L'objectiu general d'aquesta tesi doctoral és la realització un estudi sobre els sistemes de vegetació de les façanes d'edificis i del seu possible ús com a sistema passiu d'estalvi d'energia en edificació.En la primera part del treball, s'aborda de forma general l'estat de l'art de l'anomenada arquitectura vegetada, tant de cobertes com de façanes, fent incidència en els aspectes funcionals de la integració de vegetació en els edificis, és a dir, dels seus avantatges i desavantatges.Un cop acotada la temàtica objecte de la tesi, és a dir les façanes vegetades, es duu a terme un estudi més específic sobre aquests sistemes, contemplat des de tres vessants, des de l'àmbit dels sistemes constructius, des de l'àmbit de la recerca, i finalment des de l'àmbit normatiu. En aquest estudi s'evidencia la existència de un gran nombre de sistemes constructius diferents emprats per a la vegetació de façanes, i en conseqüència la dificultat en interpretar i comparar les dades referents als seus aspectes funcionals (avantatges i desavantatges). També es detecta que la recerca en aquest sector és incipient i que la normativa és quasi bé inexistent.En la segona part de la tesi, i amb la informació recopilada en la fase anterior, es proposa una classificació d'aquests sistemes verticals de vegetació d'edificis, a partir de la qual es puguin diferenciar clarament les tipologies de sistemes verticals de vegetació d'edificis. També és fa una primera valoració de cadascun d'aquests sistemes d'acord a diferents criteris de caire general, la qual permet fer-se una idea del que poden aportar uns i altres.D'aquesta anàlisi es pot considerar que són les façanes vegetades, i concretament les de doble pell o cortines vegetals les que ofereixen millors expectatives en quant a proveir superfícies vegetades verticals integrades a l'edificació, mitjançant sistemes constructius senzills i fàcilment desmuntables (si s'escau), de manteniment extensiu.Cal però tenir en compte que la funcionalitat d'aquestes façanes dependrà de les espècies que s'utilitzin, així com del tipus de clima en el que es fan anar. En aquest sentit, en la tesi es proposa, per a façanes vegetades de doble pell o cortines vegetades, una relació de les espècies més adequades per a clima mediterrani, tot diferenciant entre clima mediterrani continental i clima mediterrani litoral. En aquesta relació, les espècies s'han agrupat en funció de l'estratègia de desenvolupament de cadascuna d'elles i dels sistemes de subjecció o suport que els hi poden ser més escaients en cada cas. El resultat final són unes taules que amb la relació d'espècies que cal considerar en el moment del disseny i en funció de les necessitats, per a les condicions climàtiques especificades.Finalment, en aquesta segona part de la tesi, s'ha avançat en l'estudi del potencial de les façanes vegetades com a sistema passiu d'estalvi d'energia en edificació.En general, es pot afirmar que la utilització de vegetació, de forma ben dissenyada i gestionada, pot ser una eina útil de regulació tèrmica d'edificis amb el conseqüent estalvi energètic que comporta. Aquesta pot tenir lloc de quatre formes, sovint relacionades: Actua com aïllament tèrmic. L'efecte ombra. El refredament evaporatiu. La variació de l'efecte que produiria el vent sobre l'edificació. Per obtenir dades relatives a aquesta i d'altres qüestions sobre el funcionament de les façanes vegetades de doble pell o cortines vegetals, i concretament en clima mediterrani continental s'han plantejat i desenvolupar diverses accions.En un experiment implementat a Puigverd de Lleida l'objectiu principal ha estat l'estudi i comparació de la capacitat per produir ombra de diferents espècies d'enfiladisses en clima mediterrani continental. Amb aquest propòsit s'han dissenyat i construït uns enreixats, s'han plantat quatre tipus d'enfiladisses i s'han deixat créixer durant un any, moment en el que s'ha dut a terme mesures de la seva transmissivitat lumínica. Els valors obtinguts per a la transmissivitat lumínica per a les diferents espècies són comparables als valors del Factor d'Ombra que s'especifiquen emprant obstacles de façana en el Codi Tècnic de l'Edificació, per a façanes sud.Una altra acció ha consistit en dur a terme l'estudi i seguiment durant un any del comportament d'una façana vegetada de doble pell o cortina vegetal, mitjançant enreixats modulars i Glicina (Wisteria sinensis), a la població de Golmés. En aquest cas es pot verificar el gran potencial d'aquests sistemes en la intercepció de radiació (ombra), així com la creació d'unes condicions microclimàtiques diferents en l'espai intermedi entre la cortina vegetal i la paret de l'edifici, caracteritzades per una temperatura major i humitat relativa més baixa a l'hivern (període sense fulles), i menor temperatura i una humitat més alta a l'estiu (període amb fulles). Els resultats posen de manifest, a més de l'efecte d'ombra, que la cortina vegetal actua com a barrera contra el vent, i verifica l'efecte que produeix l'evapotranspiració de les plantes.També s'ha verificat l'efecte que produeix la façana vegetada en l'edifici per mitjà d'una anàlisi termogràfica tant a l'hivern com a l'estiu.Finalment, i mitjançant l'eina de simulació Bioclim+Confie, s'han elaborat diferents simulacions del funcionament de les façanes vegetades, en funció de la seva capacitat de produir ombra, tot fent anar uns coeficients mensuals de transparència tant aplicats en els buits de finestra com en la part opaca de les parets de façana. Aquestes simulacions aporten dades interessants en quant a la modificació dels guanys solars i les demandes d'energia de les edificacions quan es planteja com a estratègia la utilització de pantalles vegetades.En general, la tesi revisa l'estat actual dels sistemes verticals de vegetació de d'edificis, els ordena i classifica de cara a accions futures, i inicia línies de treball amb aquests sistemes en condicions locals de clima mediterrani i en referència al seu ús com a sistemes passius d'estalvi d'energia. / The overall objective of this PhD is conducting a study on vegetation systems in facades of buildings and their possible use as a passive system of energy savings in buildings.The first part of the work addresses, in a general way, the state of the art of vegetated architecture, both in roofs as in facades, with attention on functional aspects of the integration of vegetation in buildings, ie, their advantages and disadvantages.Once narrowed the subject of the thesis, the vegetated facades, a more specific study about these systems was carried out, viewed from three aspects, from the point of view of building systems, from the research, and finally from the normative domain. This study demonstrates the existence of a large number of different construction systems used for vegetation on facades, and hence the difficulty in interpreting and comparing the data on its functional aspects (advantages and disadvantages). It also detects that the research in this area is nascent and that the legislation is almost nonexistent.In the second part of the thesis, with the information collected in the previous phase, a classification of vertical vegetated systems of buildings in which they can clearly differentiate the types of these systems is proposed. An initial assessment of each of these systems according to various criteria of a general nature, which gives an idea of what they can bring, is also done.This analysis shows that there are green facades, specifically the double-skin or vegetable curtains, that offer better expectations to provide vertical vegetated surfaces integrated in the buildings, through simple construction systems, are easily removable (if it's necessary), and only need a extensive maintenance.Nevertheless, one should keep in mind that the functionality of these facades depends on the species used and the type of climate in which they are used. In this sense, in the thesis a list of the most suitable species for Mediterranean climate for double-skin green facades or green curtains is proposed, distinguishing between continental and Mediterranean climate Mediterranean climate coast. In this relationship, the species were grouped according to the development strategy of each species and fastening systems or support they may be more appropriate in each case. The end result is a table with the list of species that should be considered in the design time, depending on climatic conditions specified, and for each subject or support systems.Finally, in this second part of the thesis, the potential of vegetated facades as passive system of energy saving in buildings is also studied. In general, it can be said that the use of vegetation, well designed and managed, can be a useful tool for thermal regulation of buildings with the corresponding energy savings. This can occur in four ways, often related: The insulation effect. The shadow effect. The evaporative cooling. The variation of effect that the wind produced on the building.For information on these and other questions about the operation of double-skin green facades or green curtains, particularly in continental Mediterranean climate, several actions were initiated and developed.In an experiment implemented in Lleida Puigverd, the main objective was the study and comparison of the ability to produce shade of various species of climbers in continental Mediterranean climate. For this purpose some trellises were designed and built, and four types of climbing plants were planted and allowed to grow for a year. After a year measures of their light transmissivity were carried out. The values obtained for the light transmissivity for the different species are comparable to the values of Shadow Factor obstacles that are specified using obstacles in the Technical Building Code, for south facades.Another action was the study of the behaviour of a double-skin green facade or green curtain, made with modular trellis and Wisteria (Wisteria sinensis), in the village of