Tribunal:
     PRESIDENT: NAVARRO GAMIR, VICENTE
     SECRETARI: RAMON TARRAGONA, ANNA
     VOCAL: PINTADO LLURBA, XAVIER CESAR
Resumen de tesis: Los suelos no saturados son casos particulares de medios porosos, caracterizados por un esqueleto sólido y un conjunto de fluidos que se pueden mover a través del esqueleto. A microescala, un medio poroso está formado por entidades interactuantes de varias dimensiones (fases 3D, interfases 2D, líneas comunes 1D, puntos comunes 0D), que contienen varias especies (mineral, agua, aire,...). Si se pueden definir elementos de volumen representativos (REV), el promediado produce un conjunto de continuos macroescala interactuantes, que se pueden modelar usando la teoría de mezclas. Tras promediar, se pierden las características geométricas microescala de las entidades y las distribuciones microescala de las propiedades termodinámicas en las entidades. Para recuperar parte de esta información, se definen variables macroescala geométricas (volumen, área, longitud o número de puntos de cada entidad en el REV) y variables macroescala de densidad (masa de cada especie en cada entidad en el REV).Se que el estado de un medio poroso viene dado por la deformación del esqueleto sólido, la medida (volumen, área, longitud, número de puntos) de cada entidad microescala en el REV, la masa de cada especie en cada entidad microescala en el REV, la temperatura y un conjunto de variables internas. El número de variables de estado puede reducirse significativamente suponiendo que la evolución del medio poroso se produce a lo largo de estados de equilibrio local. Estos estados son tales que, para valores prescritos del tensor de deformación del esqueleto sólido, la masa total de cada especie por unidad de volumen de referencia, la temperatura y las variables internas, la medida de cada entidad microescala en el REV y la masa de cada especie en cada entidad microescala en el REV toman valores únicos, tales que la energía libre total por unidad de volumen de referencia sea mínima. De este modo el estado de un medio poroso viene dado por el tensor de deformación del esqueleto sólido, la masa total de cada especie por unidad de volumen de referencia, la temperatura y las variables internas.El modelo constitutivo de un medio poroso se deriva usando el marco de la termodinámica con variables internas, en el que el medio poroso se considera un sistema termodinámico abierto. Las ecuaciones de estado se derivan de la energía libre y las ecuaciones de evolución de las variables internas se derivan de la disipación o de un potencial de disipación. En el caso de los suelos no saturados, se hacen hipótesis simplificativas adicionales: (1) pequeñas deformaciones del esqueleto sólido; (2) condiciones atmosféricas isotérmicas; (3) tres especies: mineral sólido, agua y gas; y (4) respuesta elastoplástica de la deformación del esqueleto sólido y del contenido de masa de agua.En algunos suelos fuerzas de interacción de corto alcance ligan el agua al esqueleto sólido. El agua vecinal está ligada al esqueleto sólido, mientras que el agua libre no lo está. El comportamiento del agua libre es como si estuviera fuera del suelo, de modo que las distribuciones microescala de presión son uniformes (sin tener en cuenta la gravedad) y los potenciales químicos y la temperatura permiten definir una presión macroescala. En cambio, el comportamiento del agua vecinal depende de las fuerzas de interacción, por lo que las distribuciones de presión microescala no son uniformes. Se acepta que el comportamiento de un suelo viene dado por tres regímenes diferentes: (1) saturado (agua vecinal fija, agua libre variable, sin fase gaseosa); (2) capilar (agua vecinal fija, agua libre variable, fase gaseosa); y (3) seco (agua vecinal variable, sin agua libre, fase gaseosa). En cada uno de estos regímenes se utiliza un modelo constitutivo diferente para el suelo. Se dan ejemplos genéricos de estos modelos: elastoplástico para el régimen saturado, elastoplástico con histéresis de contenido de agua para el régimen capilar y elastoplástico para el régimen seco.

