Tribunal:
     PRESIDENT: GIARDINA, GIORGIA
     SECRETARI: HURLIMANN ZIEGLER, MARCEL
     VOCAL: ROSSETTO, RUDY
Resum de tesi: La interferometria amb radar d'obertura sintètica (InSAR) és una tècnica de teledetecció que mesura desplaçaments de la superfície observada, sigui el terreny o qualsevol estructura situada a sobre. Tot i que l'adquisició sistemàtica de dades SAR des de satèl·lit va començar a la dècada del 1990, l’InSAR és una tècnica encara en desenvolupament. Les constel·lacions de satèl·lits SAR successives van millorant en termes de fiabilitat, temps de revisita, resolució espacial i accessibilitat de les dades, com també ho fan les tècniques de processament de les dades SAR en l'estimació del desplaçament de la superfície. Com a resultat, les prestacions de l'InSAR van millorant, de manera que l’objectiu d’aquesta tesi és explorar les noves oportunitats que l'InSAR ofereix avui en dia. Concretament, els objectius són (i) explorar noves aportacions de l'InSAR en l’enginyeria geològica, més específicament en el monitoratge i la caracterització hidrogeològica del terreny, i (ii) fer-ho tot cobrint aplicacions tant qualitatives com quantitatives a escales tant regionals com locals. Aquests objectius s'aborden a través de quatre preguntes. La primera investiga si la resolució espacial i la precisió de l'InSAR són suficients avui per a monitorar deformacions del terreny a una escala tan local i en entorns tan canviants com obres d’enginyeria civil. Aplicada a la deformació del terreny associada al drenatge d'unes obres, l’InSAR aporta una visió i una comprensió dels fenòmens observats molt més completes que les tècniques alternatives més habituals com l'anivellació topogràfica. Tanmateix, l’anivellació proporciona mesures generalment més precises. Així, la combinació d'ambdues tècniques pot millorar i augmentar la fiabilitat del monitoratge d’obres d'enginyeria civil. La segona pregunta explora si, per la seva densitat espacial de dades i la seva precisió, l’InSAR és apta per a la modelització numèrica de deformacions extensives del terreny. Els resultats obtinguts gràcies a les dades InSAR en la modelització numèrica hidromecànica de subsidència regional i a llarg termini relacionada amb la sobreexplotació d'aqüífers confinats resulten significativament millors que els que s’obtenen amb altres fonts de dades. En primer lloc, l’InSAR pot cobrir tota l'extensió del sistema aqüífer i identificar-hi diferents fenòmens de deformació i, en segon lloc, pot millorar el disseny dels models numèrics i el calibratge dels paràmetres del sòl, de manera que s’aconsegueix una reproducció i una comprensió significativament millors de la subsidència observada i es poden dissenyar polítiques més adequades i efectives per a la planificació territorial i la gestió de recursos hídrics (subterranis). La tercera pregunta s’enfoca a una nova tècnica InSAR: la detecció de canvis de coherència (CCD), un mètode per a detectar i cartografiar, en determinades condicions, canvis en la superfície observada. Concretament, la pregunta és si la coherència InSAR és capaç de detectar remotament episodis de transport de sediments per torrentades en zones de clima àrid. La conclusió és que no només ho és, sinó que presenta una capacitat de detecció més gran que les dades meteorològiques, alhora que és molt més operativa i econòmica que les campanyes de camp. Finalment, la quarta pregunta analitza si la coherència InSAR pot cartografiar aquests episodis, amb l'objectiu d'avaluar la incertesa que altres factors que també poden afectar la coherència introdueixen en els mapes CCD. La comparació de diversos mètodes de cartografia amb una sensibilitat diferent a cadascuna de les components dels canvis de coherència mostra que els mètodes CCD són capaços de localitzar les zones afectades per aquests fenòmens, tot i que les zones abruptes requereixen una anàlisi detinguda i la delimitació precisa de les zones afectades continua presentant certa incertesa. Amb tot, malgrat els punts febles encara per resoldre, l’InSAR ja ofereix valuoses aportacions a l'enginyeria geològica.

