En esta investigación se profundiza en el conocimiento de los mecanismos y variables más relevantes que intervienen en agrietamiento de suelos arcillosos por fenómenos de retracción.Se analizan varios modelos de predicción de agrietamientos y se formula un programa experimental que se adelanta sobre una arcilla blanda de plasticidad media, obtenida en la ciudad de Bogotá, donde ocurre este tipo de problemas, asociado a la desecación del terreno.Inicialmente se hace la caracterización básica de la arcilla, mediante ensayos de clasificación, evaluación de propiedades mineralógicas y microestructurales, determinación de la curva de retención por diferentes métodos, ensayos edométricos convencionales y de succión controlada y ensayos de resistencia al corte.Luego se evalúa la resistencia a la tracción de la arcilla mediante ensayos de tracción directa con medición de tensión, deformación y succión. La principal innovación de estas pruebas fue la medición de la succión durante el ensayo mediante un pequeño tensiómetro de respuesta rápida que se ubicó cerca de la superficie de agrietamiento esperada, de esta manera, si el suelo está saturado se puede saber el estado de tensiones efectivas actuante. Los resultados obtenidos permitieron plantear un modelo de resistencia a la tracción en tensiones efectivas, que brinda mayor claridad conceptual al criterio de inicio de grietas por desecación, empleado en algunos modelos de agrietamiento.La estabilidad o extensión de grietas previamente formadas, es un aspecto que se puede abordar desde la mecánica de fractura lineal elástica (LEFM). Aquí se revisan los principios básicos de la LEFM y del efecto de tamaño de mecánica de fractura, adicionalmente se ejecutan ensayos de para determinar sus parámetros principales, que son la tasa crítica de liberación de energía y la tenacidad a la fractura. Los resultados muestran que la LEFM brinda un marco conceptual muy promisorio pero que debido al comportamiento elastoplástico de la arcilla, los parámetros de fractura que se determinaron son un indicativo de cierto intervalo razonable de variabilidad y no propiamente una constante del material.El análisis morfológico de la formación y avance de grietas se hizo a escala microscópica y macroscópica en muestras de arcilla sometidas a desecación. En el primer caso se observó que las grietas ocurren desde etapas muy tempranas pero no necesariamente corresponden con el agrietamiento final, pues éste depende principalmente de las condiciones de contorno impuestas por el molde en el que está la muestra. Adicionalmente el avance de las grietas no es continuo sino por tramos cortos, interconectados por grumos o partículas mayores. El agrietamiento inicial ocurre lentamente pero después de un cierto momento se presenta agrietamiento súbito y total de la muestra. A escala macroscópica el procesos es similar y los ensayos de desecación realizados con moldes de diferentes formas y tamaños confirma que la ubicación de las grietas y la humedad a la cual se inician, dependen de manera especial de las restricciones a la contracción impuestas por los moldes aunque también influyen la humedad inicial y la tasa de desecación. A partir de las mediciones de las áreas de grietas se evaluaron aspectos cuantitativos del agrietamiento tanto en procesos de secado como de rehidratación. / In this research a careful study of the most relevant mechanisms and variables involved in shrinkage cracking of clayey soils has been performed. Some prediction models are reviewed and an experimental program has been conducted on a soft to moderate plasticity clay from Bogotá city, where this kind of cracking is present due to soil desiccation.Initially, a basic clay characterization was carried out by means of classification tests and evaluating mineralogical and microstructural properties. In addition to that, the soil water retention curve using different methods, and conventional and suction controlled oedometer tests and shear strength tests were performed.Tension strength was obtained in direct tension tests. The main innovation of these experiments was that aside from stress and deformation, suction was also measured in the sample by means of a small tensiometer of fast response, placed near the assumed cracking surface. In this way it was possible to know the effective stress state. From these results, a tension strength analysis in effective stresses is proposed which may clarify the criterion of shrinkage crack initiation, used in some of the models.Stability or propagation of existing cracks may be evaluated using a linear elastic fracture mechanics (LEFM) approach. In this research, the basic principles of LEFM, including the fracture mechanics size effect are reviewed and the main fracture mechanics parameters, namely critical energy release rate and crack intensity factor have been obtained from fracture tests. These results show that LEFM gives a convenient conceptual framework but due to elastoplastic behavior of the clay, fracture mechanics parameters should be seen as indicative values of a certain interval of variation rather than a material property.Morphological analysis of crack formation and propagation was made in microscopic and macroscopic scales from clay samples undergoing desiccation. In the first case it was observed that cracking occurred from very early stages but they did not necessarily correspond to final cracking, which mainly depends on boundary conditions imposed by the mould where sample is placed. Additionally, crack growth is not continuous but it advances in short intervals interconnected by clusters or larger size particles. Initial cracks grow slowly but after some time a sudden and total cracking of the sample occurs. In the macroscopic scale the process is similar and desiccation tests on samples placed in moulds with different shapes and sizes, confirm that crack position and moisture content at crack initiation depend mainly on the contraction restrictions imposed by the moulds and to a lower extent on the initial moisture and desiccation rate. From the measurement of crack surfaces, some quantitative cracking aspects were evaluated during drying and hydration processes.

En este trabajo se deduce, mediante un modelo teórico, la resistencia a fatiga de tendones de gran longitud en puentes atirantados a partir de la resistencia a fatiga de probetas de pequeño tamaño. Se introduce la hipótesis de dependencia de los diferentes tramos que componen el tendón mediante un modelo ARMA (p, q) de Box-Jenkins en la simulación. Se analiza la influencia de la ley de tensiones a lo largo del tendón y se estudia la rotura progresiva, tanto estática como a fatiga, para un tendón múltiple. / In this work indicates, by a theoretical model, the fatigue strength of very long wires at cable-stayed bridges based on the fatigue strength of small size test. We introduce the hypothesis of dependence of the different sections that make up the wire using a Box-Jenkins model, ARMA (p, q), in the simulation. The influence of the tension law is analyzed along the tendon and the progressive failure is studied, both static and fatigue, for a multiple wire.