Tribunal:
     PRESIDENT: LIZCANO, ARCESIO
     SECRETARI: OLIVELLA PASTALLE, SEBASTIAN
     VOCAL: CUOMO, SABATINO
Resumen de tesis: El Método de Punto Material (MPM) se presenta como un método numérico avanzado empleado para simular problemas geotécnicos sometidos a grandes deformaciones y problemas de interacción suelo-estructura, como deslizamientos, problemas de penetración y de colapso de estructuras geotécnicas. Su ventaja es la capacidad para simular grandes movimientos sin los problemas relacionados con el mallado de los modelos, típicos del Método de Elementos Finitos (FEM) estándar.La simulación de diferentes estados de los materiales y condiciones externas es un aspecto desafiante en la ingeniería geotécnica. Este proceso requiere un análisis detallado sobre cómo abordar fenómenos como la lluvia y el flujo de agua a través del suelo. Además, es fundamental incorporar de manera precisa las relaciones constitutivas del material para replicar o predecir adecuadamente el comportamiento esfuerzo-deformación.La modelación de suelos no saturados es necesaria en varios campos, especialmente en obras geotécnicas que utilicen materiales compactados, como terraplenes, presas y rellenos, así como en laderas naturales. El estudio y análisis de estos suelos requiere la modelación de todo el proceso de la obra, desde su construcción, si corresponde, hasta el comportamiento post-rotura.Hasta la fecha, la simulación del estado no saturado del material se ha realizado principalmente empleando FEM, bajo la hipótesis de pequeñas deformaciones a nivel teórico. Esto incluye el desarrollo de modelos constitutivos tanto mecánicos como hidráulicos de forma acoplada y la implementación de herramientas numéricas avanzadas.En esta tesis se presentan avances en la modelación de suelos no saturados en problemas de grandes deformaciones mediante el desarrollo del MPM. Se ha aplicado la formulación de un único punto y múltiples fases, demostrando su potencial para mejorar la precisión y la fiabilidad de las simulaciones con grandes deformaciones.Primero, se presentan los desarrollos para simular condiciones de contorno para suelos no saturados (flujo impuesto y condición de rezume). Son condiciones complejas especialmente si se tiene en cuenta que el contorno donde se aplican no se mantiene fijo y debe determinarse durante los cálculos. La validación de las condiciones se realiza para el caso de una columna de suelo sometida a flujo por infiltración. Los resultados se comparan con los obtenidos a partir de un código de elementos finitos extensamente usado, arrojando resultados similares.Luego, se propone la modelización, del colapso por mojado en MPM. Para esto se implementa un modelo constitutivo que permite modelar las principales características del comportamiento de materiales no saturados. El modelo está basado en la teoría del estado crítico y trabaja con dos formulaciones alternativas; la tensión de Bishop o la tensión neta, junto a la succión. La validación se lleva a cabo mediante ensayos de laboratorio convencionales.A continuación, se analiza la perdida de volumen por mojado, una característica asociada a suelos no saturados con estructura abierta. La pérdida de succión del material conlleva una pérdida de resistencia y, en consecuencia, la posibilidad de rotura. Este es el caso de un ensayo físico realizado en centrífuga de un talud sometido a un proceso de aumento del nivel freático desde la base, lo que genera la evolución del frente de saturación, deformaciones inducidas por colapso y, finalmente, un deslizamiento al alcanzar condiciones críticas de saturación.Finalmente, se implementó un esquema numérico que simula la construcción por etapas, lo cual representa un avance significativo en la aplicación del MPM para analizar el comportamiento de los materiales durante la etapa de pre-falla.La modelización de la construcción es relevante en tanto que su simulación no solo representa el proceso de construcción y los desplazamientos ocurridos durante este, sino que también establece el estado inicial de la estructura para las etapas posteriores de análisis

Tribunal:
     PRESIDENT: PRAT CATALAN, PERE
     SECRETARI: SEGURA SERRA, JOSE MARIA
     VOCAL: XOTTA, GIOVANNA