Tribunal:
     PRESIDENT: CUETO-FELGUEROSO LANDEIRA, LUIS
     SECRETARI: LEDESMA VILLALBA, ALBERTO
     VOCAL: YOSHIOKA, KEITA
Resum de tesi: La sismicitat induïda per l'estimulació hidràulica i la circulació de fluids és un obstacle per al desenvolupament dels sistemes geotèrmics millorats (EGS per les seves sigles en anglès). La sismicitat registrada ha aconseguit ocasionalment magnituds prou grans com per a ser percebuda per la població local, i en diversos casos de EGS els terratrèmols de major magnitud es produeixen entre poques hores i diversos mesos després del cessament de les operacions d'injecció. Aquesta tesi té com a objectius i) aprofundir en el coneixement dels processos que desencadenen aquesta sismicitat induïda, ii) millorar les metodologies de previsió i iii) explorar estratègies per a mitigar la seva aparició. El focus se centra especialment en la sismicitat posterior a la injecció. Com a exemple de verificació s'adopta el ben documentat cas del EGS de Basilea (Suïssa).En primer lloc, es realitza la identificació dels mecanismes desencadenants de la sismicitat a Basilea fent ús d'un model hidromecánico acoblat amb un nivell de complexitat creixent. Es compara un domini elàstic travessat per una zona de falla amb un domini elàstic homogeni per a destacar la importància de les heterogeneïtats estructurals en els efectes directes i indirectes (poroelásticos) de la difusió de la pressió com a mecanismes desencadenants de la sismicitat. A més, un altre model hidromecánico s'implementa incloent una xarxa discreta de falles, basada en interpretacions sísmiques. El model simula les reactivacions plàstiques de les falles, i es distingeixen els efectes de la difusió de la pressió de porus, la tensió poroelástica, la transferència de tensió per cisalla i l'afebliment per lliscament. suggerir-los resultats de les simulacions mostren que les falles situades en les proximitats del pou d'injecció trenquen durant la injecció, provocat principalment per l'augment de la pressió de porus. En cessar la injecció, la relaxació de tensions poroelástica provoca la ruptura immediata de les falles que es van estabilitzar durant la injecció. La redistribució de tensions és també un important mecanisme desencadenant de la reactivació de falles distants després de la injecció. L'afebliment de la fricció induït per lliscament en falles amplifica el potencial d'aquestes falles per a reactivar-se diverses vegades durant la injecció i després del seu cessament.El desenvolupament d'una metodologia de previsió de la sismicitat induïda és el segon gran assoliment d'aquesta tesi. El model hidromecánico prèviament implementat es combina amb un model de taxa de sismicitat, la llei de Gutenberg-Richter i el model de seqüència de rèpliques (ETES per les seves sigles en anglès) per a quantificar la magnitud de la sismicitat dels terratrèmols pronosticats, associats als canvis de tensió deguts a la injecció de fluids. L'aplicació d'aquesta metodologia híbrida al model hidromecánico de falles discreta de Basilea EGS brinda l'oportunitat d'explorar els efectes de diferents estratègies d'injecció en l'augment de la permeabilitat de les falles i la taxa de sismicitat induïda. Un protocol d'injecció constant, seguit d'una disminució progressiva de la taxa d'injecció, mitiga la sismicitat posterior a la injecció, i continua augmentant la permeabilitat de les falles del domini. La tesi també aborda el debat sobre el cessament final de la injecció, comparant els resultats del tancament i la purga del pou. Els resultats suggereixen que el tancament del pou pot mitigar la sismicitat primerenca posterior a la injecció millor que la purga, però la difusió de la pressió de porus pot desestabilitzar les falles críticament orientades del jaciment durant un període de temps més llarg.En proporcionar una millor comprensió, noves metodologies i solucions pràctiques, aquesta tesi representa un avanç substancial en la mitigació i el control de la sismicitat induïda, especialment de la posterior al cessament de la injecció, en EGS.

Tribunal:
     PRESIDENT: SEVILLA CÁRDENAS, RUBÉN
     SECRETARI: FERNANDEZ MENDEZ, SONIA
     VOCAL: PEROTTO, SIMONA
Resum de tesi: Les simulacions de fluxos incompressibles són essencials per a nombroses aplicacions en ciència i enginyeria, com ara el disseny biomèdic o l'aerodinàmica de vehicles. Els mètodes tradicionals de volums finits (FV), com l'utilitzat a OpenFOAM centrat en cel·les (CCFV), requereixen malles d'una certa qualitat, sent especialment rellevant l'ortogonalitat de les cares i la distorsió de les cel·les. Aquestes restriccions generen pèrdues de precisió i, per tant, en geometries complexes, condueixen a procediments de generació de malles pesats i costosos. Aquesta tesi aborda aquestes qüestions desenvolupant una metodologia de volums finits centrada en cares (FCFV) per a fluxos incompressibles laminars, implementada directament a OpenFOAM.El mètode FCFV és una variant de baix ordre del mètode mixt i híbrid de Galerkin discontinu, conegut per les seves sigles en anglès HDG (Hybridizable Discontinuous Galerkin). Aquesta metodologia FCFV mostra convergència de primer ordre per a la velocitat, la pressió i el gradient de velocitat sense necessitat de cap reconstrucció, reduint així la sensibilitat a la malla. És important destacar que l'FCFV compleix la condició de Ladyzhenskaya-Babuška-Brezzi (LBB), evitant, a diferència de la metodologia estàndard d'OpenFOAM, condicions de contorn no físiques en la pressió i l'ús obligatori de mètodes de pas fraccionat per complir amb LBB. Per tant, l'FCFV pot utilitzar formulacions monolítiques per a l'acoblament velocitat-pressió.La principal contribució d'aquesta tesi és la integració eficient de la metodologia FCFV a OpenFOAM, oferint una alternativa robusta per a geometries complexes i/o malles distorsionades. S'han implementat formulacions per a problemes estacionaris i transitoris. A més, es proposa una nova formulació de pressió híbrida, també de baix ordre i basada en cares, per a millorar la precisió en simulacions amb alts nombres de Reynolds.Així mateix, es presenta una àmplia sèrie de proves i validacions que es comparen amb la metodologia estàndard d'OpenFOAM, demostrant la robustesa i precisió de l'FCFV, especialment en malles amb manca d'ortogonalitat i amb gran distorsió. Els resultats indiquen que l'FCFV manté la convergència òptima de primer ordre i supera els CCFV estàndard en malles distorsionades. La metodologia FCFV desenvolupada ofereix una alternativa valuosa per als usuaris d'OpenFOAM amb geometries complexes, i això permet l'ús de malles no estructurades i estirades sense sacrificar precisió ni estabilitat.