Golmés, near Lleida, during one year. In this case the great potential of these systems in light interception (shadow) could be checked, but also the possibility to create different microclimatic conditions in the space between the curtain of vegetation and the building wall, characterized by a higher temperature and lower relative humidity in winter (leafless period) and lower temperature and higher humidity in summer (period with leaves). The absolute humidity remains slightly higher in the intermediate space in most months of the year, increasing the difference in the summer period. The results show, in addition to the shadow effect, that the curtain of vegetation acts as a barrier against the wind, and verifies the effect of evapotranspiration from plants. The effect of the vegetated facade on the building through a thermographic analysis, both winter and summer, was also verified. Finally, through the simulation tool Bioclim+Confie, different simulations of green facades were developed, based on their ability to produce shade, using monthly coefficients of transparency, applied in holes of the window and in the opaque area of the facade walls. These simulations provide interesting information regarding the modification of solar gains and the energy demands of buildings when the strategy is the use of green screens.In general, the thesis reviews the current state of the art of vertical vegetated systems of buildings, and classifies them for future actions. Besides, a research line in reference to their use as passive systems for energy savings in local conditions Mediterranean climate was started.

El objetivo principal de esta investigación se centra en el análisis de los efectos de la temperatura y la hidratación o secado de las arcillas en el comportamiento de cambio de volumen, permeabilidad y características de retención de agua, ante una variedad de trayectorias de succión, tensión neta y temperatura. Se han utilizado dos muestras de arcilla de Boom (Mol, Bélgica) artificialmente preparadas con una estructura dominante de agregados y exhibiendo pautas de comportamiento extremas de las arcillas parcialmente saturadas. Las muestras artificiales se han caracterizado extensamente con relación a los aspectos hidráulicos y mecánicos, tanto desde el punto de vista micro-estructural como a escala macro-estructural, donde se identifican dos zonas claras de dominio de la succión a nivel 'intra-agregado' o a nivel 'inter-agregado'. Se han diseñado y construido nuevas células edométricas y un equipo triaxial con control de temperatura y succión. La célula triaxial permite registrar la evolución temporal de las deformaciones axiales (a través de LVDT locales), de las deformaciones radiales y de las isócronas de los perfiles laterales (a través de sensores láser), que experimenta la muestra en diferentes trayectorias mecánicas, de hidratación y de temperatura. En la técnica de sobre-presión de aire se ha mantenido una presión constante, aplicándola inicialmente en condiciones de fase de aire continua. La temperatura se limitó a un máximo de 80°C para evitar cambios de fase y químicos apreciables, así como para limitar los problemas asociados a la técnica de traslación de ejes. Se llevaron a cabo dos tipos de ensayos: las trayectorias en condiciones isotérmicas a dos temperaturas contrastantes y los ensayos en condiciones no isotérmicas. Los ensayos isotérmicos se enfocaron en trayectorias de humedecimiento y de secado bajo tensiones netas verticales y medias constantes, en ciclos de carga y descarga a succión constante, así como en ensayos isócoros a succión controlada. Los ensayos sobre muestras altamente sobreconsolidadas revelaron un hinchamiento irreversible en las trayectorias de calentamiento a succión constante, debido a una reestructuración del esqueleto de la arcilla asociada a un mecanismo de adsorción de agua. Los resultados no isotermos mostraron valores similares ante cambios de volumen y contenidos de agua a los obtenidos bajo condiciones isotérmicas en trayectorias de humedecimiento a diferentes temperaturas y estados tensionales equivalentes. La existencia de deformaciones plásticas y de cambios irreversibles en el contenido de agua, asociados con las trayectorias principales de hidratación y de secado, es un aspecto relevante de los resultados, siendo más importante a temperaturas elevadas. Los resultados a succión controlada y tensión neta media constante revelaron una contracción irreversible durante el calentamiento de una muestra de arcilla normalmente consolidada. Asimismo se identifica una zona de máximo colapso en las trayectorias isotérmicas de humedecimiento bajo tensión neta vertical constante realizadas sobre las muestras de alta porosidad. Los ensayos isócoros sobre las muestras de baja porosidad mostraron un hinchamiento dominante, asociado a una presión de hinchamiento mayor que la registrada por las muestras de alta porosidad, donde se detecta un colapso macroestructural compensado por la expansión reversible de la estructura. Basándose en estas observaciones, se han propuesto hipótesis para explicar las pautas de comportamiento desde el punto de vista de los diferentes fenómenos micro y macroscópicos que afectan a las arcillas no saturadas. Se han planteado una serie de expresiones para las curvas de retención y permeabilidad al agua a diferentes temperaturas, porosidades y grados de saturación. Los cambios producidos por la acción mecánica, la succión y la temperatura se han interpretado bajo un concepto elastoplástico utilizando diferentes variables de estado tensionales y sus correspondientes variables conjugadas extensivas. / In view of the increasing use of clay in high-temperature environments, mainly related to the conceptual design of engineered barriers for radioactive waste disposal in deep geological media, and to enrich the existing body of knowledge in the thermo-hydro-mechanical response, a systematic laboratory research programme has been designed and carried out to investigate these aspects. The main objective of this research is to analyse the effects of temperature and hydration or drying paths on clay volume change behaviour, water permeability and water retention characteristics, under a variety of matric suction, net stress and temperature paths. Two artificially prepared packings of Boom clay powder with a dominant aggregated fabric, covering a wide overconsolidation range, have been used in the testing programme. Clay powder and artificially prepared samples have been extensively characterised in relation to hydraulic and mechanical aspects, both at microstructural and macrostructural scale. New temperature and suction controlled oedometer cells and triaxial equipment have been designed, developed and carefully calibrated for investigating mechanical and thermal aspects of behaviour. The fully instrumented triaxial cell allows registering the time evolution of axial strains (via internal LVDTs), radial deformations and isochrones of lateral profiles (via electro-optical laser sensors) that experiences the sample under different mechanical, hydration and temperature paths. Air overpressure technique maintaining a constant air pressure has been followed during the tests, starting from continuous air phase conditions. Maximum temperature has been limited to 80°C for no appreciable phase and chemical change to occur, as well as to limit spurious problems affecting axis translation technique. Two main test types were carried out: isothermal tests at two different temperatures and non-isothermal paths. Isothermal paths were focused on wetting and drying cycles at constant net vertical or mean stress and loading-unloading cycles at constant suction, as well as suction controlled isochoric swelling/shrinkage pressure tests. Reversible and irreversible features of volume change behaviour (swelling, collapse and shrinkage, thermal dilatation and contraction), under oedometer and isotropic stress state conditions have been observed. Tests on heavily overconsolidated states revealed irreversible expansion upon drained heating at constant suction due to a structural rearrangement of clay skeleton, giving similar values in terms of volume and water content changes compared to isothermal wetting paths at different temperatures and equivalent stress states. The existence of important plastic deformations and irreversible water content changes associated with the first suction reduction and main drying path is a relevant feature of the data, which is more important at higher temperatures. Testing results at constant suction and net mean stress show that temperature increase on an open normally consolidated structure revealed irreversible contraction. A maximum collapse/contraction zone is also identified in the isothermal wetting paths at constant net vertical stress performed on the high-porosity fabrics. Isochoric tests revealed a dominating swelling for the low-porosity sample, where a higher swelling pressure is detected, and a controlling macrostructural collapse compensated by the reversible expansion of the structure for the high-porosity fabric. Based on these observations, hypotheses are proposed to explain features of behaviour in terms of microscopic and macroscopic phenomena affecting unsaturated clays. Expressions for retention curves and water permeability functions at different temperatures, as well as values of the different parameters describing porosity, temperature and degree of saturation dependence, have been proposed and determined for both fabrics under a variety of conditions. Mechanical, suction and thermal induced changes in terms of different stress state variables and their associated work conjugate variables were discussed within an elastoplastic point of view, and parameters characterising their reversible and irreversible features respect to drained and undrained thermal coefficients, as well as suction decrease, suction increase and loading-collapse yield loci, determined.