Resumen de tesis: Para mitigar las consecuencias del cambio climático se han propuesto diversas medidas, entre las cuales se encuentran el uso de energías renovables como la geotermia y el desarrollo de tecnologías como el almacenamiento de hidrógeno o CO2, que requieren la inyección de fluidos dentro de macizos rocosos fracturados (como los reservorios abandonados), lo cual supone un cambio en el estado tensional del mismo. Dicha alteración puede ocasionar el desencadenamiento de eventos micro-sísmicos mediante la reactivación de fallas geológicas o la creación de nuevas fracturas que en última instancia formarían caminos preferenciales para la filtración de los fluidos. Además, los reservorios abandonados contienen fluidos multifase con más de una especie que podrían reaccionar químicamente con los nuevos fluidos inyectados. Por lo tanto, la predicción precisa de las condiciones de operación requiere un análisis profundo de la problemática, así como disponer un software geomecánico avanzado capaz de evaluar la viabilidad y la seguridad de los posibles lugares de extracción o almacenamiento. En este contexto, el objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de un modelo termo-hidro-mecánico (THM) acoplado multifase en un medio poroso fracturado mediante el método de los Elementos Finitos empleando elementos junta de espesor nulo con doble nodo para representar las discontinuidades. Las principales hipótesis del modelo son: la teoría de pequeñas deformaciones, un sistema compuesto por dos fases fluidas (líquida y gaseosa), dos especies (agua y gas seco) y una fase sólida, la fase gaseosa se comporta de acuerdo a la ley de los gases ideales y se considera la evaporación de la fase líquida. Las variables primarias son: desplazamientos, presiones de fase y temperatura. La formulación contempla: la ecuación de equilibrio, la ecuación de balance de masa de la especie agua, la ecuación de balance de masa de la especie gas y el balance de energía. La formulación de las discontinuidades considera las mismas hipótesis que el medio poroso y toma en cuenta un factor de reducción de los parámetros de la curva de retención basado en la apertura mecánica de la fractura. El modelo ha sido implementado y validado con ejemplos de verificación académicos en un código 3D de Elementos Finitos. Sin embargo, durante la fase de validación se han encontrado algunas limitaciones del al modelo, relacionadas con el esquema de integración temporal, en cuanto al tratamiento de los términos de almacenamiento de las ecuaciones de gobierno y los flujos másicos. Estas limitaciones han motivado los siguientes nuevos desarrollos: una nueva formulación de conservación de la masa aplicada a ecuaciones de difusión en el medio poroso y en las discontinuidades, una nueva curva de retención de tipo exponencial que toma como punto de partida la porosimetría en el caso del medio poroso y la distribución de aperturas en las discontinuidades, y, por último, una nueva ley constitutiva cohesivo-friccional para las juntas que permite la modelación del cierre en descarga.

Tribunal:
     PRESIDENT: SALOMONI, VALENTINA
     SECRETARI: PRAT CATALAN, PERE
     VOCAL: LIAUDAT, JOAQUÍN
     VOCAL: CIANCIO, DANIELA
     VOCAL: MAROTTI DE SCIARRA, FRANCESCO
Resumen de tesis: Un alto índice de humedad y un entorno rico en iones sulfato, constituyen el marco ideal para desencadenar el proceso de degradación del hormigón conocido como ataque sulfático externo (ESA). El sulfato que penetra en el hormigón activa una serie de reacciones químicas que conducen a la formación de etringita secundaria, considerada responsable de las dilataciones volumétricas diferenciales de la pasta de cemento, que a su vez pueden generar fisuracion y en última instancia llevar a la desintegración de la muestra.Dado que la fisuración puede a su vez facilitar la penetración de los iones sulfato, el ESA constituye un problema químico-mecánico acoplado. En este estudio, el análisis numérico del ESA se lleva a cabo utilizando el Método de los Elementos Finitos, considerando la probeta a nivel meso compuesta por áridos embebidos en una matriz de mortero. Los áridos y la matriz se discretizan utilizando elementos de continuo estándar. Con el fin de representar la posibilidad de formación de fisuras, se insertan elementos junta o interfase de espesor cero a lo largo de todos los contactos entre elementos de árido y mortero, así como de algunos contactos seleccionados entre los elementos del propio mortero. Los procesos de difusión-reacción de los iones sulfato, se formulan de acuerdo con Tixier y Mobasher (2003) y Idiart et al. (2011b). En cuanto al problema mecánico, los elementos del continuo se consideran elástico lineales mientras que los elementos de interfase utilizan una