Presentamos una formulación nueva para el análisis de problemas Termo-hidro-mecánicos en medios salinos. Esta formulación incluye, desde la obtención de ecuaciones de balance de masa, momento y energía hasta su resolución numérica, incluyendo la derivación de algunas ecuaciones constitutivas. El programa de calculo resultante (Code Bright) puede usarse para analizar problemas reales de sistemas de sellado construidos con agregados porosos de sal, que era la motivación original de este trabajo.Las ecuaciones de balance se han formulado teniendo en cuenta que en un medio salino existen tres especies o componentes mayoritarios. Estos son: la sal, el agua y el aire. Uno de los aspectos diferenciadores respecto a otros medios geológicos es que la fase sólida se disuelve a concentraciones elevadas en la fase liquida a la que se llama Salmuera. Otro aspecto interesante es la presencia de inclusiones de salmuera en la fase sólida. La disolución y precipitación de la sal da lugar a un mecanismo de deformación por fluencia. La forma de los granos de sal cambia por disolución en las zonas donde se concentran las tensiones y recristalizacion en las zonas de menor estado tensional. Además los granos también se deforman por el carácter muy dúctil del propio sólido cristalino. Hemos derivado una nueva ley constitutiva tensión deformación para los agregados porosos de sal, que se basa en acoplar una geometría idealizada de los granos con los mecanismos fundamentales de deformación.Una vez que se ha desarrollado y verificado el programa de cálculo, este ha sido aplicado para el estudio de diferentes fenómenos. Presentamos el análisis de las variaciones de porosidad inducidas por gradientes de temperatura en agregados porosos de sal no saturados. Las diferencias de temperatura inducen un flujo de vapor que es contrarrestado por un flujo de salmuera. Este arrastra la sal disuelta y da lugar a un flujo de sal hacia zonas de temperatura más alta.

Este trabajo estudia los sistemas no convencionales de tecnologías arquitectónicas ubicándose dentro de las estructuras de rápido montaje utilizando como método de generación de la forma las curvas de flexión. El estudio comprende la demostración técnica y viabilidad constructiva de conseguir formas tridimensionales en equilibrio, ligeras, y móviles a través de este método.Esta investigación plantea problemas asociados al comportamiento estructural de las mallas de barras pre-flectadas arriostradas con membranas textiles. La generación de la forma, procesos de diseño, métodos de montajes, detalles constructivos y aplicaciones arquitectónicas de estas cubiertas son parte de este trabajo. La investigación abarca actividades teóricas, descriptivas y bibliográficas, referidas al estado del arte de las cubiertas ligeras de mallas pre-flectadas, siendo necesario visitas técnicas a edificaciones, encuentros con especialistas del área, entre otras. Se hace especial énfasis en las actividades experimentales, centrándose en demostrar la potencialidad técnica de la propuesta a través de la realización de modelos físicos y digitales, con el uso de programas de cálculo estructural de segundo orden (Easy-Technet).Para la comprobación de la hipótesis, planteada en este trabajo. Se realizó la construcción de un prototipo a escala natural incluyó el diseño de piezas y detalles constructivos. Este prototipo fue financiado por el Centro de Desarrollo de Cooperación para el Desarrollo CCD UPC (España) y el Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico CDCH-UCV (Venezuela), cuyo resultado se evaluó de acuerdo al funcionamiento estructural y geométrico. Esta investigación tiene una orientación eminentemente tecnológica y contribuye a enriquecer los conocimientos existentes sobre los métodos de transformación de mallas deformadas con componentes pre-flectados, que hasta ahora son los menos estudiados. / In this document, present it the results obtained in the doctoral thesis research, made in the department of Arquitectural Constructors in the School of Architecture in Barcelona (UPC) Spain, under the tutorship of Dr. José Llorens and Dr. Ramón Sastre as co-author, collaborating also with Dr. Jurgen Hennickly of the Institute of Light Structures of the Stuggart University, and with Dr. Dieter Strobel from the Technet Company in Stuttgart.A concise description of the potentialities of the light structures of rapid assembly utilised as a constructive method in the bending of a flat wire-netting to obtain a geometric balanced form with a textile membrane hanging prestressed. The emphasis will be made in search of a process of form, assembly and the structural behaviour in the presence of faced external weights which permits defining it as a pliable structure. When flat the grill is a mechanism with measures of liberty. The articulate knot causes friction among its components, the bar moves parallel with another causing in all the squares a robic shape and the net has the behaviour of a parallelogram. This movement causes changes in the length of the diagonal between the knots where two of them move of the net and the angle changes between the Bars indicate that the initial general form was altered conforming the double curvature.The method in obtaining the form by the bending curves part, if and when, the net is curved, act over its charge of the equal magnitude and the same sense, in which the net may be uniformly shared in all the bars that the forms deforming almost the entire net homogeneously, thus generating the dome supported in four points with perimetral arcs on its borders. In this sense,the result of the form structure was proven. The bending general behaviour of the net to the bending depends on the cross of the bar, the value of the modules elasticity and the rigidity of its nodes. The Bars transmit forces of compression and the traction of the membrane. With this experimental research has proved that this new experimental typology substitutes weight by force, naming it PREBENDING STRUCTURES. It reinforces the principle of the ant that to charge with more weight that of its proper weight the sustainable skeleton generates a structural efficiency.

