Fluvial bifurcations are systems that have a great influence on human society. Their formation and evolution can affect to activities as agriculture or industry and a good knowledge of the mechanisms that affect the processes involved can be determinant for a proper land management. From a geometrical point of view, diversions or lateral intakes are a particular case of fluvial bifurcations in which one of the downstream branches exits laterally while the other follows the same direction as the incoming channel. Diversions are characterized by a significant trend of sediment to deviate towards the lateral branch. The first part of this document describes the experimental work performed in the Fluvial Morphodynamic Laboratory in BarcelonaTech University. Water and solid discharge distributions, as well as bed and water surface levels are measured along the model, during tests with different total water discharges. Results confirm the sediment distributions reported in the literature and but also highlight the influence of bed bathymetry evolution and three-dimensional flow patterns in the local sediment transport of the diversion area. A threshold value is found for total discharge, above which a vortex is formed in front of the diversion entrance and a scour hole is formed in the first stretch of the main channel downstream of the diversion. An energy balance equation is proposed between upstream and downstream of the diversion taking into account the energy losses associated with the vortex, and a good comparison is found when tested against the experimental results. A nodal equation that relates water discharge to sediment discharge distribution is developed considering separately bed load and suspended sediment transport. Calculated values of sediment discharge ratio compare reasonably well with experimental values. Joining these equations, uniform flow, transport capacity and mass continuity equations for water and sediment, a theoretical model is proposed to evaluate the equilibrium situation of a fluvial diversion in terms of water discharge, sediment discharge, water depth and bed slope in both downstream branches. / Les bifurcacions fluvials son sistemes amb una gran influència a la societat. La seva formació i evolució pot afectar a activitats com l’agricultura i la indústria, i un bon coneixement dels mecanismes que afecten els processos involucrats pot ser determinant per una correcta gestió del territori. Des d’un punt de vis ta geom ètric, les derivacions o pres es d’aigua laterals són un cas particular de les bifurcacions fluvials , en el qual un dels ramals s urt lateralment i l’altre s egueix la mateixa direcció que el canal entrant. Les derivacions es caracteritzen per una tendència significativa del sediment a ser desviat cap al ramal lateral. La primera part d’aquest document descriu el treball experimental portat a terme al Laboratori de Morfodinàmica Fluvial de la Universitat Politècnica de Catalunya. S’han realitzat experiments amb diferents cabals totals d’aigua, durant els quals s’han pres mesures de la distribució de cabal líquid i sòlid, així com dels nivells del fons i la superfície de l’aigua al llarg de tot el model. Els resultats confirmen el desequilibri de cabals s òlids reportat en estudis anteriors, però també posen de manifest la influència de l’evolució de la batimetria i les característiques tridimensionals del flux en la dinàmica local del transport dels ediments . S’ha trobat un valor límit pel cabal líquid total, per sobre del qual es genera un vòrtex davant de l’entrada del ramal lateral i es form a un fos s at d’eros ió al tram inicial del ramal recte, aigües avall de la derivació. Es proposa una equació de balanç d’energia entre aigües amunt i aigües avall de la derivació tenint en compte les pèrdues d’energia associades al vòrtex, que reprodueix de forma bastant bona els resultats experimentals. Es desenvolupa una equació nodal que relaciona les distribucions de cabal líquid i sòlid, considerant per separat el transport de fons i el transport en suspensió. Els valors del rati de cabal sòlid calculat es corresponen raonablement bé amb els obtinguts experimentalment. Unint aquestes equacions amb les de flux uniforme i transport s òlid a cada ramal, i continuïtat de massa per aigua i sediment, es proposa un model teòric per avaluar la situació d’equilibri d’una derivació fluvial en termes de cabal líquid, cabal sòlid, calat d’aigua i pendent de la llera en cadas cun dels ramals d’aigües avall.