El contenido de la tesis que se presenta se ha organizado de la manera siguiente:A lo largo del capítulo 2 se describen los aspectos generales del estado del arte del análisis de sensibilidad, centrándose en las principales metodologías existentes y en el cálculo elástico. Asimismo, se exponen un conjunto de reflexiones acerca de la bondad del análisis de sensibilidad. En el capítulo 3 se explican los distintos acercamientos, en términos generales, que existen en la bibliografía sobre el cálculo de sensibilidades para modelos no lineales del material.El capítulo 4 contiene las aportaciones de otros autores al desarrollo de formulaciones para estudiar la sensibilidad de la respuesta elastoplástica. Después de unas reflexiones críticas, se aborda una nueva formulación de sensibilidad de formas en cálculo elastoplástico con la notación usual en el contexto del análisis por elementos finitos en la ingeniería. A continuación, se prueba dicha formulación en un conjunto de ejemplos y se descubren algunas problemáticas que conlleva el análisis no lineal a solicitación constante.En el capítulo 5 se desarrolla la formulación para el análisis de sensibilidad de formas en un modelo de daño incorporando la herramienta de cálculo de la longitud de arco, basada en el control de desplazamientos. Se realizan una serie de reflexiones sobre las posibilidades de extrapolación de cargas últimas y se prueban los algoritmos propuestos en un conjunto de ejemplos de diversa índole.Después de un breve estado del arte sobre el diseño en ingeniería, se aborda en el capítulo 6 el problema del concepto de diseño asistido. Se realiza una propuesta conceptual para enlazar las posibilidades cuantitativas de un análisis de sensibilidad con la inteligencia artificial de los sistemas expertos. La intención es producir una nueva serie tecnológica de instrumentos de apoyo al diseño que mejoren las prestaciones de los existentes a tres niveles: análisis crítico de resultados, potenciación de la creatividad y aprendizaje heurístico.Finalmente, en el capítulo 7 se describe la evolución de la programación y su relación con los elementos finitos. Se hace hincapié en los códigos orientados a objeto y se describen las aplicaciones prácticas de desarrollo que se han llevado a cabo en esta tesis.El capítulo 8 y último contiene las conclusiones del trabajo desarrollado y las nuevas líneas de investigación que se proponen.

Timber is perceived as a sustainable building material by its nature. In recent years, the use oftimber, have been promoted in multiple presentations and a variety of products for the construction of buildings. This trend may create demand, exploitation, processing and increased use oftimber that requires an objective assessment of environmental impacto This could lead, to avoid making mistakes that could reduce the sustainability ofthis material. Consequentiy, it has been proposed to study the environmental im pact that m ay res ult in the use of wood taking into account variables and indicators to make a quantitative assessment ofthe magnitude of impact in the case ofthe construction of multistory residential buildings (VPVP in spanish acronym) in Europe. To develop the studywere selecled 4 impacl variables: lhe relalionship between lhe demand for tim ber and the resource availability in tim e, lhe impact on carbon dioxide em issions , the im pact of em bodied energy, and the amount ofwood used in construction. The first variable is studied bya review ofwood produced in Europe and the different destinations that such production has, in order to determ ine how m uch of the wood produced is intended to build VPVP, and approach the diagnosis ofpotential conflicts in availability of this resource overtime. This studywas done with projections for scenarios in the years 2015 and 2050. The im pact of C02 em issions is studied through the indicator of emissions per unit of construction area expressed in kgC02/m2. It is a detailed study of one m2 offacade built with wood where are considered the emissions from wood waste from untapped cutting processes and felled trees, the wood processing in different products and emissions from fuel or energy sources used in the processing of wood. In addition, references were taken from various sources of information about C02 emissions and em bodied energy in the production of different presentations of timber and wood products normally used in the construction ofVPVP. After characterizing the impact variables and their indicators, we proceeded to apply them to selected cases of study. We compared the impact of various building elements and scenarios. VPVP buildings were developed constituted of various combinations of these building elements in order to approach the most efficient combinations. Finally, we compared the indicators obtained in the study of cases with a case of VPVP of conventional cons truction . Regarding the first variable, we can say that the patterns of production and cons um ption of wood in Europe tend to be sustainable . As for the second variable, it was observed that the impact due to the wood processing depends mainly on the amount ofwaste generated, the use to be given to these residues and the level of process ing required by each product. As for the third variable was concluded that to minimize the impact of embodied energy would be required the use of natural and renewable sources of energy. The construction of composite structures using timber panels combined with natural wood trusses is an intermediate option in values for impact. In terms of the final variable, if the construction of wooden VPVP comes to occupy 30% of total VPVP built in Europe in 2050 may be required one third of all wood demanded by the building industry.