Aquest estudi tracta del procés de disseny i construcció de l'edifici de l'Illa Diagonal, a Barcelona. Aquest procés, dirigit pels arquitectes Rafael Moneo i Manuel de Solà-Morales fou interessant i exemplar per la seva complexitat i pel fet de combinar un encadenament de decisions basades en anàlisis objectius amb d'altres més idiosincràtiques i íntimes que son atribuïbles a les dues personalitats dels arquitectes i a les seves interaccions amb el client i l'equip que els recolzava. Un equip que va esta encapçalat per l'autor de l'estudi durant molt temps.També es considera en aquest estudi que hi ha un valor pedagògic i de testimoni documental perquè el resultat en fou un edifici de qualitat doble: com a peça individual d'arquitectura i com a peça integrada i potenciadora de la ciutat. I aquesta qualitat ha estat reconeguda públicament.El treball s'estructura en dues parts, la primera analitza els documents del concurs d'idees per a la Illa Diagonal i la segona estudia el projecte de l'edifici principal.L'anàlisi del concurs revela el parti mitjançant el qual els arquitectes proposen controlar la gran complexitat originaria del lloc i del programa i que consisteix en crear dues entitats diferenciades: un edifici principal amb un volum potent que s'adreci a l'escala de tota la ciutat, posat paral·lel a l'Avinguda Diagonal i un repertori d'edificis menors situats al perímetres de la resta de la illa, adequats a l'escala del barri de les Corts que es troba cap al Sud d'aquella avinguda. Això configura un primer conjunt de problemes arquitectònics i estableix una jerarquia entre ells. L'evolució que van tenir aquests problemes i com es varen solucionar durant el procés de disseny i construcció constituirà la segona part del treball.El material bàsic per aquesta investigació el constitueixen els documents del Concurs, els 1500 plànols del projecte d'arquitectura, les maquetes realitzades, el projecte d'enginyeria, i els nombrosos documents, informes ... produïts al llarg del procés de definició d'aquest conjunt edificat.El material gràfic seleccionat que es reprodueix en aquesta tesi està reduït dels originals segons múltiples enters i es mostra en les dimensions més grans possibles per reconèixer la importància que va tenir el projecte dibuixat en el procés de definició d'aquest edificiEls resultats d'aquest estudi serveixen per recolzar la conclusió del seu autor en el sentit de que les formes de l'edifici s'originen sobretot a partir d'interpretacions del lloc, de la voluntat de construir una imatge per aquell sector de ciutat sense deixar de millorar-ne les qualitats urbanes. La gran majoria de decisions figuratives deriven d'una relació especialment forta de la façana de l'edifici principal amb l'avinguda Diagonal. També foren decisions de gran importància les de relligar el barri de les Corts situat al Sud de la Diagonal amb els barris situats al Nord de la mateixa -que s'aconseguí amb un pas soterrat en prolongació del carrer Constança- i l'adopció per a la planta baixa del mateix pendent que la pròpia Avinguda Diagonal. Ambdues foren imprescindibles per a garantir una inserció suau i positiva de l'edifici en el seu entorn. L'edifici pot ser explicat com un contenidor d'usos diversos d'escala de la gran ciutat i portadors de "centralitat" pensat per a ser capaç de suportar canvis d'activitat i d'operadors de tota mena. Els usos principals que es donen en l'edifici són un aparcament soterrani, unes galeries comercials, unes oficines i hotel en les plantes superiors. Tots ells amb les seves pròpies instal·lacions i accessos. El conjunt representa un repte arquitectònic considerable que els arquitectes varen convertir en un al·licient del seu edifici: la tensió entre unitat i diversitat.L'estudi segueix el passos que precediren la implantació final de l'edifici, la seva silueta i volumetria fraccionada, la qualitat dels materials etc, i explica el procés de compromís entre les configuracions d'origen extern i les d'origen intern sorgides d'una laboriosa compatibilitat entre programes.

Tras analizar la construcción del proyecto en el movimiento moderno y su relación con la promesa arquitectónica en algunas obras de sus maestros, se realiza un estudio sistemático de la construcción de la Ópera de Sydney y del Centro Pompidou de París. De este análisis surge una constelación de circunstancias que motivan la transformación del proyecto arquitectónico durante su proceso constructivo. La existencia de puntos en común y el carácter estructural de algunos de ellos permiten sospechar una situación en la arquitectura -al menos de la segunda mitad del siglo XX- en la que se pueda cuestionar el proyecto entendido como anticipación fidedigna y completa de su realización. El proyecto recurre a la doble tarea de separar y agrupar tareas y conocimientos en los múltiples agentes que confluyen en obra. Su eficacia residirá en la medida en la que sepa preparar las condiciones para la convergencia de todos estos especialistas que concurren en una obra cada vez más compleja. En particular se hace indispensable la participación de la figura de un ingeniero comprometido con el proyecto y al que es capaz de incorporar la complejidad técnica de una forma no sólo compatible sino también activa en su definición. Desde el punto de vista del objeto arquitectónico, del continente, el proyecto entendido como un documento técnico congelado ya no es ni completo ni infalible.El proyecto adquiere otra condición que es la de moldear y formular determinadas hipótesis sobresu uso y su contenido. Se trata de propuestas pioneras en su formulación programática. El proyecto no se limita a organizar y asignar espacios a un programa, sino que en sí, también actúa sobre la organización del edificio. La dificultad que conlleva la determinación unilateral por parte del arquitecto del uso colectivo y social repercutirá en la evolución posterior de la obra. El contenido, por tanto, también se escabulle de las certezas del proyecto. Como fenómeno económico, ya los primeros modernos abandonaron la aspiración de taylorizar la construcción, apostando por una industria semi-prefabricada en la que la relación de la arquitectura con la construcción es de denegación: nace de ella y la necesita para violentarla o llevarla al límite.Se trata de un fenómeno económico de difícil predicción y que genera conflictos en la obra porque la industria de la construcción busca su rentabilidad en la optimización de las soluciones y acude al catálogo para resolver problemas conocidos. La flexibilidad de esta industria para abordar problemas nuevos es casi excepcional y está poco estimulada y así la obra difícilmente se inscribe en una economía de la prescripción, condicionada además por factores de beneficio y velocidad.En definitiva, el análisis comparativo de estos dos ejemplos muestra como, la progresiva complejidad tecnológica, la especialización -que cuenta con un protagonismo activo y renovado dela figura del ingeniero-, la implantación de nuevos programas, la dificultad de anticipar el