This work covers a contribution to two most interesting research elds in aerodynamics, the fi nite element analysis of high-speed compressible flows (Part I) and aerodynamic shape optimization (Part II). The fi rst part of this study aims at the development of a new stabilization formulation based on the Finite Increment Calculus (FIC) scheme for the Euler and Navier-Stokes equations in the context of the Galerkin nite element method (FEM). The FIC method is based on expressing the balance of fluxes in a spacetime domain of nite size. It is tried to prevent the creation of instabilities normally presented in the numerical solutions due to the high convective term and sharp gradients. In order to overcome the typical instabilities happening in the numerical solution of the high-speed compressible flows, two stabilization terms, called streamline term and transverse term, are added through the FIC formulation in space-time domain to the original conservative equations of mass, momentum and energy. Generally, the streamline term holding the direction of the velocity is responsible for stabilizing the spurious solutions produced from the convective term while the transverse term smooths the solution in the high gradient zones. An explicit fourth order Runge-Kutta scheme is implemented to advance the solution in time. In order to investigate the capability of the proposed formulation, some numerical test examples corresponding to subsonic, transonic and supersonic regimes for inviscid and viscous flows are presented. The behavior of the proposed stabilization technique in providing appropriate solutions has been studied especially near the zones where the solution has some complexities such as shock waves, boundary layer, stagnation point, etc. Although the derived methodology delivers precise results with a nearly coarse mesh, the mesh refinement technique is coupled in the solution to create a suitable mesh particularly in the high gradient zones. The comparison of the numerical results obtained from the FIC formulation with the reference ones demonstrates the robustness of the proposed method for stabilization of the Euler and Navier-Stokes equations. It is observed that the usual oscillations occur in the Galerkin FEM, especially near the high gradient zones, are cured by implementing the proposed stabilization terms. Furthermore, allowing the adaptation framework to modify the mesh, the quality of the results improves signi cantly. The second part of this thesis proposes a procedure for aerodynamic shape optimization combining Genetic Algorithm (GA) and mesh re nement technique. In particular, it is investigated the e ect of mesh re nement on the computational cost and solution accuracy during the process of aerodynamic shape optimization. Therefore, an adaptive remeshing technique is joined to the CFD solver for the analysis of each design candidate to guarantee the production of more realistic solutions during the optimum design process in the presence of shock waves. In this study, some practical transonic airfoil design problems using adap- tive mesh techniques coupled to Multi-Objective Genetic Algorithms (MOGAs) and Euler flow analyzer are addressed. The methodology is implemented to solve three practical design problems; the fi rst test case considers a reconstruction design optimization that minimizes the pressure error between a prede ned pressure curve and candidate pressure distribution. The second test considers the total drag minimization by designing airfoil shape operating at transonic speeds. For the final test case, a multi-objective design optimization is conducted to maximize both the lift to drag ratio (L/D) and lift coe cient (Cl). The solutions obtained with and without adaptive mesh re nement are compared in terms of solution accuracy and computational cost. These design problems under transonic speeds need to be solved with a ne mesh, particularly near the object, to capture the shock waves that will cost high computational time and require solution accuracy. By comparison of the the numerical results obtained with both optimization problems, the obtainment of direct bene ts in the reduction of the total computational cost through a better convergence to the final solution is evaluated. Indeed, the improvement of the solution quality when an adaptive remeshing technique is coupled with the optimum design strategy can be judged. / El presente trabajo pretende contribuir a dos de los campos de investigaci on m as interesantes en la aerodin amica, el an alisis num erico de flujos compresibles a alta velocidad (Parte I) y la optimizaci on de la forma aerodin amica (Parte II). La primera parte de este estudio se centra en la soluci on num erica de las ecuaciones de Navier-Stokes, que modelan el comportamiento de flujos compresibles a alta velocidad. La discretizaci on espacial se lleva a cabo mediante el m etodo de elementos nitos (FEM) y se pone especial enfasis en el desarrollo de una nueva formulaci on estabilizada basada en la t ecnica de c alculo de Incremento fi nitos (FIC). En este ultima, los t erminos de estabilizaci on convectiva se obtienen de manera natural de las ecuaciones de gobierno a trav es de postulados de conservaci on y equilibrio de flujos en un dominio espacio-tiempo de tamaño nito. Ello lleva a la obtenci on de dos t erminos de estabilizaci on que funcionan de manera complementaria. Uno act ua en direcci on de las lineas de corriente proporcionando la estabilizaci on necesaria para contrarestrar las inestabilidades propias de la forma discreta de Galerkin y el otro t ermino, de tipo shock capturing, act ua de manera transversal a las l neas de corriente y permite mejorar la soluci on num erica alrededor de discontinuidades y otro tipos de fen omenos localizados en el campo de soluci on de problema. La forma discreta de las ecuaciones de gobierno se completa mediante un esquema de integraci on temporal expl icito de tipo de Runge-Kutta de 4to orden. El esquema de soluci on b asico propuesto se complementa con una t ecnica de re namiento adaptativo de malla que permite mejorar autom aticamente la soluci on num erica en zonas localizadas del dominio en que, dadas las caracter sticas del flujo, se necesita una mayor resoluci on espacial. Con el prop osito de investigar el comportamiento de la formulaci on num erica se estudian diferentes casos de an alisis que implican flujos viscosos y no viscosos en r egimen subs onico, trans onico y supers onico y se estudia con especial detalle el funcionamiento de la t ecnica de estabilizaci on propuesta. Los resultados obtenidos demuestran una exactitud satisfactoria y una buena correlaci on con resultados presentes en la literatura, incluso cuando se trabaja con discretizaciones espaciales relativamente gruesas. Adicionalmente, los estudios num ericos realizados demuestran que el empleo del esquema adaptativo de malla es e ficaz para incrementar la exactitud de la soluci on numerica manteniendo un bajo coste computacional. En la segunda parte de este estudio se propone un m etodo para la optimizaci on de formas aerodin amicas que combina algoritmos gen eticos multiobjetivo (MOGAs) y remallado adaptativo con el objetivo de asegurar, con un coste computacional m nimo, la calidad de la soluci on numerica empleada en el proceso de b usqueda de un determinado diseño objetivo, particularmente cuando el flujo presenta discontinuidades y gradientes muy localizados, ti picos de flujos a alta velocidad. La metodolog a se aplica a resolver tres problemas pr acticos de diseño de per les aerodin amicos en flujo trans onico que implican la optimizaci on de la distribuci on de presiones, minimizaci on de la resistencia de onda y maximizaci on conjunta de la sustentaci on y la relaci on sustentaci on/resistencia. Para cada uno de ellos se estudia el efecto del re namiento en la calidad de la soluci on num erica as como tambi en en el coste computacional y la convergencia del problema. Los estudios realizados demuestran la e cacia de la metodolog a propuesta.