Tribunal:
     PRESIDENT NO PRESENCIAL: HASSAN, OUBAY
     SECRETARI: HEUZÉ, THOMAS
     VOCAL NO PRESENCIAL: BARLOW, ANDREW JOHN
Resum de tesi: En l'àmbit de l'enginyeria assistida per ordinador aplicada a la dinàmica ràpida de sòlids, es modelitzen amb eficàcia i altafidelitat els intricats comportaments mecànics que mostren els materials quan es veuen sotmesos a fortes forcesdinàmiques, impactes a alta velocitat i interaccions complexes. Empleat en camps tan diversos com l'aeroespacial, l'automocióo la defensa, entre altres, el principal interès és simular i comprendre les respostes dels sòlids, proporcionantinformació sobre la propagació de tensions i els patrons de deformació. No obstant això, la persecució d'objectius tanambiciosos s'enfronta a limitacions inherents: la representació precisa dels comportaments dels materials és un repteconstant, i la intricada interacció entre la precisió de la simulació i l'eficiència computacional exigeix reflexionsdetallades. Més concretament, el paradigma cinemàtic triat i la discretización del continu restringeixen sovint els marcsnumèrics en la gamma de problemes que poden simular. Les simulacions en dinàmica ràpida de sòlids poden presentarbloquejos, inestabilitats numèriques, checker-*boarding o altres dificultats relacionades amb la naturalesa no lineal de lesequacions en joc.Amb l'objectiu d'esmenar les deficiències esmentades, aquesta tesi es basarà en el conjunt d'equacions desenvolupant unanova formulació mixta basada en equacions hiperbòliques de primer ordre i escrita amb el punt de vistalagrangià-eulerià arbitrari. Aquest enfocament, utilitzat aquí per a descriure cossos sòlids, pretén sortejar els colls d'ampolladels mètodes lagrangià i eulerià en distingir el comportament de la malla de l'evolució del continu. A més,un aspecte intuïtiu del mètode ALE consisteix a fer que la malla es mogui de manera que es redueixin les gransdistorsions (avantatge numèric), mantenint al mateix temps una representació del comportament físic del materialcomparable o superior als resultats obtinguts amb les metodologies clàssiques (millor resultat de la simulació). Unacaracterística clau serà la presentació d'un marc computacional ALE en el qual el moviment de la malla es basa en una lleide conservació, per la qual cosa la geometria s'actualitza automàticament sense necessitat d'un procediment ad hoc.S'utilitzarà un solucionador acústic de Riemann basat en l'estabilització upwinding, així com una reconstrucció degradient lineal, per a contrarestar les inestabilitats provocades pel mètode de volum finit centrat en vèrtexsemprat en el marc, i per a millorar la precisió global. Les lleis d'enduriment no lineals es resoldran mitjançant unalgorisme Newton-Raphson. El nou marc introduït en aquest treball s'implementarà des de zero en la plataforma de codiobert OpenFOAM, una eina d'elecció en entorns industrials i acadèmics. La integració temporal s'abordaràmitjançant el mètode Runge-*Kutta de Variació Total Disminuyente multietapa. Finalment, s'examinarà la robustesa i precisiódel nou marc computacional a través d'una sèrie de desafiadors exemples numèrics que inclouen complexes deformacionsde cossos, així com consideracions plàstiques i tèrmiques.

Tribunal:
     PRESIDENT: SOLÉ, AURELIA
     SECRETARI: DE MEDINA IGLESIAS, VICENTE CÉSAR
     VOCAL: LA ROCCA, MICHELE
Resum de tesi: Aquest estudi investiga els processos hidrològics de la conca del riu Magdalena a Colòmbia, examinant la interacció entre els impulsors climàtics i els induïts pel ser humà. L'estudi examina tres factors principals: la influència de les operacions dels embassaments, les conseqüències del canvi climàtic i la seva interacció amb els pantans aigües avall.Inicialment, l'estudi examina els efectes de molts factors en el flux d'aigua aigües avall del riu Magdalena. Determina que els esdeveniments de El Niño Oscil·lació del Sud (ENOS) són una força natural que influeix en el clima, mentre que l'evaporació de la xarxa d'embassaments és un factor causat pel ser humà. Els resultats suggereixen un declivi en el cabal mitjà, el volum i el cabal màxim, juntament amb un augment en l'evaporació i el cabal mínim, especialment durant episodis de ENOS positius.La recerca examina el vincle hidrològic entre el riu Magdalena i el pantà Ciénaga Grande de Santa Marta (CGSM) tractant tot el pantà com una única entitat. Aquest anàlisi identifica rangs de llindars específics on el flux des del riu Magdalena cap al CGSM es torna incert. S'hi enfatitza la sensibilitat dels hàbitats aigües avall, especialment les zones humides, als canvis en els aportacions de flux.L'estudi utilitza models de xarxes neuronals LSTM per estimar els patrons de flux del riu a l'estació de mesurament de Calamar. Els models mostren un alt nivell de precisió en la predicció del flux del riu. No obstant això, apareixen discrepàncies entre els models que es basen únicament en dades de estacions de mesurament i aquells que integren dades d'evaporació d'embassaments. A més, l'estudi avalua la influència de l'augment de les temperatures en les prediccions del flux del riu, descobrint una clara correlació entre l'augment de temperatura i les taxes d'evaporació, amb conseqüències significatives per a les prediccions hidrològiques.En última instància, aquesta investigació proporciona una visió del complex entramat entre les activitats humanes i les influències relacionades amb el clima en la hidrologia de la conca del riu Magdalena. L'estudi examina les dificultats i conseqüències d'incorporar aspectes relacionats amb el clima en la modelització hidrològica. El seu objectiu és contribuir a l'avanç d'estratègies de gestió de recursos hídrics adaptatius, específicament en la reducció dels efectes negatius en els ecosistemes de zones humides aigües avall.