ley elasto-plástica con conceptos de mecánica de fractura inicialmente desarrollada por Carol et al. (1997) y posteriormente extendida para análisis 3D por Caballero et al. (2006).La primera parte de esta tesis consiste en la verificación y uso para el análisis del ESA, de DRAC5, una versión completamente paralelizada del código desarrollado en el propio grupo de mecánica de materiales (MECMAT) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), que incorpora las librerías MPI y PETSC así como archivos HDF5 para la entrada/salida. Esta nueva versión del código, que se utiliza para resolver tanto el problema mecánico como el químico a través de un esquema “staggered”, ha permitido el análisis de nuevos casos 3D de dimensiones muy superiores, produciendo resultados realistas que reflejan el tipo de fisuración en 'piel de cebolla', similar a lo observado en el laboratorio , así como en casos previamente estudiados numéricamente en 2D (Idiart, 2009). La segunda parte de la tesis, describe el desarrollo e implementación de nuevas técnicas numéricas aplicables a este tipo de mallas. En particular, una técnica de solución basada en la subestructuración y el complemento de Schur, se aplica al análisis de probetas formadas por elementos de continuo elásticos y lineales, y elementos de junta caracterizados por un comportamiento elasto-plástico no lineal. Esta nueva técnica, que reduce substancialmente el número de grados de libertad que participan en el proceso iterativo, ha sido implementada preliminarmente en DRAC4, una versión secuencial del mismo código. Las pruebas realizadas muestran grandes ventajas en términos de tiempo de resolución para una serie de ejemplos de aplicación 2D. También se ha iniciado el desarrollo de una nueva formulación utilizando interfaces rígido-plásticas. Esta formulación utiliza grados de libertad relativos en cada par de nudos de las juntas, y su solución da lugar a un “linear complimentarity problema” o LCP. Este desarrollo permite reducir aún más los grados de libertad del problema al considerar únicamente los nodos de los elementos de la interfaz implicados en el proceso de fractura.

Tribunal:
     PRESIDENT: SAWYER, AUDREY
     SECRETARI: FERNANDEZ GARCIA, DANIEL
     VOCAL NO PRESENCIAL: PALTAN LOPEZ, HOMERO
Resumen de tesis: La gestión sostenible de aguas subterráneas en zonas rurales presenta desafíos derivados de la complejidad hidrogeológica, socioeconómica y de gobernanza de cada zona. Esta tesis tiene como objetivo proporcionar herramientas cuantitativas para abordar algunos de los problemas de acceso al agua subterránea en áreas rurales de países de ingresos bajos y medios mediante la promoción de un enfoque interdisciplinario. La primera parte de la tesis se centra en la presentación de una metodología que evalúa el riesgo a la falta de acceso al agua para hogares individuales. Después de un análisis multifactorial que incorpora un amplio rango de variables, desde técnicas hasta sociales, se concluyó que gran parte del riesgo general de escasez de agua para un hogar individual puede atribuirse a tres factores: la proximidad del hogar a la fuente, la disponibilidad de agua subterránea en suficiente calidad y cantidad, y la sostenibilidad del sistema. A cada factor se le asigna un valor en el rango de [0 - 1], el cual es representado a través del uso de sistemas de información geográfica. Luego, los tres indicadores se combinan en un índice final. La metodología permite evaluar el riesgo a distintas escalas temporales y considerar distintos escenarios hipotéticos. Se presenta la aplicación de la metodología en el condado de Kwale (Kenia) en donde las bombas manuales comunitarias constituyen el principal sistema de suministro de agua. La segunda parte de la tesis extiende el análisis a cuatro países de África Oriental, en un intento de abordar la complejidad y heterogeneidad que caracterizan la interacción humana-agua subterránea en los sistemas de suministro de agua rurales. Se propone un análisis estadístico multivariable, considerando la funcionalidad de los puntos de agua, la calidad de las aguas subterráneas (composición química y parámetros fisicoquímicos), y parámetros socioeconómicos, como el mantenimiento, el financiamiento o el sistema de gobernanza de los puntos de agua. El análisis se realiza a través de análisis factoriales múltiples, con el objetivo de determinar las principales variables que afectan el acceso al agua y la relación entre ellas. La metodología se aplicó en zonas