Las mezclas bituminosas, como parte integrante de un firme, deben presentar ciertas propiedades estructurales y funcionales que aseguren el buen comportamiento de las mismas durante su vida de servicio. Para poder garantizar estas propiedades, durante la ejecución de las obras se realiza un control de calidad de la mezcla. A partir de una muestra de la mezcla fabricada en planta, se determina su granulometría y contenido de ligante, sus propiedades volumétricas y, tradicionalmente, su resistencia a la deformación mediante el ensayo Marshall. Sin embargo, la calidad del producto final, es decir, de la mezcla colocada y compactada, sólo se controla a partir de la densidad de testigos extraídos de la capa ejecutada y su comparación con la densidad Marshall patrón. Pero durante las etapas de transporte, extendido y compactación, un mal funcionamiento de los equipos, errores de ejecución o simplemente factores ambientales pueden provocar escurrimiento del ligante, segregación del árido grueso, pérdida de temperatura, contaminación de la mezcla, arrastres, etc., que pueden influir en la calidad final de la mezcla y que mediante este mecanismo de control no pueden detectarse. Por este motivo, se ha llevado a cabo un estudio sobre la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de ejecución de las mezclas bituminosas, con objeto de encontrar una metodología de control de calidad basada en la evaluación de sus propiedades mecánicas y no sólo en sus propiedades volumétricas, como se ha venido haciendo hasta ahora. Este procedimiento pretende complementar al actual método de control, con la ventaja de que no necesita realizar ninguna actuación adicional, debido a que puede realizarse sobre los testigos extraídos del firme para el control de densidades; además al ser un ensayo no destructivo, las probetas de planta o testigos extraídos del firme podrían ser sometidos a otros ensayos además del módulo resiliente. En primer lugar, se ha aplicado este ensayo sobre probetas elaboradas en laboratorio, con objeto de evaluar la sensibilidad del ensayo frente a variables relacionadas con la composición de la mezcla, elaboración de las probetas y condiciones de ensayo. En segundo lugar, el ensayo se ha aplicado sobre probetas fabricadas a partir de la mezcla obtenida en planta y también sobre testigos extraídos durante el control de ejecución de diferentes obras, comparando los resultados y comprobando que el parámetro determinado, el módulo resiliente, está relacionado con la densidad, pero que, además, es capaz de evaluar la mezcla con mayor sensibilidad que la proporcionada por la compacidad. Finalmente, se ha establecido un criterio de control de calidad de las mezclas bituminosas puestas en obra, a partir de la relación entre el módulo de la mezcla fabricada y el de la obtenida tras su extendido y compactación en obra, a la vez que se han propuesto unos límites de aceptación, penalización y rechazo sobre el producto terminado. Este criterio complementa al actual método de control y permite asegurar la calidad para la que ha sido diseñada la mezcla. / Hot bituminous mixes at the time of their placement and compaction must achieve certain functional and structural properties that assure their good service during the project period. At present the quality control of a bituminous mixture at the time of its manufacture is usually carried out determining gradation and asphalt content and calculating volumetric properties and resistance to deformation by means of the Marshall test from a sample obtained in the asphalt plant. On the other hand, the quality control of final product, that is to say, the placed and compacted mixture, is only controlled by means of the density of extracted field cores and its comparison with the reference Marshall density. But during mixture transport, placement and compaction processes many problems can take place, an equipment not working properly, a bad or inadequate operation, environmental factors, etc., can cause asphalt drainage, coarse aggregate segregation, mixture cooling and contamination, that can influence the final quality of the mixture and not be considered neither detected by current control method. This is the reason why a study about the application of the resilient modulus test has been carried out, with the intention to find a methodology that is based on the evaluation of the mechanical properties and not in the volumetric ones, as have been used up to now. This procedure will complement the present control method and it will have the advantage of not realising any additional action because it can be applied on the field cores extracted from the pavement for density control. In addition, this being a non-destructive testing, means that samples obtained from asphalt plant or field cores extracted from the pavement could also be used in other tests. First, the test has been applied on samples made in laboratory to evaluate the test sensitivity to variables related to the composition of the mixture, samples preparation and test conditions. Then, the test has been applied on samples made in asphalt plant and field cores extracted from different works, comparing the results and verifying that the determined parameter, the resilient modulus, is related to the density, and also that it is able to evaluate the mixture with greater sensitivity than that provided by compaction percentage. Finally, a quality control criterion for bituminous mixtures placement has been established depending on the relationship between asphalt mixture modulus made in plant and field cores modulus after mixture laying and compaction. Certain acceptance, penalization and rejection limits for the end product have been proposed as well. This criterion complements the current control method and assures the quality level for which the mixture has been designed.