Tribunal:
     PRESIDENT: MENENDEZ, MONICA
     SECRETARI: RIBAS VILA, IMMACULADA
     VOCAL: SIMONI, MICHELE
Resum de tesi: A mesura que la millora de les operacions logístiques d’última milla es converteix en un repte cada cop més gran per les nostres ciutats, tant des d'una perspectiva econòmica com mediambiental, una àmplia mostra de noves tecnologies i esquemes de distribució innovadors estan sent testejats per les empreses logístiques i analitzats dins de la comunitat científica. Més enllà del canvi necessari en les tecnologies de propulsió, dels vehicles amb motor de combustió interna als models elèctrics, calen estratègies de lliurament i tipologies de flotes més eficients. Això és especialment flagrant en el mercat de la missatgeria, enviaments express i paqueteria, que ha augmentat en els últims anys i és l’origen de moltes ineficiències als nostres barris.En aquest context, les xarxes de distribució multinivell apareixen com a possibles solucions. En aquests esquemes, el viatge de les mercaderies es divideix en dues parts diferenciades, primer des del centre de distribució del transportista fins a una xarxa de micro-hubs i després fins al seu destí final. No obstant això, encara que hi hagi una reducció del total de quilòmetres recorreguts i de l’impacte mediambiental, els lliuraments amb bicicletes, que és el model més comú actualment, poden generar més costos d'operació per les empreses que els lliuraments convencionals amb furgonetes perquè els processos logístics són més complexos i els costos d'infraestructura més elevats. A més, les bicicletes cargo tenen una capacitat inferior, la qual cosa afecta la seva eficiència operativa, perquè es necessiten més rutes de lliurament i més vehicles per la mateixa demanda.Perquè els esquemes de lliurament binivell siguin econòmicament sostenibles, el que finalment conduirà a desplegaments a gran escala, els vehicles autònoms, tant terrestres com aeris, semblen solucions prometedores amb el potencial de reduir els costos d’operació de lliurament i, al mateix temps, les emissions de gasos d’efecte hivernacle. Tot i així, els beneficis exactes dels vehicles autònoms, juntament amb altres tecnologies, com ara les taquilles intel·ligents, encara s’han d'avaluar a gran escala i des d’un punt de vista holístic, més enllà de consideracions purament operatives.Com a conseqüència, en aquesta tesi doctoral, es defineix un marc complet d’avaluació de les tecnologies autònomes en el context de la logística urbana, des de la planificació fins a aspectes més operatius. Es combina la metodologia d’aproximació contínua i procediment d’optimització discrets per abordar de manera eficient el problema d’encaminament de vehicles amb rutes múltiples, finestres temporals i limitacions de capacitat de la bateria.Més concretament, es construeixen diferents models logístics parsimoniosos que inclouen l’ús de drons aeris, robots terrestres i taquilles tenint en compte les característiques d’aquestes diferents flotes. A més, es realitza una anàlisi exhaustiva del cicle de vida per quantificar l’impacte ambiental d’aquestes tecnologies. A continuació, aquests diferents models logístics s’avaluen a escala europea i s’integren amb mètodes d’optimització discrets per donar una visió completa de les operacions autònomes per a la logística d’última milla.Aquesta tesi doctoral ajudarà a professionals, investigadors i ciutats a entendre els principals reptes que estan en joc amb les tecnologies autònomes des d’una perspectiva logística, a banda dels aspectes socials i normatius, que no es tenen en compte en aquest treball. Els resultats obtinguts són encoratjadors, ja que la combinació d’una xarxa de micro-hubs amb robots autònoms terrestres té el potencial de reduir els costos logístics de la ciutat al voltant d’un 20% en condicions adequades. Finalment, també es podrien reduir les externalitats però s’hauria de posar especial èmfasi en la reducció de les emissions de gasos d’efecte hivernacle que provenen de la producció dels vehicles autònoms, per no observar un augment de l’impacte ambiental en tot el cicle de vida.