La hipótesis principal de esta investigación se basa en la demostración de la importancia que ha adquirido España con respecto al material cerámico tanto en fabricación, puesta en obra y su uso en la arquitectura haciendo un estudio histórico desde la Revolución Industrial hasta nuestros días. A través de la observación de la historia veremos como este material usado como revestimiento en la arquitectura, ha superado altibajos en su utilización debido a la banalización de su uso, a veces restringiendo su uso y luego recuperado por generaciones que han revalorizado sus posibilidades expresivas y sus prestaciones a los que no han podido adaptarse otros materiales sustitutos. El análisis se desarrolla en 5 bloques: 1- Primer bloque: introducción 2- Segundo bloque: El desarrollo del revestimiento cerámico y su afianzamiento en la arquitectura hasta 1930 3- Tercer bloque: La Industrialización en España: Período 1930/80 4- Cuarto bloque: La tecnología aplicada a cerámica en la arquitectura contemporánea 5- Quinto Bloque: Conclusiones finales El primer bloque es una introducción al tema de la tesis, donde se trata a la cerámica en su visión general desde un material tradicional (utensilios, botijos, etc) hasta sus usos más específicos de última tecnología combinado con nuevos aditivos y compuestos químicos adaptada a requerimientos de otros campos de la ciencia, desde la aeronáutica espacial hasta la medicina. En este apartado se demuestra como este material se adapta y muta de un material básico y tradicional a un producto de altísimas prestaciones en campos antes nunca imaginados, poniendo de manifiesto su ductilidad y versatilidad. En los tres bloques siguientes se establece un paralelismo entre 4 variables: la historia (su desarrollo en concordancia con los cambios socioculturales del ser humano), la clasificación de productos que se desarrollan en cada período, su sistemas de colocación y su manifestación plástica como revestimiento en la arquitectura, donde se mencionan obras de importancia; poniendo énfasis en su interpretación arquitectónica. En estos paralelismos, se podrá observar cómo, en algunos casos, cada variable acompaña a las otras, y como a veces se producen desencuentros entre ellas. También se tienen en cuenta los movimientos y la evolución de la cerámica a nivel mundial para poder establecer una comparativa entre España y otros países productores. Debido a los cambios climáticos acontecidos en las últimas décadas, se ha desarrollado un interés por el cuidado y preservación del medio ambiente, tema también tratado en el cuarto bloque como aporte al desarrollo de la sostenibilidad y el análisis del impacto ambiental que produce la industria cerámica. El criterio utilizado en la división de los bloques es la siguiente: desde la Revolución Industrial hasta 1930 (desarrollo de la energía eléctrica, el comienzo de los sistemas mecanizados y el arribo del horno de cocción continua). El bloque siguiente abarca hasta 1980 (llegada del gas natural a la Comunidad Valenciana). El último bloque a partir de 1980 hasta nuestros días, con los últimos avances en compactación, cocción y mejora de materias primas en España, la aparición del gres y el desarrollo de éste hasta el S XXI con porosidades casi nulas y espesores mínimos y con los sistemas mecanizados trabajados por sistemas operativos informáticos. De cada uno de los bloques obtendremos una conclusión parcial que dará lugar al quinto bloque, donde se llegará a las conclusiones finales de esta tesis. / The main hypothesis of this investigation is based on the demonstration that Spain has gained a lot of importance regarding ceramic tiles, in terms of fabrication, setting up, and its use in architecture, making an historical study, from the Industrial Revolution until present day. Through history observation, we will see how this material, used as revetment in architecture, has overcome up and downs in its utilization, due to the triviality in its use, sometimes restricting it, and other times being recovered by new generations that have restored its expressive possibilities and its benefits. The analysis is developed in five units: 1. First Block: Introduction 2. Second block: The development of the ceramic coating and its strengthening in architecture until 1930. 3. Third block: The industrialization in Spain: 1930/80. 4. Fourth block: Technology applied to pottery in contemporary architecture. 5. Fifth block: Final conclusions. The first block is an introduction to the thesis theme; giving a general vision from a traditional material (utensils, drinking jugs, etc), till more specific and modern uses, combined with new chemical additives and composites, and adapted to other science’s requirements, like space aeronautics or medicine. This block demonstrates how this material adapts and mutates from a basic and traditional material to a high benefit product, used in never before imagined fields, manifesting its ductility and versatility. In the next three blocks, a parallelism is established between four variables: history (its development according to the sociocultural changes in the human beings), the product’s classification in each period, its collocation system, and its plastic manifestation as revetment in architecture, putting emphasis in the architectural interpretation of some important buildings. In these parallelisms, it will observe how, in some cases, each variable goes together with the others, and in some other cases, there are disagreements between them. The movements and the ceramic tile’s evolution are also taken into account, to compare Spain with the other producing countries. Due to the climatic changes of the last decades, the interest for the environment’s preservation has increased, and this fact is treated in the fourth block, to analyze the environmental impact of the pottery industry. The temporal frame used for these blocks is the following: first, from the Industrial Revolution until 1930 (the electric energy is developed, the mechanized systems begin and the continuous firing kiln arrives). Second: from 1930 to 1980 (when the natural gas arrives to Valencia). And the last one: from 1980 until today, with the last advances in the raw material’s compaction, firing and improvements; the appearance of the ceramic tile and its improvements like nearly-zero porousness and minimal thickness; and the mechanized systems done by computers. From each block, a partial conclusion will be gained, and all of them will create the fifth block, with this thesis final conclusions.

Based on the laboratory, field and numerical results, the post-rupture strength defined firstly by Burland (1990) is verified and introduced in this thesis to describe the two-stage post-peak strain-softening characteristics of stiff clays. The first softening stage is induced by the loss of interbonding between particles, i.e. the cohesive component of strength at relatively small displacement and hence termed as cementation loss; while the second is due to the gradual realignment, i.e. reorientation of clay particles at large displacements and can be called as gradual frictional resistance loss. A generalised constitutive model is then established to simulate the two-stage softening characteristics of stiff clays by modifying the Mohr-Coulomb model. This model is formulated and then implemented into an explicit finite difference program FLAC. The new model is applied to simulate laboratory tests such as triaxial compression tests and direct shear box test to depict the new model. The numerical results demonstrate the capability and efficiency of the modified softening model to model the two-stage strain-softening behaviour of stiff clays. A series of analyses of delayed progressive failure of cut slopes in stiff clays have been performed using two-stage softening model incorporating post-rupture strength. The numerical results reproduce well the progressive failure process, position of failure surface and failure time, which proves further the validity of the new model. Meanwhile, parametric analyses are also carried out to demonstrate the general influence of post-rupture strength. The results demonstrate that the slope stability with the adoption of two-stage softening model is reduced compared with that using one-stage softening model due to the quicker cohesion reduction with deviatoric plastic strain in the first softening stage of two-stage softening model. Both post-rupture strength concept and two-stage softening model are applied to the modelling of a famous case¿ Aznalcóllar dam failure under both inhomogeneous and homogeneous hypotheses. The simulations reproduced well the failure of Aznalcóllar dam including the location and shape of the slip surface, the progressive failure course and the development of pore water pressure in terms of the developments of shear strain rate, shear strain increment, displacement, velocity and strength parameter softening. The mechanism of Aznalcóllar dam failure is deemed to be progressive failure mainly due to the softening of Guadalquivir blue clay. The developments of average stress ratio, average residual factor, average brittleness, average stress path, the distribution of shear stress and mobilised strength parameters along the slip surface confirm further the mechanism of progressive failure of Aznalcóllar dam with these values to be intermediate between peak and residual values during the failure course. The post-rupture state could be thought as the average one at initial failure. At final failure, most part of the slip surface is at residual state, especially along the horizontal part. The