Cold-formed thin-walled steel sections are frequently used in pallet rack structures. This type of cross-sections are normally used as a columns and contains perforations uniformly distributed enabling the connection between other structural elements. One of the most typical reasons of failure for pallet-racking systems is the buckling of the uprights. As a consequence, the calculation of ultimate strength under compression is a key factor for a safe structural design. The influence of distortional and local buckling in cold formed thin-walled sections is really important, whereas the influence in hot-rolled sections (IPN, IPE, HEB, etc) is insignificant. The analysis of distortional and local buckling in the upright behaviour is difficult because the classical beam theories cannot handle sectional deformations. As a result, different new methodologies have been developed and finite element analysis has taken an important role. Several recent research activities are focused to study the buckling behaviour of rack sections under pure compression in order to improve the current design codes. Specifically, most of the present research is dealing with the following factors: interaction effects involving the different modes of buckling, initial geometric imperfections in nonlinear finite element analysis, cold-work effects, residual stresses and its influence in the upright ultimate load and the modelling of the perforations. The present doctoral thesis aims to provide new knowledge in some of the previously cited factors. It has been studied the influence of the cold-work effect, residual stresses and the load carrying capacity of cold-formed steel rack columns via nonlinear finite element analysis. Moreover, several experimental tests have been done in order to validate the numerical results. Furthermore, a new software has been developed to calculate the lineal elastic buckling load for any mode of deformation. These values are used for the current design codes and for a new numerical methodology developed. Keywords: Thin-walled section, rack, geometric imperfection, distortional buckling, GBT, residual stresses, cold-work effects, finite element analysis / Els perfils prims oberts d'acer conformats en fred són elements estructurals molt utilitzats en les prestatgeries per a emmagatzematge de palets. Aquests perfils són habitualment emprats com a columnes i contenen perforacions uniformement distribuïdes per garantir la connexió entre els diferents elements estructurals. Un dels motius més freqüents de fallida d'aquestes prestatgeries és el col·lapse a compressió dels puntals, i per tant, la determinació de la seva capacitat resistent és un factor clau per assegurar el correcte dimensionament de l'estructura. Els perfils prims conformats en fred, a diferència dels elements estructurals conformats en calent (IPN, IPE, HEB, etc), presenten una sensibilitat molt més elevada als modes de vinclament local i distorsional a causa de les seves característiques geomètriques. La inclusió d'aquests modes complica considerablement el procés de càlcul resistent, ja que les teories clàssiques de barres no tenen en compte les deformacions seccionals. Com a conseqüència, el desenvolupament de nous mètodes i les anàlisis mitjançant elements finits han cobrat una gran importància. Nombroses investigacions actuals tenen com a objectiu l'adquisició de nous coneixements sobre el comportament a compressió dels perfils prims que permetin millorar les normatives de càlcul vigents. Alguns dels aspectes on més s'està aprofundint són: la interacció dels diferents modes de fallida, el tipus d'imperfecció geomètrica a utilitzar en les anàlisis per elements finits, l'efecte de l'enduriment per deformació, l'obtenció de les tensions residuals i la importància d'aquestes en la capacitat resistent del puntal i la caracterització de les perforacions en els diferents mètodes de càlcul. La present tesi doctoral pretén aportar nous coneixements en alguns dels factors prèviament mencionats. S'ha estudiat l'efecte de l'enduriment per deformació, les tensions residuals i la modelització del problema d'estudi mitjançant el mètode dels elements finits verificant els valors obtinguts amb resultats experimentals sempre que hagi estat possible. També s'ha desenvolupat un programa per calcular càrregues elàstiques de vinclament per a qualsevol tipus de mode de fallida, ja que aquesta informació és necessària pels càlculs utilitzant la normativa i també per alguna de les metodologies de càlcul proposades mitjançant la simulació numèrica. Paraules clau: Perfil prim obert, rack, imperfecció geomètrica, vinclament distorsional, GBT, tensions residuals, enduriment per deformació, anàlisi per elements finits.