Tribunal:
     PRESIDENT: GONZALEZ-AREGALL, MARTA
     SECRETARI: MARTÍNEZ DÍAZ, MARGARITA
     VOCAL: CHEN, GANG
Resum de tesi: En aquesta tesi, s'investiga els reptes i les oportunitats dels ports i el transport marítim xinesos des de múltiples perspectives, és a dir, els reptes entre els ports en el rerefons del Great Bay Area (GBA), els reptes de les noves rutes comercials al patró de navegació tradicional, les oportunitats del transport marítim tradicional en l'era dominant del transport terrestre i els reptes del transport marítim en el àmbit del trànsit portuari.Hong Kong, que és un dels centres comercials més grans del món i una vegada el port líder de la GBA, ha experimentat un descens continu en els darrers anys i ha estat successivament superat per altres dos ports de GBA (és a dir, Shenzhen i Guangzhou). El capítol 2 explora la concentració, la desigualtat i la competència del sistema multiport GBA durant el període 1972-2020. Els resultats indiquen que: 1) Hong Kong ha estat testimoni de tota una evolució de la onada de tipus K, i 2) l'evolució del sistema multiport GBA és el resultat de les etapes de desenvolupament asíncron de diferents ports; 3) la pèrdua del període d'oportunitat del 2000-2008, la transferència de capital des de Hong Kong i la política d'"obertura" xinesa són les causes directes, subjacents i arrel d'aquesta evolució; 4) Un sistema multiport de tres hubs ha anat prenent forma gradualment a la GBA finalment, en què Hong Kong és el segon classificat després de Shenzhen i Guangzhou. La perspectiva del port de Hong Kong no seria optimista i es podria esperar un impacte negatiu de Guangzhou a Hong Kong en un futur proper.El ferrocarril trans-asiàtic recentment inaugurat ofereix oportunitats per a la logística comercial entre la Xina i l'ASEAN (Associació de Nacions del Sud-est Asiàtic). El capítol 3 selecciona sis factors, inclosos el cost, el temps, el volum de transport, la fiabilitat, la seguretat i el respecte al medi ambient per investigar l'impacte en la logística del comerç entre la Xina i l'ASEAN. Explora la solució més ideal per a la ruta logística sino-tailandesa utilitzant l'enfocament AHP-TOPSIS i classifica les cinc rutes logístiques actuals. Els resultats indiquen que el transport marítim-terrestre (0,787) segueix sent la millor opció, la carretera Kunming-Bangkok (0,452) va quedar en segon lloc, seguida del nou ferrocarril transasiàtic (0,431); La carretera Nanning-Bangkok (0,373) ocupa el penúltim lloc, i el servei de transport fluvial-terrestre (0,249) és l'últim recurs. En aquest sentit, el ferrocarril transasiàtic recentment inaugurat influiria en el patró actual de la logística sino-tailandesa fins a cert punt.El capítol 4 investiga l'elecció del mode de viatge dels passatgers entre dos escenaris diferents (és a dir, el transport marítim de curta distància (SSS) i el transport per carretera) i també examina els factors que influeixen en l'elecció del mode de viatge amb un qüestionari anònim basat en l'enquesta de preferències estatals. Els models basats en Logit s'utilitzen per estimar els determinants de l'elecció del mode. Els resultats suggereixen que els passatgers que trien SSS presten més atenció a la comoditat del viatge, mentre que els que trien el transport per carretera estan més preocupats pel cost del viatge.La ruta dels vaixells es va adoptar per primera vegada per reduir el risc de col·lisions de vaixells i promoure l'eficiència del trànsit marítim. En aquesta contribució, es proposa un mètode d'avaluació quantitativa basat en el coeficient de Gini per avaluar el risc de col·lisió de vaixells a les aigües de ruta dels vaixells. Aquest mètode s'aplica al port de Ningbo Zhoushan (NZP), el coeficient de Gini del recorregut sobre el sòl (COG) per a cada tram es calcula amb les dades històriques del sistema d'identificació automàtica (AIS) i després s'aplica un algoritme de agrupació jeràrquica (HCA). Dels 28 trams de les aigües de ruta dels vaixells a NZP 5 es troben en nivells de risc. Els resultats mostren que: les PA 4 i 7 són zones d'alt risc i les PA 1 i 2 són zones de risc mitjà-alt.