fenómeno económico de la construcción y la variabilidad de los clientes son algunos de los vectores de incertidumbre que acompañaron el desarrollo de sus respectivos procesos de materialización, en un marco colectivo de la creación arquitectónica y en un contexto público de su trascendencia. Ante esta nueva situación que se genera a partir de la segunda mitad del siglo XX, la arquitectura y en definitiva los arquitectos, buscan nuevos respuestas. La ópera de Sydney y el Beaubourg de París anuncian caminos de distinto carácter. Ante esta realidad hemos podido adivinar algunos mecanismos al alcance del proyecto y del arquitecto en el estudio de los ejemplos de referencia. El proyecto se fragmenta, adopta geometrías deformables, adquiere un carácter estratégico, anima a la recuperación de espacios de colaboración transversales entre los distintos agentes y fundamentalmente entre arquitectos e ingenieros... Todo ello se hace imprescindible para la coherencia final del objeto arquitectónico. La arquitectura entendida como realidad ya no podrá ser sólo concebida. A partir de la segunda mitad del siglo XX deberá ser, además, construida, porque sólo así habrá sido capaz de transformarse, sortear o incorporar las dificultades y posibilidades que han surgido durante su proceso constructivo. El cómo haya sido capaz de atravesar ese tránsito será, al menos, igual de importante para el resultado final que el punto de partida. Si Le Corbusier afirmaba que "l'important c'est le choix", la pérdida de control del proyecto sobre el producto arquitectónico obliga a ampliar esa condición para una arquitectura posible. / After the analysis of the construction of the project by the moderns and its relation with the architectural promise in some of the works built by its masters, the thesis makes a sistematic study of the constuction of the Sydney Opera House and the Pompidou Centre in Paris. From this analysis, we emphasise a whole host of circumstances that give rise to the transformation of the architectural project during its building process. Nevertheless, the existence of points in common and the structural character of some of them allow us to suspect a situation in architecture¾at least in the second half of the 20th century¾in which we might question the project understood as a worthy and complete anticipation of its realisation. The project foregrounds the twin task of separating and grouping assignments and kinds of knowledge in the multiple agents who come together on the building site. Their effectiveness will reside in the extent to which it is known how to establish the right conditions for the convergence of all these specialists. The participation becomes indispensable of the figure of an engineer committed to the project and who is capable of incorporating in the latter the technical complexity of a form not only compatible with, but also active in, its definition. From the point of view of the architectural object, of the container, the project understood as a fixed technical document is no longer either complete or infallible. The project acquires another quality, which is that of shaping and formulating certain hypotheses on its use and its content.The project is not restricted to organising and assigning spaces to a programme but rather it also acts in itself on the organisation of the building. The difficulty that comes with the unilateral fixing on the part of the architect of the collective and social use of the building will have repercussions in its subsequent evolution. The content, then, slips away from the certainties of the project. As an economic phenomenon the first Moderns gave up on their aspiration to Taylorise building work, in backing a semi-prefabricated industry in which the relationship between architecture and building work is one of denial: it is born of it and needs it in order to subject it to violence or take it to the limit. Consequently, this is an economic phenomenon that is difficult to predict and which generates conflict on the building site because the construction industry is after cost-effectiveness in the optimisation of solutions and relies on the catalogue in order to resolve known problems. The flexibility of this industry is all but exceptional and is little encouraged. All this means that notwithstanding attempts at normative and dimensional unification, the building site is hardly inscribed in an economy of prescription.To sum up, comparative analysis of these two examples shows how progressive technological complexity, specialisation (which relies on the active and renewed role of the figure of the engineer), the implantation of new programmes, the difficulty of anticipating the economic phenomenon of the construction work and the variability of clients are some of the vectors of uncertainty which accompanied the evolution of their respective processes of materialisation, in a collective framework of architectural creation and in a governmental context of their importance. Faced with this new situation, which is generated during the second half of the 20th century, architecture and finally architects look for new responses. The Sydney Opera House and the Beaubourg in Paris announce paths of a different kind. In the presence of this reality we have been able to intuit some mechanisms within reach of the project and of the architect in the study of the reference materials. The project fragments, adopts deformable geometries, acquires a strategic quality and encourages the reclaiming of spaces of transversal collaboration between the different agents, chiefly between architects and engineers... All this turns out to be essential to the final coherence of the architectural object.The architecture as reality will no longer be able to be just conceived. From the second half of the 20th century onwards it will have to be, moreover, built, because only thus will it be capable of transforming itself, getting round or incorporating the difficulties and possibilities that have arisen during its building process. The reasons for it being capable of making that changeover will be at least as important for the final result as the point of departure. If Le Corbusier stated that "l'important c'est le choix," the loss of project control over the architectural product obliges that condition to be extended for a possible architecture.