Este trabajo presenta una reformulación de la metodología de discontinuidades fuertes de continuo para la simulación numérica del fallo material de estructuras.Los objetivos buscados han sido mejorar la robustez de este tipo de análisis numérico y proporcionar una serie de herramientas que garanticen la contabilidad de los resultados obtenidos. La metodología de discontinuidades fuertes de continuo [51]-[52] es una aproximación numérica al fenómeno de la localización de deformaciones por ablandamiento. Al contrario de las aproximaciones discretas, utiliza un formato continuo tensión-deformación para describir todo el proceso de agotamiento del material.Gracias a una regularización (reinterpretación) de la cinemática del problema y del módulo de ablandamiento se garantiza que la disipación del modelo venga dada por la densidad superficial de energía de fractura [53]. Adicionalmente, la utilización de un algoritmo tipo térmico de captura y gestión de las superfícies de localización de deformaciones permite abordar el análisis de problemas con multisuración [58].La mejora en la robustez del análisis numérico se ha conseguido adoptando la formulación simétrica cinemáticamente consistente y formulando un nuevo esquema de integración, denominado IMPL-EX, que garantiza la defnición positiva de los operadores algorítmicos que intervienen en el problema.La contabilidad en el resultado numérico se asegura mediante un algoritmo de control del error cometido y mediante un nuevo esquema de limitación de la longitud de arco. Estos dos algoritmos han sido desarrollados especificamente para el esquema de integración IMPL-EX.La formulación así definida ha sido aplicada en el estudio de dos fenómenos propios de la mecánica de la fractura: el estudio de la influencia del tamaño de una estructura en su resistencia nominal (efecto tamaño) y el estudio/medición de la longitud de procesamiento de fractura.Por último se presentan una serie de ensayos numéricos del fallo material en estructuras tridimensionales. Estos ensayos se dividen en tres grupos: ensayos donde el modo de fallo predominante es en modo I, ensayos donde el modo de fallo predominante es de deslizamiento (análisis de taludes) y ensayos donde el modo de fallo moviliza mecanismos resistentes tridimensionales (análisis del efecto arco en presas con simple y doble curvatura). / This work presents a reformulation of the Continuum Strong Discontinuity Approach applied to the numerical simulation of material failure in structures. The goal pursued has been the improvement of the robustness of this kind of numerical analysis. It has also provided a set of tools that guarantees the accuracy of the results.The Continuum Strong Discontinuity Approach reproduces the strain localization phenomenon due to the material softening. As opposed to the discrete approaches, this methodology uses a continuum stress-strain format to describe the whole process of the material exhaustion. Thanks to the regularization (reinterpretation) of the kinematics of the problem and the softening modulus it is guaranteed that the dissipation of the material model is given by the superficial density of fracture energy. Additionally, the use of a thermal-like algorithm to capture and manage the strain localization surfaces makes possible to deal with the numerical study of multi-fissure problems.The improvement of the robustness in the numerical analysis has been achieved by adopting the symmetric kinematically consistent formulation and formulating a new integration scheme, called IMPL-EX, that assures that the algorithmic tangent operators in the problem remain positive definite. The accuracy of the numerical result has been accomplish by an error-control algorithm and by a new arc-length method. This two algorithms have been developed specifically for the integration scheme IMPL-EX.This formulation has been applied to the study of two characteristic phenomena in fracture mechanics: the study of the size effect in geometrically comparable structures and the study/measurement of the fracture processing length.Finally, a series of numerical examples of material failures in three-dimensional structures is presented. These examples have been divided in three groups: examples in which the failure mode is predominantly in mode I, examples in which the failure mode is predominantly a sliding (analysis of slopes) and examples in which the failure mode involves three-dimensional resistant mechanisms (analysis of the arch effect in double or simple curvature dams).