Tribunal:
     PRESIDENT NO PRESENCIAL: MASSING, ANDRÉ
     SECRETARI: BAIGES AZNAR, JOAN
     VOCAL: COLOMÉS GENÉ, JOSEP ORIOL
Resum de tesi: Aquesta tesi cobreix el desenvolupament de mètodes numèrics a gran escala per a la simulació d'equacions amb derivades parcials en geometries arbitràriament complexes. L'aplicació d'aquesta tesi està orientada a la simulació estructural d'edificis i infraestructures civils, en les quals les demandes estètiques i de lleugeresa augmenten la complexitat de les geometries. En aquestes aplicacions, l'experimentació empírica no és factible durant el procés de disseny. Per tant, es confia en simulacions numèriques per a predir el comportament d'aquestes estructures sotmeses a càrregues realistes, e.g., efectes del vent que es compliquen amb la sofisticació de la geometria. Les eines de simulació actuals es basen en malles no estructurades adaptades a la geometria. La creació de malles no estructurades és un procés demandant que requereix la intervenció humana. A més, els mètodes de malles adaptades a la geometria no poden explotar els recursos computacionals d'alt rendiment moderns de manera eficient.L'objectiu principal d'aquesta tesi és el disseny de noves eines per a simular ràpidament, acurada i automàtica equacions amb derivades parcials sobre geometries definides per disseny assistit per ordinador. Per aquest motiu, es cerca un sistema que combina (1) un procés automàtic des del disseny assistit per ordinador fins a l'anàlisi d'elements finits, (2) una nova formulació espai-temps per a geometries en moviment, i (3) una implementació escalable per explotar recursos computacionals d'alt rendiment. Els desenvolupaments estan accessibles mitjançant programari de codi obert dins de l'ecosistema Gridap i del paquet FEMPAR (escrits en Julia i Fortran, respectivament).Les contribucions d'aquesta tesi incrementen la funcionalitat dels mètodes d'elements finits embeguts ("immersed", "embeddedd" o "unfitted" en anglès) respecte a l'estat de l'art. Aquests mètodes utilitzen malles de fons estructurades per resoldre equacions amb derivades parcials en dominis complexos. En la literatura, aquests dominis es representen implícitament per conjunts de nivell. Per a abordar aquesta limitació, (1) s'ha desenvolupat un algorisme robust que resol problemes en dominis descrits per representacions de contorn lineals. Aquest algorisme es basa en algorismes robustos per retallar poliedres. S'ha testejat l'algorisme amb totes les geometries (fitxers STL) analitzables del recurs Thingi10k (gairebé 5.000). S'ha ampliat l'algorisme per a representacions de contorn d'alt ordre. En aquesta extensió, es fan servir les bases de Bernstein-Bézier i algorismes de cerca d'arrels multivariables. S'ha validat el mètode mitjançant referències analítiques i geometries reals creades amb eines de disseny assistit per ordinador.A continuació, (2) s'ha formulat un marc d'elements finits embegut i espai-temps per a geometries explícites que es mouen. En aquesta formulació, s'utilitzen malles espacials per a evitar la necessitat d'algorismes geomètrics en 4D. En canvi, s'ha desenvolupat un mètode de transferència de valors inicials a les llesques temporals. Els resultats coincideixen amb l'anàlisi matemàtica i amb els experiments numèrics externs. Així mateix, s'ha demostrat l'aplicabilitat a problemes de fluids amb geometries complexes (2D i 3D) en rotació.Finalment, (3) s'ha proposat l'acceleració dels mètodes d'aquesta tesi a través d'algorismes altament escalables. Aquests algorismes aborden colls d'ampolla de la paral·lelització dels algorismes d'intersecció. S'ha demostrat l'escalabilitat d'aquests algorismes amb més de mil milions de cel·les i 12.000 processadors. Per afegiment, es poden combinar aquests algorismes amb tècniques d'adaptació de malla per reduir, encara més, el cost computacional. Aquestes eines proporcionen els mitjans per a accelerar el procés de disseny a simulació tot incrementant la fidelitat dels resultats.

Tribunal:
     PRESIDENT: LEHMKUHL BARBA, ORIOL
     SECRETARI: MARTINEZ FRUTOS, JESUS
     VOCAL NO PRESENCIAL: RICCHIUTO, MARIO
Resum de tesi: Aquesta tesi es centra en el desenvolupament de mètodes numèrics per a la solució de problemes d'optimització de forma sota incerteses, per a cossos sota l'acció de forces aerodinàmiques. La solució del flux es realitza amb mètodes d'elements finits utilitzant les hipòtesis de flux potencial amb geometries embegudes, on la geometria es defineix de manera implícita. El problema d'optimització es resol combinant diferents eines de paquets de programari per a obtenir la solució del flux, avançar en el bucle d'optimització i quantificar les incerteses.La primera contribució de la tesi és el desenvolupament d'un enfocament totalment embegut per a la solució del flux potencial. Atès que el flux potencial assumeix la hipòtesi que el flux no és viscós, la solució d'aquesta mena de problemes requereix la definició d'una discontinuïtat en el domini per a poder modelar la sustentació que genera li geometria, que es correspon amb el deixant generat pel cos. Sobre la base de treballs previs on la discontinuïtat es defineix en el domini de manera implícita, aquest treball també considera la geometria com un cos embegut. Per a assegurar una bona representació de la geometria, la malla es refina amb mètodes adaptatius. La condició de Kutta es força amb termes numèrics. El mètode s'ha validat per a dues i tres dimensions per a fluxos tant subsònics com transsònics utilitzant diferents resultats de referència.Una altra de les contribucions de la tesi és el desenvolupament del problema adjunt per al flux subsònic potencial amb geometries embegudes en dues dimensions, amb la condició d'obtenir les sensitivitats d'una funció objectiu que depèn de la solució del flux potencial. Cada coordenada que defineix el cos d'estudi es considera un paràmetre de disseny en el problema adjunt. Les sensitivitats respecte als paràmetres de disseny es validen amb les sensitivitats obtingudes per diferències finites. Amb aquestes sensitivitats, es resol un problema d'optimització de forma, on el coeficient de sustentació es maximitza amb una sèrie de restriccions geomètriques.El problema d'optimització amb geometries embegudes s'estén per a la consideració d'incerteses en les condicions d'entrada del problema. El problema es reformula després de triar una mesura de risc que es desitja minimitzar. Les sensitivitats del problema adjunt s'adapten per al problema estocàstic, on es considera la contribució de la mesura de risc seleccionada, el Conditional Value-at-risk. L'estimació de la mesura de risc es realitza gràcies a una llibreria externa per a la quantificació d'incerteses, utilitzant un nous mètode de Montecarlo per a estimar el Conditional Value-at-risk. El cas estocàstic es resol en un supercomputador, on per a cada pas del problema d'optimització es desplega tota una jerarquia de mostres de Montecarlo per a estimar la funció objectiu i els seus gradients.