Eliminats de l'annex el text complet dels articles citats per respectar els dret dels editors. / Underground constructions below the water table may be problematic if the role of groundwater is not properly acknowledged. Difficulties worsen in urban environments. Two aspects should be taken into account in the interaction between underground constructions and groundwater, 1) the impacts caused by the construction in the aquifers and 2) the difficulties that groundwater causes during the construction. Therefore, the design of an underground construction must be minimize the impacts in the underground environment as well as guaranteeing the safety of the workers and the integrity of adjacent structures. The adopted measures must not complicate the development of the construction and must not increase the total cost. To sum up, the construction must be efficient. These questions arose during the construction of the High Speed Train (HST) tunnel in Barcelona, which passes next to the Sagrada Familia. This thesis proposes answers to the questions which came up. Two problems may arise when a construction intersects an aquifer, the drain and the barrier effect. While the former has been widely studied, the second has not been adequately formalized and this is the first aim of the thesis. Analytical solutions are obtained to compute the head variations caused by an underground impervious structure. The solutions allow computing of the impact under different circumstances and to design corrective measures. The proposed equations were verified by using the data from real underground constructions. Subsidence caused by dewatering processes of deep excavations is feared. This fact affects the design. One option to reduce subsidences consist on deepen the enclosures (diaphragm walls, piles, jet-grouting piles) in order to avoid or minimise the dewatering. The second objective is to discuss the effectiveness of this measure, which rise the cost of the constructions, since drawdown caused by pumping are usually small and less dangerous (poorly differential) than is expected. Moreover, the pumping stabilizes the bottom of excavations. Therefore, to deepen the enclosures may be less efficient than combining short enclosures with deep pumping wells. Both alternatives must be compared. Thus, a number of dewatering scenarios, where the depth of the enclosures and the pumping wells are varied, are compared considering the safety, the outside affectations and the cost. Results show that combining deep pumping wells with short enclosures can become the most efficient method to perform excavations in preconsolidated soils. ii Regardless of the method used to perform an excavation, the enclosure, always, plays an important role since it guarantees the stability of the excavation walls and prevents the entrance of lateral flow. The presence of small defects may lead to disastrous consequences, which would invalidate all the previous work oriented to develop an efficient construction. Therefore, given that the defects are relatively common, that the techniques used to detect defects are limited and that the groundwater behaviour taking into account underground structures can be predicted, the third objective of the thesis is to develop hydraulic methods to assess the state of an enclosure. These methods, specifically the Watertightness Assessment Test (WTAT), are used as much to estimate the effective parameters of the enclosure as to locate the defects. Finally, the steps followed during the construction of the HST tunnel in Barcelona demonstrate the importance of the geological characterisation. If the soil is well known, all the aspects associated with the construction can be predicted accurately, which is crucial for designing an efficient underground construction. The geology, the hydrogeology and the historical processes suffered by the soil must be characterized accurately. / Las construcciones subterráneas realizadas por debajo del nivel piezométrico pueden ser problemáticas si no se reconoce el papel del agua subterránea. Las dificultades aumentan en ambientes urbanos. La interacción con el agua subterránea tiene lugar en las dos direcciones 1) los impactos causados por la construcción sobre el acuífero y 2) las dificultades que, durante la construcción, causará la presencia de agua subterránea. Por ello, el diseño de una construcción subterránea debe minimizar los impactos en el medio subterráneo y garantizar la seguridad de los trabajadores y la integridad de las estructuras adyacentes. Las medidas adoptadas no deben complicar en exceso el desarrollo de las obras ni sobrecargar el coste total de la obra. En resumen, la construcción debe ser eficiente. Estas preguntas surgieron durante la construcción del túnel para el Tren de Alta Velocidad (HST) en Barcelona, adyacente a la Sagrada Familia. En esta tesis se proponen respuestas a las mismas. Los impactos sobre el acuífero pueden ser de dos tipos: el efecto dren y el efecto barrera. Mientras que el primero ha sido ampliamente estudiado, el segundo no ha sido formalizado adecuadamente, lo que constituye el primer objetivo de esta tesis. Para calcular las variaciones de nivel causadas por una estructura subterránea impermeable, se derivan ecuaciones para diversas condiciones de obra y para medidas correctoras. Se han verificado con datos de construcciones reales. La subsidencia causada por el drenaje de excavaciones profundas es uno de los temores más condicionantes del diseño. Una de las maneras de reducirla, consiste en profundizar los recintos (pantallas, pilotes, columnas de jet-grouting) con el fin de evitar o minimizar el bombeo. El segundo objetivo de esta tesis es cuestionar la eficacia de estas medidas, que aumentan el coste de la construcción, ya que los asientos causados por el bombeo suelen ser pequeños y menos peligrosos (poco diferenciales) de lo temido. Además, el bombeo estabiliza la base de las excavaciones. Por ello realizar recintos más profundos puede ser menos eficiente que combinar recintos cortos y pozos de bombeo profundos. Es obvio que ambas alternativas deben compararse adecuadamente. Para ello, se han estudiado una serie de escenarios de drenaje que son comparados teniendo en cuenta la seguridad, las afecciones externas y el coste. Las variaciones entre los diferentes escenarios son las profundidades de los recintos y de los pozos de bombeo. Los resultados muestran que combinar pozos de bombeo profundos con recintos cortos es el método más eficiente para llevar a cabo excavaciones en suelos preconsolidados. Independientemente del método utilizado para llevar a cabo una excavación, el recinto, siempre juega un papel importante, ya que garantiza la estabilidad de las paredes de la excavación y evita la entrada de flujo lateral. La presencia de pequeños defectos puede tener consecuencias desastrosas, lo que haría inútil todo el trabajo previo orientado a desarrollar una construcción eficiente. Por lo tanto, dado que los defectos son relativamente comunes, que las técnicas utilizadas para detectar defectos son limitadas y que el comportamiento del agua subterránea puede ser predicho teniendo en cuenta las estructuras subterráneas existentes. El tercer objetivo de la tesis es desarrollar métodos hidráulicos para evaluar el estado del recinto de una excavación. Se muestra que estos métodos y, en particular, el ensayo de caracterización de impermeabilización permiten tanto estimar los parámetros efectivos del recinto como localizar los defectos. Por último, los pasos seguidos durante la construcción del túnel para el Tren de Alta Velocidad en Barcelona evidencian la importancia de una buena caracterización geológica. Si el suelo es bien