rurales de Kenia, Uganda, Malawi y Etiopia. Los resultados muestran la existencia de tendencias comunes, lo que indica que el acceso al agua en las zonas rurales de estos países puede describirse principalmente mediante tres componentes: uno que representa el entorno hidrogeológico, un segundo que comprende la gobernanza de los puntos de agua, y un tercer componente vinculado a la funcionalidad de las bombas manuales. Finalmente, la tesis explora los patrones de uso del agua en los hogares y el impacto de la salinidad del agua subterránea en la selección de fuentes de agua para diversos usos. La metodología considera un enfoque de métodos mixtos que combina encuestas a la población que utiliza las fuentes de agua subterránea y análisis fisicoquímicos de la misma. Se utilizaron matrices de coocurrencia para analizar patrones de uso y modelos de regresión logística para comprender la influencia de la salinidad, factores demográficos y factores socioeconómicos en las preferencias de uso de diversas fuentes de agua por parte de los hogares de la zona de Kwale. El estudio muestra que, en general, la población depende principalmente de una fuente de agua bebible que no cambia según la estación y, sin embargo, se producen cambios significativos en los otros usos de agua analizados (domestico, agrícola o ganadero a pequeña escala). Factores como el sabor, la seguridad y la proximidad desempeñan un papel importante en las decisiones de los hogares respecto de su principal fuente de agua potable. Además, el estudio destaca el impacto significativo de los niveles de salinidad del agua subterránea en los patrones de uso, identificando niveles umbral de salinidad más allá de los cuales es menos probable que los hogares elijan ciertas fuentes de agua.

Tribunal:
     PRESIDENT: ZHU, HONGHU
     SECRETARI: MOYA SANCHEZ, JOSE
     VOCAL: ZHANG, WENGANG
     VOCAL: ZHONG, QIMING
     VOCAL NO PRESENCIAL: ABANCÓ MARTÍNEZ DE ARENZANA, CLÀUDIA
Resumen de tesis: Esta tesis se centra en la evaluación de la susceptibilidad de deslizamientos superficiales en zonas montañosas inducidas porprecipitación o eventos sísmicos. El objetivo principal es evaluar de forma eficiente la susceptibilidad de deslizamientos a escalaregional basándose en la modelización física dentro de un marco probabilístico a la vez que se tiene en cuenta las incertidumbresderivadas de condiciones geológicas complejas y los retos relacionados con la recogida de datos de campo.El estudio propone un marco innovador para la evaluación probabilística de la susceptibilidad a deslizamientos mediante laintroducción del método de fiabilidad de primer orden (FORM) en la plataforma de sistema de información geográfica (GIS),llamada "GIS-FORM" . Este método aborda eficazmente el reto de considerar la incertidumbre en los métodos de parámetrosgeotécnicos a nivel regional. Para evaluar correctamente y eficientemente la susceptibilidad a deslizamientos superficiales aescala regional causada por la precipitación, se propuso un modelo de infiltración de lluvia instantánea simplificado basado en laintegración del método GIS-FORM. El modelo simula la variación de la profundidad del frente saturado debido a la infiltraciónvertical de la lluvia y la escorrentía superficial. Posteriormente se desarrolló un software general para la plataforma Windows. Losresultados muestran que el coeficiente de variación (COV) de los parámetros aleatorios, la correlación estadística y la distribuciónno normal tienen un impacto significativo en la evaluación de la probabilidad de los deslizamientos. Se propone un marco deanálisis rápido para la evaluación probabilística de la susceptibilidad de los deslizamientos poco profundos a nivel regionalintegrando el modelo "Fast Shallow Landslide Assessment Model" (FSLAM) y el GIS-FORM. El estudio revela que las condicioneshidrológicas pueden influir significativamente en la distribución espacial de los deslizamientos, especialmente bajo los impactoscombinados de las lluvias antecedentes y las precipitaciones desencadenantes. Se observa que la extensión de la zona de altasusceptibilidad aumenta considerablemente cuando la precipitación desencadenante está entre 77 y 107 mm. Para mejorar laprecisión de las evaluaciones de susceptibilidad, este estudio propone un método innovador de agrupación mediante técnicas deprocesamiento de imágenes. Este enfoque simplifica eficazmente el resultado del ráster y mejora notablemente la precisión depredicción de la evaluación de la susceptibilidad.