To make the inspection and diagnosis of buildings is useful be able to quantify how far the existing deficiencies are serious or not, in order to facilitate the decision making and prioritize therapeutic interventions. In this context, the main objective of the thesis is to propose a gravity scale of damages in buildings and the subsequent validation. To this scale is required that there is low variability among technicians who use it, in order that assessments, conclusions and prioritizations are homogeneous regardless of the technician involved in the inspection of the building. To develop the proposed goal in the first place we study existing scales of general scope (Boufort, Douglas, Richter, Mohs, EVA, etc.) and in the field of construction. Subsequently we define the characteristics of the proposed scale and the way of application based on the direct assignment method, for assessing the gravity of constructive elements in buildings. Then is proposed a weighted calculation method based on the statistical distribution of the severity of existing damage, to determine the total degree of severity of the building. Finally, the scale and the proposed methodology have been applied to a real case of building, verifying that the used methods give consistent results. To validate the proposed scale and analyze its applicability a series of essays in which 33 images of building a population of 374 technical elements is performed, to allocate them a degree of gravity for each image according to generic definitions of the proposed scale, in order to analyze, among other things, if there is high or low variability among technicians. With the data collected is made statistical analysis, where different aspects are analyzed and relate, and mathematical techniques are used, such as descriptive statistics (arithmetic means, standard deviations, densities, frequencies, histograms, etc..), binary logistic regression and clustering. In particular, the techniques of clustering allow to determine what is the appropriate number of degrees to should have the scale to the operation thereof is optimal and the degree of variability among technicians is acceptable. In order to reduce the degree of variability between technicians produced by the direct assignment method is further proposed an alternative methodology for the specific case of façades that we call System of Evaluation of Façades (SEF). In the numerical part of this method, once obtained the different data of the façade from its graphical representation, the value of two proposed indicators that are measurable through variables is determined. On these indicators a series of calculations are made based on some mathematical expressions and methods that are proposed and justified, for determining the degree of severity of each zone of the façade with. To obtain some of the mathematical expressions some essays are made, as the survey to 5 experts in the issue of diagnosis of pathology of construction, in order to assess the indicator of probability of detachment in 197 images of specific zones of façades. The conclusions and proposals of this thesis have implications on the whole built park, since the scope of it is all kinds of building, regardless of aspects such as ownership (private or public), use (housing, sanitary, school, sports , etc.), or geographic location. / Per realitzar la inspecció i diagnosi d'edificis és de gran utilitat el poder quantificar fins a quin punt les deficiències existents són greus o no, a fi de facilitar la presa de decisions i prioritzar les intervencions terapèutiques. En aquest marc, l'objectiu principal de la tesi és proposar una escala de gravetat de danys en edificis i la posterior validació de la mateixa. A aquesta escala se l'exigeix una baixa variabilitat entre els tècnics que la utilitzen, a fi que les valoracions, conclusions i prioritzacions siguin homogènies de forma independent del tècnic que intervingui en la inspecció de l'edifici. Per desenvolupar l'objectiu proposat, en primer lloc s'estudien escales existents d'àmbit general (Boufort, Douglas, Richter, Mohs, EVA, etc.) i en l'àmbit de construcció. Amb posterioritat es defineixen les característiques de l'escala proposada i la seva forma d'aplicació en base al mètode d'assignació directa, per valorar la gravetat d'elements constructius en edificis. A continuació es proposa un mètode ponderat de càlcul, basat en la distribució estadística de la gravetat dels danys existents, per determinar el grau de gravetat total de l'edifici. Finalment, l'escala i la metodologia proposada s'han aplicat a un cas real d'edifici, verificant que els mètodes utilitzats donen resultats coherents. Per a realitzar la validació de l'escala proposada i analitzar la seva aplicabilitat es realitzen una sèrie d'assajos en els quals es mostren 33 imatges d'elements constructius a una població de 374 tècnics, perquè els assignin un grau de gravetat a cada imatge segons les definicions genèriques de l'escala proposada, a fi d'analitzar, entre altres aspectes, si entre els tècnics hi ha alta o baixa variabilitat. Amb les dades recollides es realitza una anàlisi estadística, on s'analitzen i relacionen diversos aspectes i s'utilitzen tècniques matemàtiques, com ara estadística descriptiva (mitjanes aritmètiques, desviacions tipus, densitats, freqüències, histogrames, etc.), regressió logística binària i clustering. En particular, les tècniques de clustering permeten determinar quin és el nombre adequat de graus que ha de tenir l'escala perquè el funcionament de la mateixa sigui òptim i el grau de variabilitat entre tècnics acceptable. A fi de reduir el grau de variabilitat entre tècnics que es produeix pel mètode d'assignació directa es proposa a més una metodologia alternativa per al cas específic de façanes que anomenem Sistema d'Avaluació de Façanes (SEF). A la part numèrica d'aquest mètode, un cop obtingudes les diferents dades de la façana a partir de la seva representació gràfica, es determina el valor de dos indicadors que es proposen i que són mesurables mitjançant variables. Sobre aquests indicadors es realitzen una sèrie de càlculs en base a unes expressions matemàtiques i mètodes que es proposen i justifiquen, que permeten determinar el grau de gravetat de cada zona de la façana. Per a l'obtenció d'algunes de les expressions matemàtiques s'inclouen diversos assajos, com el realitzar enquesta a 5 experts en matèria de diagnosi de patologia de la construcció, a fi que valorin l'indicador probabilitat de despreniment en 197 imatges de zones concretes de façanes. Les conclusions i propostes d'aquesta tesi tenen repercussió sobre el conjunt del parc edificat, atès que l'abast de la mateixa és tot tipus d'edifici, independentment d'aspectes com: titularitat (privada o pública), ús (habitatges, sanitari, escolar, esportiu, etc.), o localització geogràfica