conocido, todos los aspectos asociados con la construcción pueden ser estimados con precisión, lo que resulta crucial para diseñar una construcción subterránea eficiente. La geología, la hidrogeología y los procesos históricos sufridos por el suelo deben ser bien conocidos. / Les construccions subterrànies realitzades sota el nivell piezométric poden ser problemàtiques si no es reconeix el paper de l'aigua subterrània. Les dificultats augmenten en ambients urbans. La interacció amb l'aigua subterrània té lloc en els dos sentits 1) els impactes causats per la construcció sobre l'aqüífer i 2) les dificultats que, durant la construcció, causarà la presència d'aigua subterrània. Per això, el disseny d'una construcció subterrània ha de minimitzar els impactes al medi subterrani i garantir la seguretat dels treballadors i la integritat de les estructures adjacents. Les mesures adoptades no han de complicar en excés el desenvolupament de les obres ni sobrecarregar el cost total de l'obra. En resum, la construcció ha de ser eficient. Aquestes preguntes van sorgir durant la construcció del túnel per al Tren d'Alta Velocitat a Barcelona, adjacent a la Sagrada Família. En aquesta tesi es proposen respostes a les mateixes. Els impactes sobre l'aqüífer poden ser de dos tipus: l'efecte dren i l'efecte barrera. Mentre que el primer ha estat àmpliament estudiat, el segon no ha estat formalitzat adequadament, la qual cosa constitueix el primer objectiu d'aquesta tesi. Per calcular les variacions de nivell causades per una estructura subterrània impermeable, es deriven equacions per a diverses condicions d'obra i per a mesures correctores. S'han verificat amb dades de construccions reals. La subsidència causada pel drenatge d'excavacions profundes és un dels temors més condicionants del disseny. Una de les maneres de reduir-la, consisteix a aprofundir els recintes (pantalles, pilotis, columnes de jet-grouting) amb la finalitat d'evitar o minimitzar el bombament. El segon objectiu d'aquesta tesi és qüestionar l'eficàcia d'aquestes mesures, que augmenten el cost de la construcció, ja que els seients causats pel bombament solen ser petits i menys perillosos (poc diferencials) del temut. A més, el bombament estabilitza la base de les excavacions. Per això realitzar recintes més profunds pot ser menys eficient que combinar recintes curts i pous de bombament profunds. És obvi que ambdues alternatives han de comparar-se adequadament. Per a això, s'han estudiat una sèrie d'escenaris de drenatge que són comparats tenint en compte la seguretat, les afeccions externes i el cost. Les variacions entre els diferents escenaris són les profunditats dels recintes i dels pous de bombament. Els resultats mostren que combinar pous de bombament profunds amb recintes curts és el mètode més eficient per dur a terme excavacions en sòls preconsolidats. vi Independentment del mètode utilitzat per dur a terme una excavació, el recinte, sempre juga un paper important, ja que garanteix l'estabilitat de les parets de l'excavació i evita l'entrada de flux lateral. La presència de petits defectes pot tenir conseqüències desastroses, la qual cosa faria inútil tot el treball previ orientat a desenvolupar una construcció eficient. Per tant, atès que els defectes són relativament comuns, que les tècniques utilitzades per detectar defectes són limitades i que el comportament de l'aigua subterrània pot ser predit tenint en compte les estructures subterrànies existents. El tercer objectiu de la tesi és desenvolupar mètodes hidràulics per avaluar l'estat del recinte d'una excavació. Es mostra que aquests mètodes i, en particular, l'assaig de caracterització d'impermeabilització (WTAT) permeten tant estimar els paràmetres efectius del recinte com localitzar els defectes. Finalment, els passos seguits durant la construcció del túnel per al Tren d'Alta Velocitat a Barcelona evidencien la importància d'una bona caracterització geològica. Si el sòl és ben conegut, tots els aspectes associats amb la construcció poden ser estimats amb precisió, la qual cosa resulta crucial per dissenyar una construcció subterrània eficient. La geologia, la hidrogeologia i els processos històrics soferts pel sòl han de ser ben coneguts.

This PhD thesis proposes a p-adaptive technique for the Hybridizable Discontinuous Galerkin method (HDG). The HDG method is a novel discontinuous Galerkin method (DG) with interesting characteristics. While retaining all the advantages of the common DG methods, such as the inherent stabilization and the local conservation properties, HDG allows to reduce the coupled degrees of freedom of the problem to those of an approximation of the solution de¿ned only on the faces of the mesh. Moreover, the convergence properties of the HDG solution allow to perform an element-by-element postprocess resulting in a superconvergent solution. Due to the discontinuous character of the approximation in HDG, p-variable computations are easily implemented. In this work the superconvergent postprocess is used to de¿ne a reliable and computationally cheap error estimator, that is used to drive an automatic adaptive process. The polynomial degree in each element is automatically adjusted aiming at obtaining a uniform error distribution below a user de¿ned tolerance. Since no topological modi¿cation of the discretization is involved, fast adaptations of the mesh are obtained. First, the p-adaptive HDG is applied to the solution of wave problems. In particular, the Mild Slope equation is used to model the problem of sea wave propagation is coastal areas and harbors. The HDG method is compared with the continuous Galerkin (CG) ¿nite element method, which is nowadays the common method used in the engineering practice for this kind of applications. Numerical experiments reveal that the e¿ciency of HDG is close to CG for uniform degree computations, clearly outperforming other DG methods such as the Compact Discontinuous Galerkin method. When p-adaptivity is considered, an important saving in computational cost is shown. Then, the methodology is applied to the solution of the incompressible Navier-Stokes equations for the simulation of laminar ¿ows. Both steady state and transient applications are considered. Various numerical experiments are presented, in 2D and 3D, including academic examples and more challenging applications of engineering interest. Despite the simplicity and low cost of the error estimator, high e¿ciency is exhibited for analytical examples. Moreover, even though the adaptive technique is based on an error estimate for just the velocity ¿eld, high accuracy is attained for all variables, with sharp resolution of the key features of the ¿ow and accurate evaluation of the ¿uid-dynamic forces. In particular, high degrees are automatically located along boundary layers, reducing the need for highly distorted elements in the computational mesh. Numerical tests show an important reduction in computational cost, compared to uniform degree computations, for both steady and unsteady computations.