Tribunal:
     PRESIDENT: BROWN, MICHAEL JOHN
     SECRETARI: ALONSO PEREZ DE AGREDA, EDUARDO
     VOCAL: GONZALEZ TEJADA, IGNACIO
Resumen de tesis: Los pilotes hincados en suelos granulares ganan capacidad de fuste después de la instalación en un fenómeno conocido como "maduración". La maduración no se ha incorporado a los procedimientos de diseño en gran medida porque los mecanismos subyacentes no se entienden bien. Esta tesis describe una investigación micromecánica del efecto del montaje de pilotes en arena utilizando un modelo DEM basado en fracturas recientemente desarrollado para simular el comportamiento dependiente del tiempo en arena.La fluencia y la relajación de la tensión alrededor del pilote han sido ampliamente discutidas como posibles mecanismos subyacentes para el efecto de maduración del fuste. Siguiendo la idea de que la fluencia y la relajación de la tensión en arenas suelen ir acompañadas de rotura de granos, se propone un nuevo modelo basado en el método de elementos discretos (DEM) para simular fluencia y relajación en arenas. El modelo apunta a la simplicidad conceptual, la eficiencia computacional y la facilidad de calibración. Con este fin, se incorpora una nueva forma de ley de potencia de Charles normalizada en un modelo DEM para arenas fragmentables rugosas basado en la técnica de división de partículas. El tiempo de fluencia/relajación de la tensión se adelanta utilizando una estrategia de envejecimiento fuera de DEM. El modelo se valida simulando la fluencia/relajación de la tensión en arenas de cuarzo en condiciones edométricas y triaxiales. Se demuestra que las predicciones del modelo se comparan favorablemente con los resultados experimentales de fluencia en términos de deformación por fluencia, tasas de deformación por fluencia y evolución de rotura de partículas/GSD, y con los resultados experimentales de relajación de la tensión en términos de tensión relajada, tasa de relajación de la tensión y evolución de GSD.Posterioremente, el modelo DEM de fractura diferida se implementó en una cámara DEM centrífuga para simular la fluencia y la maduración de pilotes. Los asentamientos simulados de fluencia de pilotes coinciden con las observaciones en términos del parámetro de fluencia de pilotes m y la tasa de fluencia de pilotes. La maduración simulada en pilotes hincados caen dentro del rango de observaciones de campo para este tipo de pilotes. Los resultados obtenidos indican que la rotura de partículas puede desempeñar un papel importante en el montaje y representan el primer intento de modelado validado de este fenómeno complejo.Para familiarizarse con el modelado DEM de problemas de penetración, también se llevó a cabo una simulación CPT y SPT basada en DEM en una arena volcánica, utilizando una cámara de calibración virtual (VCC). Los resultados simulados del CPT reflejan bien los experimentos de la literatura sobre un rango de densidad y tensión de confinamiento. Se puede observar una buena correlación entre la resistencia de la punta del SPT equivalente basada en energía y la resistencia de la punta del CPT si se descuentan los efectos de la resistencia del eje. El esquema de avance del SPT se puede utilizar para simular el del pilotaje en futuros estudios una vez que se determinen los parámetros de hinca adecuados.