Tribunal:
     PRESIDENT: AURICCHIO, FERDINANDO
     SECRETARI: CAICEDO SILVA, MANUEL ALEJANDRO
     VOCAL: DOMINGO-ESPIN, MIQUEL
Resum de tesi: La present tesi té com a objectiu comprendre i optimitzar els components fabricats mitjançant Manufactura Additiva (MA) a través de simulacions computacionals multiescala.Els objectius principals del treball són: (1) desenvolupar un model de material ortòtrop multiescala adaptat per a components de Fabricació per Filament Fos (FFF), (2) formular una estratègia d'optimització del rendiment mecànic de les peces FFF, i (3) caracteritzar, modelar i validar els mecanismes de fallada d'aquestes peces.Per tal d'abordar el primer objectiu, es construeix un model de material ortòtrop basat en els diferents patrons d'impressió existents en peces FFF dins del marc de l'anàlisi multiescala. Aquest model considera les complexes interaccions a escala de filament i component FFF, proporcionant una modelització representativa del comportament del material. El fet de considerar totes dues escales permet al model adquirir una comprensió completa de la resposta mecànica de les peces FFF, el seu rendiment i els seus modes de fallada.El segon objectiu es centra en l'optimització del rendiment mecànic de les peces FFF. Aprofitant el model multiescala desenvolupat, es formula una estratègia d'optimització basada en un algoritme estadístic i un criteri de fallada ortòtrop. També s'aborda l'estratègia de generació del domini computacional, analitzant diferents enfocaments i utilitzant una estratègia d'adaptació de malla (AMR) per reduir el cost computacional de les simulacions. Aquesta metodologia s'integra completament en el flux de treball de MA.L'objectiu final implica la caracterització i el modelatge dels diferents mecanismes de fallada presents en les peces FFF. S'identifiquen els diferents modes de fallada exhibits per les peces FFF per a cada patró d'impressió, i es desenvolupa un criteri de dany basat en els mecanismes de fallada (MB) dels mateixos. A més, es presenta i valida mitjançant proves experimentals un model de fractura MB que considera la fragilitat ortòtropa de les peces FFF.La motivació principal d'aquesta tesi és reduir la dependència de la caracterització i modelització del comportament mecànic de les peces FFF amb els procediments experimentals, mitjançant simulacions multiescala d'alta fidelitat i baix cost computacional. Els resultats d'aquest estudi busquen millorar les actuals directrius de Disseny per a Manufactura Additiva (DfMA).

Tribunal:
     PRESIDENT NO PRESENCIAL: KARPYN, ZULEIMA
     SECRETARI: VAUNAT, JEAN
     VOCAL: ASENSIO SÁNCHEZ, LAURA
Resum de tesi: L'emmagatzematge geològic de carboni (AGC) és molt prometedor per a mitigar les emissions atmosfèriques de CO₂, per la qual cosa la capacitat de segellament de les roques mare és fonamental a mesura que s'amplia l'emmagatzematge. Malgrat les excel·lents capacitats de segellament observades en mostres de roca intacta en experiments de laboratori, la presència de discontinuïtats com a plans d'estratificació, fractures i falles en aplicacions a escala de camp planteja reptes de monitoratge. L'objectiu d'aquesta tesi és desenvolupar una metodologia per a caracteritzar possibles emplaçaments geoenergéticos amb baixes emissions de carboni en diverses escales espaciotemporals, des de mil·límetres i nanosegons fins a quilòmetres i dècades.La tesi empra un enfocament multiescala, començant amb recerques a gran escala i avançant cap a laboratoris de roques subterrànies in situ i recerques de laboratori. La fase inicial explora quatre solucions analítiques de la difusió de la pressió de porus amb fonts periòdiques per a permetre la interpretació en temps real de les dades in situ. Les comparacions amb les solucions numèriques, que incorporen la deformació del jaciment deguda a les ones de pressió, revelen resultats coherents quan es mantenen supòsits idèntics. Malgrat els diferents patrons de propagació de les ones en funció de l'aplicació (emmagatzematge d'energia, injecció de líquids en esquistos i estimulació de sistemes geotèrmics millorats), els errors es mantenen per sota del 3% per a les variacions de la tensió mitjana efectiva en tots els casos. Aquest enfocament permet reaccionar amb rapidesa davant imprevistos, la qual cosa és crucial per a la presa de decisions en temps real.La fase següent consisteix en simulacions hidromecànices acoblades per deformació plana de la injecció periòdica de CO₂ durant 20 anys, simulant l'experiment CO2LPIE en el Laboratori Subterrani de Roques de Mont Terri. Els resultats posen en relleu el comportament anisótropo del material, que influeix en els canvis de pressió de porus i les variacions de tensió al llarg dels plans d'estratificació. Els efectes capil·lars en els porus a nanoescala impedeixen la penetració de CO₂ en l'argila Opalinus, provocant la seva dissolució en la salmorra resident. Les oscil·lacions de la pressió de porus imposades en el pou d'injecció s'atenuen en desenes de centímetres, la qual cosa subratlla la necessitat de disposar de pous de monitoratge estretament situats per a observar el senyal periòdic.Finalment, un model numèric en 3D simula la injecció d'aigua en un espècimen fracturat d'argila Opalinus, tenint en compte la geometria de la fractura amb canvis d'obertura dependents de la tensió. El model revela una amplitud de magnitud de nou ordres en la permeabilitat de la fractura, la qual cosa repercuteix en el flux de fluids dins de l'espècimen de roca. Per a aconseguir el millor ajust amb els resultats experimentals és necessari incorporar una rigidesa normal natural de la fractura que oscil·la entre 18,7 MPa/mm amb tensions mitjanes efectives més baixes i 187,2 MPa/mm amb confinaments més alts. Això subratlla la importància de definir els paràmetres hidromecánicos de les fractures en condicions realistes.