Tradicionalmente la construcción de aliviaderos escalonados en presas de hormigón compactado con rodillo (HCR) se caracteriza por la presencia de muretes guías que imponen un ancho constante a lo largo del aliviadero y que conducen el flujo desde la coronación hasta el pie. Dichos cajeros son construidos con encofrados trepantes específicos, utilizando hormigón vibrado y suponen una unidad de obra de costes y tiempos de ejecución significativos. En la literatura especializada se puede encontrar una amplia descripción del comportamiento hidráulico de rápidas escalonadas con cajeros laterales. Más recientemente se han encontrado algunos ejemplos de diseño de aliviaderos escalonados sin cajeros laterales. En este contexto, surge el proyecto ALIVESCA que ha sido el marco de la presente tesis doctoral. El proyecto ALIVESCA, y por tanto esta tesis, se iniciaron con el principal objetivo de caracterizar el comportamiento hidráulico de aliviaderos escalonados sin cajeros laterales en presas de HCR. El proyecto se plantea en base al estudio en modelo físico. El modelo ubicado en los laboratorios del Instituto Flumen, opera bajo la semejanza de Froude. Se construyó representando un aliviadero prototipo de altura de presa de 75 m, altura de escalón de 1.20 m, pendiente 0.8 y un paramento de ancho de 45 m, (escala 1:15). Los resultados del estudio se presentan en tres fases: la puesta a punto de la instalación experimental, el análisis del comportamiento hidráulico en ausencia de cajeros, y la definición de criterios de diseño de aliviaderos escalonados sin cajeros laterales. En la primera parte, se determina que el comportamiento del modelo es bidimensional, y que no existe un efecto de la rugosidad del modelo en la distribución lateral del caudal. Asimismo, se estudia la necesidad de un muro de acompañamiento del flujo en cabecera, cuya longitud se establece igual a la de una pila sobre la coronación de la presa (del orden de unos 10 m). Adicionalmente, como mayor aportación de esta fase de investigación, se define la existencia de dos zonas: una zona (cercana al eje de vertido) a lo largo del aliviadero donde el caudal específico se mantiene constante e igual al de vertido, es decir, su comportamiento es análogo al caso de la existencia de cajeros laterales, y una segunda zona afectada por la ausencia de los mismos. La coexistencia de estas dos regiones depende del caudal específico de vertido y del ancho del aliviadero. En la segunda parte, referente al comportamiento hidráulico del aliviadero sin cajeros, se analiza el efecto de su ausencia en la expansión lateral de la lámina de agua que se produce y, por tanto, en la disminución del caudal específico a lo largo y ancho de la rápida escalonada. Se determina que las variables que condicionan la expansión del flujo son: el caudal específico de vertido y la posición (altura) considerada. En base a ello, se propone un ajuste para predecir la distribución lateral del caudal en función de estas variables. En cuanto a la caracterización del flujo en la expansión lateral de la lámina de agua, se compara el comportamiento de diferentes variables hidráulicas en esta zona respecto del comportamiento que tiene lugar en la zona que no se ve afectada por la ausencia de cajeros. Las variables analizadas son: concentración media de aire, calado equivalente, campos de velocidad, concentración de aire y presión. Finalmente, se definen los criterios para el diseño de aliviaderos escalonados sin cajeros laterales en presas de hormigón compactado con rodillo y se plantean soluciones a la recogida al pie del aliviadero. Mención adicional merece la comparación de los resultados experimentales con los datos obtenidos del modelo numérico en 3D. El modelo numérico se basa en el método SPH y fue elaborado dentro del proyecto ALIVESCA por parte del Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX. / Traditionally the construction of stepped spillways in roller compacted concrete dams (RCC) is characterized by the presence of sidewalls that imposes a constant width along the spillway and guides the flow from the crest to the toe. These sidewalls are built using vibrated concrete with a special climbing formwork, and therefore, imply significant time and cost of execution. In the specialized literature there is a comprehensive description of the hydraulic behavior of stepped chutes with sidewalls. More recently few examples of stepped spillways designed without sidewalls have been found. In this context arises the ALIVESCA project that has been the framework of the present thesis. The ALIVESCA project, and consequently this thesis, started with the main objective of characterizing the hydraulic behavior of stepped spillways without sidewalls in RCC dams. The main experimental project is based on the physical model study. The model located in Flumen Institute's laboratories, operates under the Froude similarity. It was constructed representing a 75 m dam height, 1.20 m step height, 0.8 slope and 45 m dam width (scale 1:15). The results of the study are presented in three phases: the initial phase of the experimental setup, the analysis phase with the aim of characterizing the hydraulic behavior the absence of sidewalls, and finally, a design criteria phase of stepped spillways without sidewalls. In the first part, the two-dimensional behavior of the model is determined, as well as, that there is no effect of the model roughness on the lateral distribution of flow. Also, the need of a guiding wall at the dam crest is studied; the length of this element corresponds to that of a pile on the crest of the dam (approximately 10 m). Moreover, an important contribution of this research phase was the definition of two areas: an area along the spillways (near the discharge axis) where the specific discharge remains constant and equal to the specific discharge at the entrance, i.e. the behavior of this area is analogous to the case with sidewalls, and a second area affected by the absence sidewalls. The coexistence of these two regions depends on the specific discharge and the spillway width. In the second part, the hydraulic behavior of the spillway without sidewalls is analyzed, as well as, the decrease of the specific discharge along and across the chute due to the flow lateral expansion. The variables that determine such decrease are: the specific discharge at the entrance and the position (height) considered. Thus, an adjustment is proposed to predict the flow distribution in terms of these variables. Regarding the flow characterization in absence of sidewalls, a comparison between behavior of this area and the not affected area is presented. The analyzed variables are: mean air concentration, equivalent water depth, velocity, air concentration and pressure fields. Finally, the design criteria of stepped spillways without sidewalls in RCC dams are defined, and collection solutions at the spillway toe are proposed. Additionally, the experimental results are compared with the data simulations of a 3D numerical model. The numerical model is based on SPH method and was developed within the ALIVESCA project by the Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX. / Tradicionalment la construcció de sobreeixidors esglaonats en preses de formigó compactat amb corró es caracteritza per la presència de murets guia que imposen un ample constant al llarg del sobreeixidor i que condueixen el flux des de la coronació fins al peu de presa. Aquests caixers es construeixen amb encofrats trepants específics, utilitzant formigó vibrat i per tant suposen una unitat d'obra de costos i temps d'execució significatius. A la literatura especialitzada es pot trobar una àmplia descripció del comportament hidràulic de ràpides esglaonades amb murets laterals. Més recentment s'han localitzat alguns exemples de disseny de sobreeixidors esglaonats sense aquests. En aquest context sorgeix el projecte ALIVESCA que ha estat el marc de la present tesi doctoral. El