Tribunal:
     PRESIDENT: GÓMEZ HERNÁNDEZ, JAIME
     SECRETARI: SANCHEZ VILA, FRANCISCO JAVIER
     VOCAL: PROVOST, ALDEN
Resumen de tesis: Los acuíferos son naturalmente heterogéneos en múltiples escalas, planteando una dificultad para los modelos de transporte de solutos basados en celdas. En casos que el transporte es dominado por la advección, las concentraciones tienden a verse influenciadas por oscilaciones y difusión numérica, lo que impacta negativamente los cálculos asociados a reacciones químicas. Los métodos de partículas están libres de estos problemas gracias en parte a que la advección se describe con el desplazamiento de las partículas. En general, simulaciones basadas en partículas conducen a una mejor descripción de complejos procesos de transporte y sus métricas, motivando su uso para simular el transporte reactivo en acuíferos. Sin embargo, limitaciones relacionadas con la eficiencia computacional o la disponibilidad de programas basados en partículas, aún influyen en la capacidad de estos métodos para llegar a los usuarios y a estudios en el mundo real. El objetivo de esta tesis es contribuir al desarrollo de los métodos de partículas para la modelación de transporte reactivo en acuíferos. El trabajo provee nuevas metodologías, y programas que pueden integrarse en el flujo de trabajo de los modeladores. La primera parte de la tesis se centra en el desarrollo progresivo de un código de transporte basado en el método de Random Walk Particle Tracking (RWPT). Para ello, fue necesario desarrollar varias componentes necesarias para un programa funcional, que pueda ser integrado con simuladores de flujo subterráneo empleados en hidrogeología. El trabajo comienza con la paralelización de un conocido código de partículas, que sirve de base para el programa principal. Un módulo complementario proporciona la reconstrucción suavizada de concentraciones, compatible con conjuntos de partículas con pesos no uniformes y dominios tridimensionales. Estos se fusionan en un único programa que implementa RWPT, lo que requirió la formulación de un nuevo método para desplazar las partículas de soluto exactamente a la interfaz de una celda del modelo de flujo. El producto es un nuevo código de transporte de solutos multiespecie, que incorpora funcionalidades necesarias en los estudios de transporte reactivo. La tesis continúa con un capítulo de revisión del método Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), centrándose en su capacidad para simular dispersión anisotrópica en medios heterogéneos. El potencial de SPH para estos problemas está reconocido en la literatura. Sin embargo, un efecto no físico parece haber obstaculizado su adopción: simulaciones conservativas presentan concentraciones negativas en escenarios con dispersión anisotrópica. Para abordar el problema, se evaluaron tres formulaciones de SPH, discutiendo el origen de las concentraciones negativas. Este capítulo presenta la primera aplicación de SPH a un acuífero con representación explícita de heterogeneidad y anisotropía de la dispersión, sin concentraciones negativas. Se analiza el potencial del método para simular transporte reactivo controlado por mezcla, y una de las formulaciones destaca como un método robusto con respecto al desorden de partículas, en un amplio rango de anisotropías. La tesis finaliza con una nueva formulación no lineal de transporte reactivo multicomponente, considerando propiedades de dispersión específicas para cada especie. El estudio es motivado por una suposición recurrente en la literatura que considera los mismos coeficientes de dispersión para todas las especies. Sin embargo, experimentos recientes han demostrado que los coeficientes de difusión específicos limitan la mezcla transversal, controlando la extensión de las zonas de reacción. Se presenta una nueva expresión para calcular las tasas de reacción teniendo en cuenta las diferencias en los coeficientes de transporte. Esta expresión explica procesos de mezcla no lineal proporcionales a las diferencias en los coeficientes de transporte, también influenciados por la composición química de las soluciones de entrada.

Tribunal:
     PRESIDENT: VILLAR GALICIA, MARÍA VICTORIA
     SECRETARI: LLORET MORANCHO, ANTONIO
     VOCAL: JOMMI, CRISTINA
Resumen de tesis: Los materiales con base de bentonita, que presentan baja permeabilidad, gran retención de agua y propiedades auto sellantes, han sido ampliamente utilizados como barreras ingenieriles en instalaciones de disposición de residuos. Existen diversas tipologías de bentonitas. Por una parte, durante la instalación de las bentonitas en forma de polvo, se puede producir la liberación y dispersión de las partículas finas, mientras que el vertido de bentonitas en forma de mezclas de pellets/polvo puede resultar en la segregación de partículas. Por otra parte, las mezclas de arena/bentonita presentan un menor potencial de hinchamiento que las bentonitas puras. Los bloques de bentonita fuertemente compactados son más laboriosos de instalar y su uso podría dificultar la liberación de gases formados en las instalaciones operativas a largo plazo. Estos problemas tecnológicos pueden abordarse mediante el uso de