Aznalcóllar dam failure is sensitive to the softening rate. Larger rates will induce earlier failure and no failure will occur with slow softening rates. Only an appropriate setting of softening rates can cause failure at final phase under both inhomogeneous and homogeneous hypotheses. Finally, the post-rupture concept is introduced to derive analytical solutions to limit pressure, the stress, strain, and displacement fields for the cylindrical cavity expansion in stiff overconsolidated clay. The results of computational examples and the similarity between numerical solution and analytical one verify the reasonableness of the analytical solution to cavity expansion in stiff clays with two-stage softening characteristics. / Basado en los datos de laboratorio y de campo y los resultados numéricos, la resistencia post-ruptura definida por Burland (1990) se verifica y introduce para describir las dos etapas de ablandamiento post-ruptura de las arcillas rígidas. La primera etapa del ablandamiento está inducida por la pérdida de inter-conexión entre las partículas, o de la componente cohesiva de la resistencia a desplazamientos relativamente pequeños; la segunda etapa es debida al realineamiento gradual o reorientación de las partículas de arcilla a grandes desplazamientos y se puede llamar como pérdida gradual de la resistencia friccional. Se establece un modelo constitutivo general para simular las características de ablandamiento en dos etapas de las arcillas rígidas, modificando el modelo Mohr-Coulomb. La formulación de este modelo es ilustrada detalladamente y luego implementada en un programa explícito de diferencia finitas FLAC. Se aplica el nuevo modelo para simular los ensayos de laboratorio como ensayos de compresión triaxial y ensayos de corte directo. Los resultados numéricos demuestran la capacidad y eficiencia del modelo modificado de ablandamiento para reproducir el comportamiento de ablandamiento por deformación en dos etapas de las arcillas rígidas. Se han realizado una serie de análisis de la rotura progresiva diferida de taludes en arcillas rígidas, utilizando el nuevo modelo de ablandamiento en dos etapas con incorporación de la resistencia de post-ruptura. Los resultados numéricos reproducen bastante bien el proceso progresivo de la rotura, la posición de la superficie de rotura y el tiempo de rotura, lo cual brinda validez adicional al nuevo modelo. Adicionalmente, se ha llevado a cabo un análisis paramétrico para demostrar la influencia general de la resistencia de post-ruptura. Los resultados demuestran que se reduce la estabilidad de los taludes con la adopción del modelo de ablandamiento de dos etapas en comparación con lo de solo una etapa, debido a la reducción más rápida de la cohesión con la deformación plástica en primera fase de ablandamiento del modelo de ablandamiento de dos etapas. El concepto de la resistencia post-ruptura y el modelo de ablandamiento en dos etapas son aplicados en la simulación numérica del famoso caso de la rotura de la presa de Aznalcóllar bajo las dos hipótesis no homogéneos y homogénea. Las simulaciones reproducen bien la rotura de la presa de Aznalcóllar incluyendo el proceso progresivo de la rotura, la ubicación y la forma de la superficie de deslizamiento y el desarrollo de la presión del agua en los poros, según el desarrollo del estado de la plasticidad, la velocidad de la deformación de corte, el incremento de la deformación de corte, el desplazamiento, la velocidad y parámetros de resistencia del ablandamiento. El desarrollo de la relación media de las tensiones, el factor residual, la fragilidad media, la trayectoria de tensiones media y la distribución de las tensiones de corte movilizadas y los parámetros de resistencia movilizados a lo largo de la superficie de deslizamiento, confirman el mecanismo de rotura progresiva de la presa de Aznalcóllar debida principalmente al ablandamiento de la masa de arcilla azul del Guadalquivir, con estos valores en el intermedio entre los valores pico y residual durante el proceso de la rotura. La rotura de la presa de Aznalcóllar es sensible a la velocidad de ablandamiento de la deformación de corte plástica. Finalmente, se introduce el concepto de la resistencia post-ruptura de las arcillas rígidas para derivar las soluciones analíticas para la presión límite, las tensiones, las deformaciones y campos de desplazamientos de la expansión de cavidades cilíndricas en arcillas rígidas. Los resultados de los ejemplos de cálculo y la similitud entre la solución numérica y analítica verifican la razonabilidad de la solución analítica a la expansión de la cavidad en arcillas rígidas con las características de ablandamiento de dos etapas.

The Dissertation's main aim is to establish a procedure for the optimization of space grid as a framed tube (spatial mesh) structural typology envelope for tall buildings given the increasing interest in this recent constructive and architectural trend. As to accomplish this aim, a comparative structural study is driven, rooted in the analysis of the principal stresses, to determine whether spatial mesh envelopes for tall buildings are more optimal and efficient if their design is adapted to the principal stress directions. Thus, meaning when the design of this structural typology is based on the isostatic lines of their equivalent continuous structural elements according to their solicitations. This approach requires to establish, previously, the fundamental relationship formed by the basic concepts of geometry, shape and structural function. The first chapter, therefore, is a deep overview oft hese concepts. The chapter outlines the historical knowledge to determine the state-of-the-art according to their use in the design and analysis of architectural projects, based on a documentary compilation in which the baseline is to seek of understanding structural. Hence, allowing to establish a basic historical conceptual thread that in the course of its evolution shells the various formal aspects of the function-form relationship. In chapter 2, a basic comparative study is performed, in two dimensions, around different triangulations of lattice girder to determine the relationship between structural efficiency and the arrangement of the bars that make up the trusses, as adapted to the isostatic lines trajectory of their equivalent continuous structural elements, previously mentioned. The basic study, around efficiency and structural behavior, is implemented later in the analysis of more complex spatial structures, which are the main object of this research. Matter of factly, this concept of structural optimization, used according to the form, allows this research to address the study of skyscrapers based on spatial mesh as a framed tube resistant system in the field of architecture. As justified in the third chapter and more thoroughly discussed in chapter 4 this current trend is frequently used. lts use is due to the high architectural and structural features offered by this structural type, which is characterized by the close relationship of the binomial that conform the architectural design and structural concept. In chapter 5, a proposal is outlined according to the final structural comparative studies. by presenting an architectural proposal that includes the so-called concept "structural aesthetics" that emerges from the binary concept previously mentioned, which is widely used in the design and analysis of architectural structures. Chapter 6 is devoted to the analysis of the data, the findings of the comparative studies conducted, in accordance with the structural efficiency, are presented. These results will determine if the mesh or framed tube structures are more efficient if they adopt the isostatic lines trajectory generated by the main and dominant lateral load, in the high-rise buildings case, the wind. Conjointly, in this chapter the possible future research lines derived from the above conclusions are outlined . / L’objectiu fonamental d’aquesta Tesi és establir un procediment per a la optimització de malles estructural d’acer, envolupants d’edificis en alçada, com a tipologia estructural d’entramat en tub (malles espacials), donat el creixent interès en aquesta tendència constructiu-arquitectònica. Per a això, es realitza un estudi comparatiu estructural en base a l’anàlisi de les tensions principals, per determinar si les malles espacials, envolupants d’edificis en alçada, són més òptimes i eficients quan el seu disseny s’adapta a les direccions de les tensions principals i, en definitiva, a la trajectòria de les línies isostàtiques dels elements estructurals d’ànima plena equivalents, sota les accions sol•licitants. Aquest enfocament requereix que prèviament s’estableixi la relació fonamental que conformen el conceptes bàsics geometria, forma i funció estructural. Concepció, aquesta, que s’aborda de forma àmplia en el capítol 1, per a constituir un estat del coneixement historicista d’acord a la seva utilització en el disseny i l’anàlisi dels projectes arquitectònics, en base a una exhaustiva recopilació documental que s’inicia en la recerca de la comprensió estructural. La qual permet establir inicialment un fil conceptual bàsicament històric que en el transcurs de la seva evolució vagi desgranant les diferents vessants formals d’aquesta relació funció-forma. En el capítol 2 s’aborda un estudi comparatiu bàsic, en dues dimensions, de diferents triangulacions de bigues de gelosia planes, per determinar la relació entre la seva eficiència estructural i la disposició de les barres que conformen l’entramat de les armadures, segons la seva adaptació a