Tribunal:
     PRESIDENT: BALAIRON PÉREZ, LUIS
     SECRETARI: SANCHEZ JUNY, MARTI
     VOCAL: BERMÚDEZ PITA, MARÍA
Resum de tesi: La classificació de preses i basses en funció del risc potencial implica la identificació de possibles danys en cas de fallida estructural, i és una eina crucial per a la implementació de plans d'emergència per a la reducció de riscos a nivell local. En conseqüència, les administracions nacionals han desenvolupat directrius que inclouen metodologies i eines suggerides per a dur a terme aquesta anàlisi.Amb la modificació del Reglament del Domini Públic Hidràulic espanyol (Reial decret 849/1986, de l'11 d'abril), realitzada a través del Reial decret 9/2008, de l'11 de gener, obliga els propietaris de basses amb una altura de 5 metres o un volum superior a 100.000 m³, siguin públics o privats, a desenvolupar un estudi de classificació basat en el risc potencial (Articles 356 i 367). Això va representar un canvi de paradigma significatiu, ja que sota la regulació anterior, aquest estudi només era requerit per a preses que excedissin els 15 m d'altura o aquelles amb una altura entre 10 i 15 m i una capacitat superior a 100.000 m³.Realitzar un estudi de classificació requereix una alta inversió de temps i recursos econòmics, els quals, en molts casos, els propietaris de basses poden no tenir disponibles. Per tant, aquesta investigació proposa una metodologia simplificada per classificar basses, utilitzant un model de Machine Learning, que és més senzill i té un cost computacional menor que els mètodes convencionals. A més, es presenta una anàlisi de la influència de dues fonts d'incertesa en la classificació de les basses.Aquesta investigació es basa en dades sintètiques. Es va desenvolupar una eina especialitzada en Iber que permet generar models hidràulics massius en 2D de falles de basses amb geometria sintètica, automatitzant tots els processos de construcció, càlcul i extracció de resultats.La primera anàlisi es va centrar en la influència de seleccionar un model paramètric per calcular la geometria de la bretxa sobre les variables hidràuliques, els possibles béns en risc i la classificació de les basses. Es van comparar tres models paramètrics comuns, utilitzant un conjunt de casos sintètics i una bassa real. Els resultats van destacar que l'elecció del model té efectes significatius. En particular, l'erodabilitat del dic exerceix una alta influència, superant la del mode de fallida.El model de ML utilitzat per a la metodologia simplificada va ser un classificador Random Forest, capaç d'identificar si un bé està en risc en qualsevol punt proper a una bassa. Aquest model va ser entrenat amb dades sintètiques, oferint una estimació de les possibles àrees en risc considerant les característiques físiques de l'estructura i el terreny circumdant. La metodologia simplificada permet als propietaris i a l'administració obtenir una preclassificació sense necessitat de realitzar un model hidràulic en 2D, estalviant temps i diners.A més, es va desenvolupar una interfície anomenada ACROPOLIS, integrant el model de ML. Els usuaris poden aplicar la metodologia simplificada de manera senzilla a través d'ACROPOLIS, que els guia pas a pas, proporcionant la classificació general del pantà fora de cauce segons la normativa espanyola.Finalment, es va realitzar una integració de l'anàlisi de les incerteses relacionades amb la formació i ubicació de bretxes. Això va implicar una comparació entre l'enfocament determinista actual i un nou enfocament de quatre passos que té en compte les incerteses en la construcció de mapes de perills. L'estudi va revelar variacions en les classificacions entre escenaris, ja que diferents punts de ruptura i formacions de bretxes generen classificacions diverses que poden afectar els plans d'emergència. A més, la visualització proposada pot usar-se per a diversos fins, inclòs el seguiment de l'evolució de la categorització al llarg del temps a causa dels canvis en l'ús del sòl.