projecte ALIVESCA, i per tant aquesta tesi, es van iniciar amb el principal objectiu de caracteritzar el comportament hidràulic de sobreeixidors esglaonats sense murets laterals en preses de formigó compactat amb corró. El projecte es plantejà sobre la base de l'estudi en model físic. El model situat als laboratoris de l'Institut Flumen, opera sota la semblança de Froude. Es va construir representant un sobreeixidor prototip d'altura de presa de 75 m, altura de graó d'1.20 m, pendent 0.8 i un parament de ample de 45 m, (escala 1:15). Els resultats de l'estudi es presenten en tres fases: la posta a punt de la instal·lació experimental, el anàlisi del comportament hidràulic en absència de murets, i la definició de criteris de disseny de sobreeixidors esglaonats sense caixers laterals. En la primera part, es determina que el comportament del model és bidimensional, i que no existeix un efecte de la rugositat del model en la distribució lateral del cabal. Igualment, s'estudia la necessitat d'un mur d'acompanyament del flux en capçalera, la longitud de la qual s'estableix igual a la d'una pila sobre la coronació de la presa (de l'ordre d'uns 10 m). Addicionalment, com a major aportació d'aquesta fase de recerca, es defineix l'existència de dues zones: una (propera a l'eix de vessament) al llarg del sobreeixidor en què el cabal específic es manté constant i igual al de vessament, és a dir, el seu comportament és anàleg al cas de l'existència de caixers laterals, i una segona zona afectada per la seva absència. La coexistència d'aquestes dues regions depèn del cabal específic de vessament i de l'ample del sobreeixidor. En la segona part, referent al comportament hidràulic del sobreeixidor sense caixers laterals, s'analitza l'efecte de la seva absència en l'expansió lateral de la làmina d'aigua que es produeix i, per tant, en la disminució del cabal específic al llarg de la ràpida esglaonada. Es determina que les variables que condicionen l'expansió del flux són: el cabal específic de vessament i la posició (altura) considerada. Així, es proposa un ajust per predir la distribució lateral del cabal en funció d'aquestes variables. Quant a la caracterització del flux en l'expansió lateral de la làmina d'aigua, es compara el comportament de diferents variables hidràuliques en aquesta zona respecte del comportament que té lloc a la zona que no es veu afectada per l'absència de caixers. Les variables analitzades són: concentració mitjana d'aire, calat equivalent, camps de velocitat, concentració d'aire i pressió. Finalment, es defineixen els criteris per al disseny de sobreeixidors esglaonats sense caixers laterals en preses de formigó compactat amb corró i es plantegen solucions per la recollida al peu del sobreeixidor. La comparació dels resultats experimentals amb les dades obtingudes del model numèric en 3D mereix una menció addicional. El model numèric es basa en el mètode SPH i va ser elaborat dins del projecte ALIVESCA per part del Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX.

Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPC / The finite element method is a valuable tool for simulating complex physical phenomena. However, any finite element based simulation has an intrinsic amount of error with respect to the exact solution of the selected physical model. Being aware of this error is of notorious importance if sensitive engineering decisions are taken on the basis of the numerical results. Assessing the error in elliptic problems (as structural statics) is a well known problem. However, assessing the error in structural transient dynamics is still ongoing research. The present thesis aims at contributing on error assessment techniques for structural transient dynamics. First, a new approach is introduced to compute bounds of the error measured in some quantity of interest. The proposed methodology yields error bounds with better quality than the already available approaches. Second, an efficient methodology to compute approximations of the error in the quantity of interest is introduced. The proposed technique uses modal analysis to compute the solution of the adjoint problem associated with the selected quantity of interest. The resulting error estimate is very well suited for time-dependent problems, because the cost of computing the estimate at each time step is very low. Third, a space-time adaptive strategy is proposed. The local error indicators driving the adaptive process are computed using the previously mentioned modal-based error estimate. The resulting adapted approximations are more accurate than the ones obtained with an straightforward uniform mesh refinement. That is, the adapted computations lead to lower errors in the quantity of interest than the non-adapted ones for the same number of space-time elements. Fourth, a new type of quantities of interest are introduced for error assessment in time-dependent problems. These quantities (referred as timeline-dependent quantities of interest) are scalar time-dependent outputs of the transient solution and are better suited to time-dependent problems than the standard scalar ones. The error in timeline-dependent quantities is eficiently assessed using the modal-based description of the adjoint solution. The thesis contributions are enclosed in five papers which are attached to the thesis document. / El mètode dels elements finits és una eina valuosa per a simular fenòmens físics complexos. Tot i això, aquest mètode només proporciona aproximacions de la solució exacta del model físic considerat. Per tant, quantificar l'error comés en l'aproximació és important si la simulació numèrica s'utilitza per a prendre decisions que poden tenir importants conseqüències. Actualment, les eines que permeten avaluar aquest error són ben conegudes per a problemes estacionaris, però encara presenten importants limitacions per a problemes transitoris com la dinàmica d'estructures. L'objectiu d'aquest treball és contribuir a millorar les tècniques existents per estimar l'error en dinàmica d'estructures i proposar-ne de noves. La primera contribució és una nova metodologia per a calcular cotes de l'error en una quantitat d'interès del problema. Les cotes proposades són més precises i proporcionen una millor estima de l'error que les cotes calculades amb tècniques prèvies. La segona contribució és una una nova tècnica que proporciona aproximacions de l'error en una quantitat d'interès utilitzant càlculs eficients. La novetat principal d'aquesta proposta és aproximar la solució del problema adjunt associat a la quantitat d'interès utilitzant l'anàlisi modal. El resultat és un estimador de l'error indicat particularment per a problemes transitoris, ja que el cost de calcular l'estimador a cada pas de temps és molt baix. La tercera contribució és una tècnica que permet construir de manera adaptada tant la discretizació temporal com espacial amb l'objectiu de millorar l'eficiència de la simulació. Aquesta tècnica es basa en la informació proporcionada per l'estima de l'error amb anàlisi modal. Les aproximacions calculades utilitzant les discretitzacions adaptades són més precises que les obtingudes amb un simple refinament uniforme de la malla de càlcul. És a dir, les discretitzacions adaptades proporcionen un error en la quantitat d'interès menor que les discretizacions no adaptades per al mateix nombre d'elements espai-temps. Finalment, la quarta contribució és un nou tipus de quantitats d'interès especialment indicades per a estimar l'error en problemes transitoris. Aquest nou tipus de quantitats són funcions escalars dependents del temps que proporcionen una informació més completa sobre l'error en problemes transitoris que les quantitats d'interès estàndard. L'error en aquestes noves quantitats és estimat eficientment utilitzant la descripció modal de la solució del problema adjunt. Les contribucions d'aquest treball es troben recopilades en cinc articles que s'inclouen adjunts en el document de la tesi.