la trajectòria de les línies isostàtiques dels elements resistents d’ànima plena equivalents, prèviament esmentats. L’estudi bàsic realitzat, de rendiment i comportament estructural, s’implementa posteriorment en l’anàlisi d’estructures espacials de major complexitat, les quals són l’objecte principal d’estudi del present treball de recerca. Efectivament, aquest concepte d’optimització estructural utilitzat, d’acord amb la forma, permet abordar l’estudi en edificis en alçada en base a les malles espacials com a sistema resistent d’entramat en tub en l’àmbit de l’arquitectura, d’ús assidu com és justifica en el tercer capítol, i es tracta en el capítol 4. El seu ús es deu a les elevades prestacions arquitectònic-estructurals que ofereix aquesta tipologia estructural, la qual es caracteritza per l’estreta relació del binomi que conformen el disseny arquitectònic i el concepte estructural. En el capítol 5, d’acord amb els estudis comparatius estructurals finals realitzats, atenent al procés d’optimització proposat, es conclou amb una proposta arquitectònica que engloba el concepte de «estètica estructural» que es desprèn de la concepció del binomi mencionat, àmpliament utilitzat en el disseny i l’anàlisi d’estructures arquitectòniques. En el capítol 6, dedicat a l’anàlisi dels resultats obtinguts, s’extrauran les conclusions dels estudis comparatius realitzats d’acord amb l’eficiència estructural. Amb això, es determinarà si les malles o estructures d’entramat en tub milloren la seva eficiència quan s’identifiquen amb la trajectòria de les línies isostàtiques generades per les accions actuants, en el cas que s’ocupa d’edificis en alçada, considerant l’acció lateral principal en aquest tipus de construcció, el vent. Així mateix, en aquesta capítol es formulen les possibles línies d’investigació que es deriven de les conclusions exposades. / El objetivo fundamental de esta Tesis es establecer un procedimiento para la optimización de mallas estructurales de acero, envolventes de edificios en altura, como tipología estructural de entramado en tubo (mallas espaciales), dado el creciente interés en esta tendencia constructivo-arquitectónica. Para ello, se realiza un estudio comparativo estructural en base al análisis de las tensiones principales, para determinar si las mallas espaciales, envolventes de edificios en altura, son más óptimas y eficientes cuando su diseño se adapta a las direcciones de las tensiones principales y, en definitiva, a la trayectoria de las líneas isostáticas de los elementos estructurales de alma llena equivalentes, bajo las acciones solicitantes. Este enfoque requiere que previamente se establezca la relación fundamental que conforman los conceptos básicos geometría, forma y función estructural. Concepción, ésta, que se aborda de forma amplia en el capítulo 1, para constituir un estado del conocimiento historicista de acuerdo a su utilización en el diseño y el análisis de proyectos arquitectónicos, en base a una exhaustiva recopilación documental que se inicia en la búsqueda de la comprensión estructural. La cual permite establecer inicialmente un hilo conceptual básicamente histórico que en el transcurso de su evolución vaya desgranando las distintas vertientes formales de dicha relación función-forma. En el capítulo 2 se aborda un estudio comparativo básico, en dos dimensiones, de distintas triangulaciones de vigas de celosía planas, para determinar la relación entre su eficiencia estructural y la disposición de las barras que conforman el entramado de las armaduras, según su adaptación a la trayectoria de las líneas isostáticas de los elementos resistentes de alma llena equivalentes, previamente mencionados. El estudio básico realizado, de rendimiento y comportamiento estructural, se implementa posteriormente en el análisis de estructuras espaciales de mayor complejidad, las cuales son el objeto principal de estudio del presente trabajo de investigación. Efectivamente, este concepto de optimización estructural utilizado, de acuerdo a la forma, permite abordar el estudio en edificios en altura en base a las mallas espaciales como sistema resistente de entramado en tubo en el ámbito de la arquitectura, de uso asiduo como se justifica en el tercer capítulo, y se trata en el capítulo 4. Su uso se debe a las elevadas prestaciones arquitectónico-estructurales que ofrece esta tipología estructural, la cual se caracteriza por la estrecha relación del binomio que conforman el diseño arquitectónico y el concepto estructural. En el capítulo 5, de acuerdo a los estudios comparativos estructurales finales realizados, atendiendo al proceso de optimización propuesto, se concluye con una propuesta arquitectónica que engloba el concepto de «estética estructural» que se desprende de la concepción del binomio mencionado, ampliamente utilizado en el diseño y el análisis de estructuras arquitectónicas. En el capítulo 6, dedicado al análisis de los resultados obtenidos, se extraerán las conclusiones de los estudios comparativos realizados conforme a la eficiencia estructural. Con ello, se determinará si las mallas o estructuras de entramado en tubo mejoran su eficiencia cuando se identifican con la trayectoria de las líneas isostática generadas por las acciones actuantes, en el caso que se ocupa de edificios en altura, considerando la acción lateral principal en este tipo de construcción, el viento. Así mismo, en este capítulo se formulan las posibles futuras líneas de investigación que se derivan de las conclusiones expuestas.

Many reinforced concrete structures suffer damage due to aging and due to the environmental agressivity, thus affecting their serviceability performance and safety. Structural evaluation of a deteriorated structure is necessary to assess the actual structure state, to determine whether the structure should be strengthened or demolished and to optimize the interventions required to guarantee its serviceability and safety. In the case of statically indeterminate structures, as many of the existing bridges and buildings, the damage produced by local or general deterioration processes may affect the whole structure state of forces, stresses and cracks. However, even though the difficulties to adequately assess such type of structures very scarce resarch works have been done, up to now, in this field. The present research aims to contribute to those goals presenting an extensive experimental campaign, at the material and at the structural levels. Furthermore, theoretical and numerical studies based on mechanical non-linear models were performed in order to reproduce the observed experimental behaviour and to contribute to the modelling of the performance of deteriorated structures. The global effects of the structural damage were addressed by means of an experimental study, which encompassed twelve continuous two span large-scale beams. The cast beams divided in four groups of three beams each were submitted to different corrosion levels; one group was left uncorroded. Each beam was loaded with different sustained loads to assess its effect when corrosion phenomena took place. Thereafter, the beams were unloaded and loaded again up to failure. On the other hand, the local effects of steel corrosion were analysed by means of two different experimental studies. The first study encompassed more than 192 corroded steel bars. The specimens were cleaned, and after, characterized under cyclic and monotonic loads. The second study encompassed 48 cubic concrete specimens with embedded steel reinforcement bars. Different concrete types were used, including recycled aggregate concretes. The steel was submitted to accelerated corrosion and thereafter the effect of corrosion on the bond behaviour was assessed. Finally, modelling of the mechanical properties of corroded steel bars and bond in concrete was done. A model to evaluate the corroded steel reinforcement mechanical properties, s-e and fatigue life, was developed. In addition, the 3D scan novel technique was used to characterise the outer surface of corroded steel bars, by which the study of the corrosion pitting distribution and the critical cross-section was possible. Corrosion of steel reinforcement produced a substantial increment of the deflections as well as the stresses at the steel, both in the corroded and the uncorroded regions, due to the redistributions that took place in the continuous beams as a consequence of the loss of steel section. Furthermore, the redundancy of the structure provided them an extra load capacity with respect to a statically determinate beam. On the other hand, the ultimate load capacity was severely reduced. A non-linear reduction of the corroded steel mechanical properties was found. Yielding and ultimate stresses described a good correlation with respect to the corrosion level. However, the results for modulus and ultimate strain presented more dispersion. Bond capacity of recycled concrete aggregates was showed to be similar to natural aggregate concretes. Nevertheless, in corroded specimens, recycled aggregate concretes showed better performance describing lower ultimate bond reduction with respect to those of conventional concrete. The presented mechanical model defined with an excellent reliability yielding and ultimate stresses for corroded bars up to 60% of corrosion levels. The statistical model presented for the pitting depth allowed to define the upper and lower bounds of the pitting depth regarding to corrosion level. / Muchas estructuras de hormigón armado sufren daños debido a los cambios medioambientales, los cuales afectan la serviciabilidad y la seguridad de éstas. La