bentonita granular (BG), que presenta gránulos de tamaño milimétrico y granos de tamaño micrométrico, junto con una distribución de tamaño de partícula (PaSD) extendida (Fuller) que mejora la trabajabilidad y la capacidad de vertido. Además, la BG contiene numerosos macroporos que permiten la liberación de gas a bajas presiones. En consecuencia, la BG está emergiendo como un material de referencia para barreras ingenieriles. Sin embargo, las propiedades geotécnicas de la BG siguen siendo poco conocidas, particularmente en términos de preparación de muestras, evolución de tamaño de partícula y de su microestructura, así como sus correlaciones con el comportamiento hidro-mecánico (HM), el transporte de gas y la capacidad de autosellado. Esta Tesis presenta un marco experimental y teórico robusto, sistemático y a escala múltiple para estudiar estos aspectos. Los resultados ofrecen nuevas perspectivas a escala de partícula sobre la técnica de preparación de muestras de GB y cómo esta afecta al comportamiento HM (ej., compresibilidad bajo carga, expansión/colapso volumétrico y presión de hinchamiento por saturación bajo distintas condiciones tensionales y de contorno) y a su microestructura. Se ha propuesto una metodología simple que combina la Porosimetría por Intrusión de Mercurio (MIP) y la Tomografía Micro-Computada por rayos X (Micro-CT) para mejorar la caracterización de la microestructura de la GB compactada. Gracias a este método, el comportamiento HM de la GB compactada (por ejemplo, presión de hinchamiento, permeabilidad al agua) ha sido analizado más a fondo desde la perspectiva de la escala de poro, ya que tiene en cuenta un rango más amplio de tamaños. Esta información microestructural también ha servido de base para desarrollar un modelo constitutivo multi-escala y multi-físico del comportamiento de retención de agua. Además, la estructura de tipo granular con numerosos macroporos interconectados limita la acumulación de gas atrapado en estados parcialmente saturados. Se ha encontrado que sus propiedades de transporte de gas también dependen de cómo evoluciona la microestructura inicial en respuesta a la presurización del gas. Las vías de migración del gas en diferentes estados HM se han sido rastreadas mediante imágenes y posteriormente utilizadas para definir un modelo que incorpora esta microestructura única y su evolución para predecir la permeabilidad al gas. También, la microestructura de tipo granular con muchos gránulos de alta densidad influye en el sellado de los huecos tecnológicos durante la carga y la saturación. Después del sellado de los huecos, el comportamiento HM de la GB compactada está gobernado por la microestructura de la matriz establecida durante la compactación (la creación del hueco afecta a la compactación). La geometría de los huecos residuales determina si pueden actuar como vías preferenciales para el flujo de agua y gas. En conclusión, esta Tesis contribuye con información significativa para evaluar el comportamiento a corto y largo plazo de la GB como un geomaterial para barreras de ingenier

Tribunal:
     PRESIDENT: CARRERA RAMIREZ, JESUS
     SECRETARI: SAALTINK, MAARTEN WILLEM
     VOCAL: DE SIMONE, SILVIA
Resumen de tesis: El almacenamiento geológico profundo es actualmente la opción preferida para gestionar residuos radiactivos de larga duración y que emiten calor. Este método implica confinar los residuos durante un período extremadamente largo, potencialmente de varios cientos de miles de años, colocándolos en una formación geológica profunda. Por lo tanto, comprender la migración de gases producidos por la corrosión de metales, la degradación microbiana y la radiólisis del agua dentro de un depósito geológico profundo es crucial para evaluar el rendimiento y la evolución a largo plazo del depósito. El objetivo principal de este estudio es mejorar la capacidad predictiva de los modelos numéricos para entender los procesos y mecanismos de iniciación y crecimiento de fracturas en arcillolitas con heterogeneidad y anisotropía inherentes, especialmente bajo rápidos aumentos de sobrepresión de gas. Para lograr esto, se aplicaron métodos geoestadisticos en el software de elementos finitos CODE_BRIGHT para generar un campo heterogéneo espacialmente correlacionado para la porosidad. En CODE_BRIGHT, propiedades como el módulo de Young, la permeabilidad intrínseca y la conductividad térmica son funciones de la porosidad, lo que hace que estas propiedades también sean heterogéneas. Además, se implementó la solución del problema de Eshelby para introducir tanto heterogeneidad como anisotropía en el módulo de Young. Es crucial seleccionar las leyes constitutivas adecuadas para introducir efectivamente la anisotropía en la permeabilidad intrínseca. Se realizaron simulaciones para validar el marco propuesto, y se realizaron análisis de sensibilidad a escala tanto de laboratorio como de experimentos in situ para evaluar el rendimiento del modelo. Los resultados indican que el modelo propuesto captura con éxito las principales características observadas de las arcillolitas heterogéneas anisotrópicas durante la inyección de gas, incluyendo la formación de vías preferenciales de gas.