la formació d’esquerdes. Per a provar la nova teoria, es va estudiar l’evolució temporal de les esquerdes i el patró d’esquerdament en detall i les resultats varen mostrar l’existència d’una jerarquia clara. Es va realitzar un intent d’explorar una nova manera d’observar l’esquerdament de sòls com una conducta desordenada o determinista. Finalment, els possibles mecanismes per a la formació d’esquerdes a la part inferior de la mostra varen ser examinats, donant importància als fenòmens de deformació per flexió i la sinèresi.

Huge modifications have been made to landscape or urban watersheds, especially in twentieth century, caused by increases in urbanization have led to progressive increases in runoff flows and therefore sediment production. These conditions are exacerbated in climates with high rainfall intensities and short duration, such as those occurring in the Mediterranean Coast. These sediments especially coarse sediments can cause erosion problems and obstruction of drainage systems which in turns reduce hydraulic capacity. For these reasons, it is more and more important to study of sediment production by water erosion in header urban watershed. One way of doing this is by modeling the processes that transform rainfall rate, as well as production, transport and depos ilion of sediments. The objective of this work is to develop a model to estimate production and transport of sediments, which are useful for predicting the behavior of sediments in header urban watersheds. For this reason, it is proposed a new distributed physically based model applicable to watersheds with rainfall conditions similar to those in Mediterranean Coast (high intensity, short duration). The model is successfully applied to two basins with totally different validation conditions . / Las grandes modificaciones sufridas en el paisaje de las cuencas urbanas –especialmente en el siglo XX-, causadas por el incremento de los asentamientos urbanos han conducido al aumento progresivo de los caudales de escorrentía y por tanto a una mayor producción de sedimentos. Estas condiciones se ven agravadas en climas con precipitaciones con altas intensidades y corta duración, como las que se presentan en el Litoral Mediterráneo. Estos sedimentos especialmente los gruesos, pueden causar problemas de erosión y lo que generará obstrucciones en la red de drenaje reduciendo la capacidad hidráulica. Por estas razones, cada vez cobra más importancia el estudio de los sedimentos generados por la erosión hídrica en zonas urbanas, especialmente en las cuencas de cabecera. Una manera de realizarlo es mediante la modelación de los procesos que transforman la lluvia en caudal, así como de los procesos de producción, transporte y depositación de sedimentos. El objetivo de este trabajo es desarrollar un modelo para estimar la producción y el transporte de sedimentos, el cual sirva para predecir el comportamiento de este en cuencas urbanas de cabecera. Por tal motivo se propone un nuevo modelo en base física distribuido aplicable a cuencas con condiciones pluviométricas similares a las del Litoral Mediterráneo (alta intensidad y corta duración). El modelo es aplicado exitosamente en dos cuencas con condiciones de validación totalmente diferentes