[ca] El comportament del sòl en el rang de les petites deformacions ha de ser considerat a l'anàlisi de problemes geotècnics en els que s'afectin elements sensibles, cosa que és molt habitual en entorns urbans. No obstant, diversos assaigs que permeten determinar els paràmetres del sòl en el rang de les petites deformacions segueixen sense estar suficientment estesos a la pràctica professional de l'enginyeria geotècnica, dificultant la seva estimació i el seu ús en models constitutius. Avui dia, el model constitutiu Hardening Soil with Small Strain Stiffness (HS-SS) de Plaxis, basat en el model Hardening Soil Small (HS-S), és pràcticament l'únic amb un ús estès a la pràctica professional que té en compte aquest comportament, mentre que la resta de models d'aquest tipus normalment es limiten, donades les seves característiques, a un ús acadèmic. Tot i els seus grans avantatges, s'han detectat aspectes del model HS-SS que poden ser millorats, així com algunes inconsistències els efectes de les quals poden tenir una influència significativa a les simulacions numèriques de problemes de contorn, per ser acumulatives. En aquesta tesi s'han analitzat i classificat 48 models constitutius del sòl que tenen en compte el seu comportament en el rang de les petites deformacions, caracteritzat per ser no lineal, histerètic i dependent de la història recent. Amb aquesta finalitat s'han utilitzat diferents criteris de classificació, alguns d'ells existents i altres establerts en el present treball. S'ha desenvolupat un nou model constitutiu elastoplàstic del sòl anomenat Elastoplastic Hysteretic Small Strain (EPHYSS), format pels models Hysteretic Quasi-Hypoelastic (HQH) i Hardening Soil Modified (HSMOD). El model EPHYSS descriu, per un costat, el comportament reversible no lineal, histerètic i dependent de la història recent del sòl mitjançant el model HQH, que té en compte l'anisotropia induïda en deformacions, i, per un altre costat, el comportament plàstic del sòl mitjançant el model HSMOD de tipus Cap-Cone. Les variables d'estat del model EPHYSS defineixen diferents nivells de memòria a curt i llarg termini que el doten de robustesa per la reproducció del comportament histerètic del sòl. Entre elles, el tensor d'història de deformacions desviadores i el valor màxim de la rigidesa al tall corresponent a la corba de degradació activa permeten reproduir infinites corbes de degradació en funció del nivell de reversió de les deformacions, fet que confereix gran versatilitat al model i adaptabilitat als resultats experimentals. El codi del model EPHYSS, que es proporciona de forma íntegra en aquesta tesi, s'ha escrit en FORTRAN i s'ha implementat en Plaxis mitjançant el mòdul User Defined Soil Model (UDSM). S'ha realitzat una verificació del model EPHYSS, així com una validació del mateix amb diferents assaigs experimentals, assaigs numèrics i problemes de contorn d'obres en les que s'ha realitzat algun tipus d'auscultació. Entre aquestes obres es troba una gran excavació urbana a Barcelona, per l'anàlisi de la qual s'han instal·lat extensòmetres, s'han realitzat mesures topogràfiques de la superfície segons l'avanç de l'excavació i s'ha complementat la campanya geotècnica del projecte amb assaigs de columna ressonant. Es conclou que el model EPHYSS millora significativament l'aproximació a les mesures experimentals respecte del model HS-SS en les simulacions dels diferents assaigs i problemes de contorn, especialment en aquells que presenten reversions a les càrregues desviadores; resol les inconsistències d'aquest últim; té un cost computacional raonable; proporciona flexibilitat en l'ús de diferents formulacions plàstiques; i requereix paràmetres simples, la majoria d'ells comuns als del model HS-SS, cosa que el distingeix d'altres models constitutius complexos limitats habitualment a un ús acadèmic. Tot això converteix el model EPHYSS en un model que pot ser utilitzat per l'anàlisi i el disseny a la pràctica professional de l'enginyeria geotècnica.

[en] Soil behavior in the range of small strains should be considered in the analysis of geotechnical problems when sensitive elements are affected, which is very common in urban environments. However, some of the tests that allow to determinate soil parameters in the range of small strains are still not sufficiently extended in geotechnical engineering professional practice, hindering its estimation and use in constitutive models. Nowadays, the constitutive model Hardening Soil with Small Strain Stiffness (HS-SS) of Plaxis is practically the only one with an extended use in the professional practice that considers such behavior, while the rest of this type of models are generally limited to an academic use. Despite its great advantages, some aspects of the HS-SS model that could be improved have been detected, as well as some inconsistencies whose effects can have a considerable influence on the numerical simulations of boundary problems, as these are cumulative. This thesis analyzes and classifies 48 soil constitutive models that consider soil behavior in the range of small strains, characterized by being nonlinear, hysteretic and dependent on recent history. For this, different classification criteria have been used, some of them pre-existing and others established in this work. A new elastoplastic soil constitutive model denominated Elastoplastic Hysteretic Small Strain (EPHYSS) has been developed, which is composed by the Hysteretic Quasi-Hypoelastic (HQH) model and the Hardening Soil Modified (HSmod) model. The EPHYSS model describes, on the one hand, the nonlinear reversible, hysteretic and dependent on recent history soil behavior by using the HQH model, which considers the strain-induced anisotropy, and, on the other hand, the soil plastic behavior by using the Cap-Cone HSmod model. The EPHYSS model state variables define different short and long-term memory levels that provide it with robustness for the reproduction of soil hysteretic behavior. Among them, the deviatoric strain history tensor and the maximum value of the shear stiffness corresponding to the active degradation curve allow to reproduce infinite degradation curves according to the level of strain reversal, which confers great versatility to the model and adaptability to experimental results. The EPHYSS model code, entirely provided in this thesis, has been written in FORTRAN and implemented in Plaxis through the User Defined Soil Model (UDSM) modulus. A verification of the EPHYSS model has been made, as well as a validation using different experimental tests, numerical tests and boundary value problems of works in which some type of monitoring has been performed. Among these works, there is a large urban excavation in Barcelona, for whose analysis resonant column tests and various in situ measurements have been conducted. It is concluded that the EPHYSS model significantly improves the approximation to the experimental data with respect to the HS-SS model in the simulations of the different tests and boundary value problems, especially in those that present reversals in deviatoric loadings; resolves the inconsistencies of the latter; has a reasonable computational cost; provides flexibility in the use of different plastic formulations; and requires simple parameters, most of them common to those of the HS-SS model, which distinguishes it from other complex constitutive models that are usually limited to an academic use. All this makes the EPHYSS model a model that can be used for analysis and design in geotechnical engineering practice.