La producción de componentes sinterizados para aplicaciones estructurales ha mostrado un marcado desarrollo en los últimos años. La competitividad de las piezas pulvimetalúrgicas exige obtener componentes de mayores prestaciones a costes razonables. Es ampliamente conocido que uno de los métodos más eficaces para mejorar la respuesta mecánica de los materiales sinterizados consiste en reducir su porosidad. En este trabajo se estudia el comportamiento mecánico de un acero sinterizado de composición química Fe-4,0Ni-1,5Cu-0,5Mo-0,5C en el rango de alta densidad (de 7,2 a 7,5 g/cm3). Para obtener estos niveles de densificación se emplean diferentes rutas de procesamiento que incluyen: compactación en frío, compactación de polvos precalentados, compactación simple y doble, sinterizado a diferentes temperaturas, y tratamientos secundarios.Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que el nivel de densidad deseado en una pieza pulvimetalúrgica se puede controlar con la variación en las condiciones de procesamiento. Los niveles más altos de densidad se han obtenido combinando el precalentamiento de los polvos con la doble compactación y doble sinterización.El aumento en densidad conduce a una mejora de todas las propiedades mecánicas independientemente de la ruta de procesamiento a través de la cual se fabrica la pieza. Esta correlación se puede racionalizar teniendo en cuenta que al introducir poros en el material, la resistencia mecánica del material no sólo está afectada por la reducción del área efectiva resistente sino por la concentración de tensiones y la deformación plástica localizada en los cuellos. En este contexto, de cara a mejorar la resistencia mecánica del material, se concluye que es deseable tener poros de menor tamaño, con mayor espaciamiento entre sí, y con geometría mas redondeada.La presencia de deformación plástica localizada evidenciada en las superficies de fractura de los materiales estudiados permite explicar la correlación positiva encontrada entre la tenacidad de fractura y el límite elástico; comportamiento contrario al de los materiales macizos en los cuales el aumento de la resistencia mecánica usualmente se asocia a una fragilización del material y por tanto a una reducción en su tenacidad.El estudio del comportamiento mecánico bajo cargas cíclicas ha permitido establecer que el fallo por fatiga se inicia con la nucleación de microfisuras a partir de los poros más grandes e irregulares, donde la concentración de tensiones es mayor. Posteriormente, la deformación plástica localizada promueve que la grieta se extienda a través de las interfases microestructurales. La heterogeneidad de la microestructura provoca el continuo cambio de orientación de la grieta durante su propagación, y por tanto se presenta como uno de los aspectos que más beneficios aporta a la resistencia en fatiga de los aceros sinterizados aquí estudiados.La velocidad de propagación de fisuras por fatiga experimenta un aumento apreciable cuando la densidad disminuye, mientras que el umbral de propagación de grietas grandes no presenta cambios significativos con la densidad. No obstante, se ha podido comprobar que es posible la nucleación y crecimiento de fisuras a partir de poros cuyo tamaño es inferior al tamaño crítico mínimo establecido por el umbral de grietas grandes. Por tanto, se concluye que cualquier cálculo realizado teniendo en cuenta los resultados del estudio de fisuras grandes arrojaría resultados poco fiables.Finalmente, el estudio del comportamiento a fatiga también ha permitido establecer que la sensibilidad a la presencia de entallas permanece relativamente constante en el intervalo de densidad evaluado y su valor es bastante bajo comparado al que exhiben aceros macizos de aplicación estructural con prestaciones equivalentes, lo cual constituye una característica atractiva de los aceros sinterizados de alta densidad en piezas sometidas a solicitaciones cíclicas. / In recent years, manufacturing of sintered components has shown an important growth.Competitiveness of powder metallurgy demands to produce higher performance components at low costs. Reducing internal porosity is a well known method to improve the mechanical properties of sintered steels. In this doctoral thesis, the mechanical behaviour of a high-density sintered steel (Fe-4,0Ni-1,5Cu-0,5Mo-0,5C) is studied. Several processing routes have been used in order to attain different density levels (from 7,2 to 7,5 g/cm3), including: cold compaction, warm compaction, single and double pressing, sintering at low- and high-temperatures, and secondary operations.The results achieved shows that density of a PM part can be controlled by processing conditions. Highest density levels are obtained combining warm compaction with double pressing-double sintering.The mechanical properties evaluated increased linearly with sintered density, regardless of the processing route followed for achieving a given density level. This correlation can be rationalized taking into account that the mechanical resistance in PM steels is influenced not only by the reduction in load-bearing area produced by the presence of pores, but also by stress concentration and localized plastic deformation at sintering necks. In this context, it is found that smaller and rounder pores and larger pore-spacing improve the mechanical performance.The localized plastic deformation observed on the fracture surfaces of the materials investigated explain the positive correlation between yield stress and fracture toughness; opposite to the relationship exhibited by wrought materials. This performance may be highlighted as a structural advantage once the accompanying improvement in tensile properties by density is accounted.The study of the mechanical behaviour under cyclic loading allows to state that fatigue failure starts with nucleation of microcracks at larger and more irregular pores, where stress concentration is higher. Then, localized plastic deformation promotes propagation of such microcracks through microstructural interfaces. The heterogeneity of the microstructure, resulting from concentration gradients of the alloying elements after sintering, induces continuous changes along the crack growth trajectory, which represents an important issue for fatigue resistance enhancement of the PM steels here investigated.Fatigue crack growth rate increases with porosity while the threshold for propagation of long cracks remains almost constant along the density range evaluated. However, crack extension has been observed even in cracks smaller than the critical size calculated by threshold long-crack growth data. Consequently, it is concluded that any calculations based on growth data under fatigue for long cracks have low reliability.Finally, the study of the fatigue behaviour indicates that notch sensitivity in PM steels does not change with density and their value is significantly lower than the one exhibited by wrought materials with similar tensile properties. From a mechanical viewpoint, this behaviour is highly beneficial for optimizing the design of high-density PM components intended to be used under fatigue loading.