evaluación estructural del deterioro es necesaria para identificar el estado actual de una estructura, determinar si es necesario reforzar o demoler i optimizar el tipo de intervención requerida, garantizando su serviciabilidad y seguridad. En el caso de estructuras hiperestáticas, comunmente empleadas, el daño producido por los procesos de deterioro local o generalizado puede afectar las fuerzas de la estructura, las tensiones y las fisuras. Sin embargo, debido a las dificultades para evaluar adecuadamente este tipo de elementos se ha llevado a cabo escasa investigación al respecto en este campo. La presente investigación pretende contribuir a estos objetivos mediante la presentación de una extensa campaña experimental, a nivel material y estructural. Además, se llevaron a cabo estudios teóricos y numéricos mediante modelos mecánicos no lineales para poder reproducir el comportamiento experimental observado y así contribuir en el modelado del comportamiento de estructuras deterioradas. Los efectos globales del daño estructural fueron evaluados mediante una campaña experimental, la cual engloba doce vigas continuas de dos vanos a gran escala. Las vigas se dividieron en cuatro grupos de tres elementos cada uno, sometidos a diferentes grados de corrosión, excepto uno de los cuales se dejó sin corroer para comparar. Cada viga fue cargada con un nivel de carga diferente para evaluar también los efectos de la misma durante la corrosión. Posteriormente, las vigas fueron descargadas y cargadas de nuevo hasta rotura. Por otro lado, los efectos locales de la corrosión de armaduras fueron también analizados mediante dos campañas experimentales adicionales. La primera incluye más de 192 especímenes de barras corroídas. Las barras fueron limpiadas y caracterizadas bajo cargas cíclicas o monotónicas. El segundo estudio abarca 48 elementos cúbicos de hormigón con barras de acero embebidas y sometidas a diferentes grados de corrosión. Además se han utilizado diferentes tipos de hormigón, como hormigón con áridos reciclados (HAR). Una vez alcanzados los niveles de corrosión deseados se ha determinado el efecto de la corrosión sobre la tensión de adherencia acero-hormigón. Finalmente, se mejoró un modelo para determinar las propiedades mecánicas del acero corroído, obteniendo las curvas s-e y de fatiga para un amplio rango de grados de corrosión. Además, mediante la aplicación de una novedosa técnica como el "3D scan" se obtubo con gran nivel de detalle la superficie de diferentes barras corroídas, mediante el análisis de los datos fue posible estudiar la forma de las picadura, su distribución y la definición de la sección crítica. La corrosión de las armaduras produjo un incremento notable en las deformaciones observadas en la estructura. Así mismo las tensiones en el acero se vieron afectadas, produciéndose importantes redistribuciones entres las zonas corroídas y no corroídas de la estructura. Gracias a la redundancia de las vigas se observó un incremento de capacidad de las mismas respecto a vigas isostáticas. Por otro lado, la carga última se vio reducida de manera importante. Las propiedades mecánicas del acero describieron una reducción no lineal respecto al grado de corrosión. Tanto el límite elástico como la tensión última describieron una buena correlación con el nivel de corrosión. Sin embargo, los valores obtenidos para la deformación última así como el módulo elástico presentaron mucha dispersión. La capacidad adherente de los HAR fue similar a la del hormigón convencional. No obstante, los HAR con corrosión, presentaron un mejor comportamiento en cuanto a adherencia máxima. El modelo mecánico presentado ajustó perfectamente la tensión de plastificación y la tensión última de barras corroídas.

The numerical simulation in the field of civil engineering, while widely used in structural design, has not benefited from the full potential offered by new technologies for the analysis and design of composite materials within the framework of the finite element, technologies that are already present in industries such as automotive, aerospace and shipbuilding. This thesis is based on the numerical simulation, and emerges as the need to combine and improve existing technologies in the field of finite element analysis for composite materials, to assess the overall structural behavior of reinforced concrete buildings with masonry in-fills, and consequently, to support the derivation of rational rules for analysis and design purposes. Prior to the beginning of this thesis, a huge concern was the large amount of computational resources needed for both solving systems of linear equations resulting from the use of the finite elements method, and for storing internal variables needed in the integration of constitutive models. Therefore, in this work, computational strategies used to enable the analysis of real life structures are also provided. The simplicity required to handle meshes with high amount of finite elements pushed us to develop a new layered finite element, that can reproduce the non-linear behavior of its constituent materials when there are out-of-plane stresses, this, without having to introduce additional degrees of freedom. The finite element proposed has been com- pared to finite element with different kinematics obtaining excellent results. The robustness and efficiency of the developed methodology for analysis of masonry and concrete buildings, is conditioned by the ability of using different patterns of steel reinforcement, which are typically presented in real life structures. That is why it has also been necessary to develop a computing program capable of reading both finite element meshes, and patterns of fibers represented with convex polygons, and as a result of areas intersections between polygons returns volumetric participation of fiber and matrix of constituents materials for each layer, in addition had to return the fiber orientation with respect to the local axis of the finite element. The numerical results obtained have been compared in some cases with experimental results available in the literature, in other cases, with numerical results obtained using Building Codes, in both cases, there have been good agreement between them. Finally, it has been possible to characterize a representative medium-rise building of Mexico City using the capacity spectrum method. This method is widely used nowadays for the assessment of building behavior, since using fragility curves can represent the ability of a building to resist an earthquake. / La simulación numérica en el campo de la ingeniera civil, aunque es ampliamente utilizada en el diseño estructural, no se ha beneficiado de todo el potencial que ofrecen las nuevas tecnologías para el análisis y diseño de materiales compuestos dentro del marco de los elementos finitos, tecnologías que ya están presenten en industrias como la automotriz, aeroespacial o la naval. Este trabajo de tesis esta basado en la simulación numérica, y surge como la necesidad de combinar y mejorar tecnologías existentes en el campo de los elementos finitos y de análisis de materiales compuestos, para conocer el comportamiento estructural global de los edificios de hormigón armado con rellenos de mampostería, y para apoyar en la derivación de reglas racionales con fines de diseño. Una preocupación previa al inicio de esta tesis doctoral, era la gran cantidad de recursos computacionales necesarios, tanto para la resolución de los sistemas de ecuaciones lineales resultantes con el uso del método de los elementos finitos, como para el almacenamiento de variables internas necesarias en la integración de modelos constitutivos. Por ello, dentro de este trabajo, también se proporcionan las estrategias computacionales usadas que permiten el análisis de estructuras de la vida real. La simplicidad requerida para el manejo de mallas con gran cantidad de elementos finitos lleva a desarrollar un elemento de l¿amina con diferentes capas, que pueda reproducir el comportamiento no lineal de sus materiales componentes cuando existen tensiones fuera del plano, sin que haya que introducir grados de libertad adicionales. El elemento finito propuesto ha sido comparado con elementos finitos de diferente cinemática obteniendo excelentes resultados. La robustez y eficiencia de la metodología desarrollada para el análisis de edificios de hormigón y mampostería, esta condicionada a la capacidad de utilizar los diferentes patrones de acero de refuerzo que típicamente se presentan en estructuras de la vida real. Es por ello que también ha sido necesario desarrollar un programa de computo capaz de leer tanto una malla de elementos finitos, como un patrón de fibras representado con polígonos convexos, y que mediante operaciones de intersecciones de ¿áreas entre polígonos, de como resultado la participación volumétrica de matriz y fibra de los materiales componentes por cada capa, además de la orientación de la fibra con respecto a los ejes locales del elemento finito. Los resultados numéricos obtenidos se han comparado con resultados experimentales presentes en la literatura, y con resultados numéricos obtenidos utilizando normas de construcción, en ambos casos, se han observado buenos ajustes entre ellos. Finalmente,ha sido posible caracterizar un edificio representativo ubicado en la Ciudad de México usando el método del espectro de capacidad. Dicho método es ampliamente utilizado hoy en día para el diseño y evaluación sismo-resistente de estructuras, ya que mediante el uso de curvas de fragilidad permite representar la susceptibilidad de una estructuraa ser dañada debido a un terremoto.