External reinforcement techniques with CFRP laminate adhered to concrete elements have advanced greatly over the past decade, obtaining a more effective method further lightweight and reliable. These advances have resulted from extensive research in the field of epoxy behavior, concrete fracture behavior, concrete-epoxy interface behavior and the ultimate strength of carbon fibers. Intervene in a reinforced concrete structure to increase the load-bearing strength, it is a process that must be developed with careful not to weaken any area of the existing structure in an attempt to strengthen, given this premise, reinforcement externally bonded CFRP laminates provide great advantages over traditional techniques reinforcements where it is necessary to modify existing geometry and also increase it. In this research the behavior of concrete and epoxy was analyzed together with the laminate in double shear tests that were conducted in the first stage. This allows to know the stress distribution along the bond length so as to determine the effective bond length, and the type of failure within the concrete and crack pattern commonly present in the most stressed area. In the second stage of the investigation, initially flat beams were tested, externally reinforced with CFRP laminates and later deep beams was tested. During this stage it was possible to capture the behavior of the strain along the laminate and the strain in the extreme compression fiber. The maximum bending moment is obtained for each configuration of external CFRP reinforcement With the data obtained it was possible to compare rates and maximum resistance to failure existing in the current literature and verify models proposed in the design standards of reinforced concrete structures with externally bonded laminates. Finally, modifications to the limit values of the states of strain of laminates for failures most commonly present in the beams externally reinforced with CFRP laminates are proposed, and recommendations are made for each stage of calculation of bending strength. / Las técnicas de refuerzo externo de laminados de CFRP adheridos a elementos de hormigón han avanzado fuertemente en la última década, obteniendo un procedimiento más efectivo además de ligero y fiable. Estos avances se han derivado de extensas investigaciones en el campo de los epoxi, fractura en el hormigón, comportamiento de la interface hormigón¿epoxi y de la resistencia última de las fibras de carbono. Intervenir en un estructura para incrementar la resistencia portante, es un proceso que debe desarrollarse con cuidado de no debilitar ninguna zona de la estructura existente en el intento por reforzarla; ante esta premisa, los refuerzos con laminados CFRP adheridos externamente proveen grandes ventajas sobre los refuerzos tradicionales en los que es necesario modificar la geometría existente y además, como consecuencia del refuerzo, incrementarla. En la presente investigación se analizó el comportamiento del hormigón y del epoxi junto con los laminados en los ensayos a doble cortante que se realizaron en la primera etapa; esto permite conocer la distribución de tensiones a lo largo de la longitud adherida así como determinar la longitud efectiva de adherencia. Así como el tipo de falla al interior del hormigón y el patrón de fisura comúnmente presente en la zona más estresada. En la segunda etapa de la investigación se probaron inicialmente vigas planas reforzadas externamente con laminados de CFRP y posteriormente se ensayaron vigas de canto. Durante esta etapa fue posible capturar el comportamiento de las deformaciones a lo largo del laminado así como las deformaciones en la cabeza de compresión, sobre la cara superior de las vigas. Se obtuvieron los momentos máximos resistentes para cada configuración de refuerzo externo y de caso de carga. Con los datos obtenidos fue posible comparar tipos de fallo y resistencias máximas con los existentes en la bibliografía actual y verificar modelos simples propuestos en las normas de diseño de estructuras de hormigón reforzado con laminados adheridos externamente. Finalmente se proponen modificaciones a los valores límites de los estados de deformación de los laminados para las fallas más comúnmente presentes en las vigas reforzadas con laminados de CFRP; y se realizan las recomendaciones para cada etapa del proceso de cálculo de la resistencia última a flexión.

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.