Floods and Drought are some of the most catastrophic natural disasters for humanity, averaging 1 to 5 billion dollar of annually damage for flood events and 6 to 8 billion dollars respectively for drought events. To avoid this phenomena risk management science has grown in the last years and allows us to assess the risk and the possible benefits if some specific measures are implemented (e.g. mitigation / adaptation measures). A methodology for Non-Structural Measures (NSM) implementation in risk assessment has been developed for flood event management. Likewise, an uncertainty analysis has been done in order to identify the variation of the possible results in the risk assessment. An analysis has been done based on the Expected Annual Damage (EAD) to determine the optimal return period of design of a structural measure. A new indicator has been proposed based on this analysis: The Optimal Expected Annual Damage indicator (OEAD). In the present document the results of pluvial flood risk assessment are described. These results include structural and non-structural measures based on a developed methodology for Arenys de Munt basin, which belongs to the region of Catalonia in Spain. To include non-structural measures in risk assessment, mitigation coefficients where built in the methodology, and are described in the methodology. Also, steps for the optimization of their possible implementation are defined. This research shows that potential economic losses are decreasing with the construction of structural measures from approximately 6.6 M€ to 3 M€ (box culvert of €14Million), and in combination with the implementation of non-structural measures this could even decrease to 0.7 M€ if the non-structural measures are implemented (for 500 year return period event). Related potential casualties results decrease from approx. 11 casualties to 8 and even as low as 2 casualties respectively if non-structural measures are implemented (for 500 year return period). This, demonstrate that non-structural measures are a way to follow in the flood risk mitigation. For drought events, a new methodology has been developed in order to relate quantitative potential economic losses for rainfed crops with "Meteorological Drought". In the same, a method for the hazard (through the Palmer index) and vulnerability assessment was developed. The susceptibility of a particular crop due to a drought event was linked with a classification of the phenological stages according two seasons: the sowing and harvesting season. The case study was focus on the Llobregat basin, in which both, hydrometeorological and crop statistics data series were available. Results illustrate that the Llobregat basin has suffered at least 2 important periods of drought (2000/2001 and 2005/2006) during the length of the considered 16 year crop production record statistics. These periods of drought caused potential economic losses of approximately 40.13 M€ and 55.84 M€ in the geopolitical subdivision called "Comarcas" of the Llobregat basin. The related methodology, demonstrates coherence in the detection of "important" drought events, and in the quantification of individual potential losses per crop type, which shows that crops, like olives (classified in category woody crop type) are more resistant to drought than vegetables (tomato, lettuce chard etc.). Finally, in addition to the presented methodology the potential losses of crop efficiency curves are proposed, as indicators for agricultural drought risk assessment. / Les inundacions i les sequeres són alguns dels desastres més catastròfics per a la humanitat, promitjant anualment al voltant d'1 a 5 x 10³ milions de dòlars i 6 a 8 x 10³ milions de dòlars en pèrdues econòmiques respectivament. Per combatre aquests fenòmens, la ciència de la "gestió del riscs" ha anat desenvolupant al llarg dels últims anys, permetent-nos quantificar el risc i els possibles beneficis en el cas que algunes mesures siguin implementades (tals com mesures de mitigació/adaptació etc.). En el present document es presenta una metodologia per a la quantificació del risc considerant la implementació de mesures no-estructurals (NSM). Així mateix, es va desenvolupar una anàlisi d'incertesa per identificar les fonts de variància sobre els resultats en el càlcul del risc. Amb l'indicador EAD (Expected Annual Damage), es va realitzar una anàlisi per determinar el període de tornada òptima en el disseny de mesures estructurals, com a resultat del mateix, es proposa un nou indicador: l "Optimal Expected Annual Damage" (OEAD). En el present document s'exposen els resultats per a la quantificació del risc pluvial. Aquests resultats inclouen mesures estructurals i no-estructurals d'acord amb la metodologia desenvolupada per a la conca d'Arenys de Munt a Catalunya-Espanya. Per incloure en el càlcul del risc a les mesures no-estructurals, es van desenvolupar coeficients de mitigació els quals són explicats dins de la metodologia. Igualment, es defineixen els passos a seguir per a l'optimització en la implementació d'aquestes mesures. En aquesta investigació, s'il·lustra que les pèrdues potencials econòmiques disminueixen si una mesura estructural és implementada (canalització per Box Culvert de 14 M€), des de 6.6 M€ a 3 M€ (T=500 anys), i si s'implementen mesures no-estructurals en combinació amb la mesura estructural, les pèrdues potencials poden disminuir-se fins a 0.7 M€ per al període de tornada de 500 anys. Sobre les pèrdues potencials de vides humanes, la mitigació obtinguda segueix el mateix comportament que les pèrdues potencials econòmiques, disminuint des d'11 possibles víctimes a 8 amb la mesura estructural i a 2 en combinació amb la mesura no estructural. Pel fenomen de la sequera, es va desenvolupar una metodologia per relacionar la "Sequera Meteorològica" amb les pèrdues potencials econòmiques en cultius de secà. En la mateixa, es proposa un mètode per a la quantificació de la perillositat (mitjançant els índexs de Palmer) i la vulnerabilitat. La susceptibilitat d'un cultiu de secà a un esdeveniment de sequera (vulnerabilitat) es va relacionar fent una classificació d'acord a dos estats fenològics: l'època de sembra i de recol·lecció. El cas d'estudi es va enfocar a la conca del riu Llobregat-Espanya, de la qual es va disposar d'informació hidrometeorològica i de les estadístiques de producció de diferents tipus de cultius de secà. De l'anàlisi realitzada sobre la conca, es va observar que al llarg dels 16 anys d'estadístiques en els cultius, van ocórrer dos períodes importants de sequera (2000/2001 i 2005/2006). Aquests períodes de sequera van deixar respectivament pèrdues potencials econòmiques d'aproximadament 40.13 M€ i 55.84 M€ per a les comarques associades a la conca del riu Llobregat. La metodologia desenvolupada, demostra eficàcia en la detecció d'esdeveniments importants de sequera, així mateix, il·lustra una coherència en la quantificació de les pèrdues individuals en els tipus de cultiu, en les que cultius com l'oliva (classificat com a cultiu llenyós), demostra més resistència a la sequera respecte a altres cultius com l'enciam, tomàquets etc.. Finalment, com a complement a la metodologia desenvolupada, es proposa a les corbes de pèrdua d'eficiència de cultiu, com a indicadors per a la gestió del risc de sequeres en cultius de secà.