Tribunal:
     PRESIDENT: GIARDINA, GIORGIA
     SECRETARI: HURLIMANN ZIEGLER, MARCEL
     VOCAL: ROSSETTO, RUDY
Resumen de tesis: La interferometria con radar de apertura sintética (InSAR) es una técnica de teledetección que mesura desplazamientos de la superficie observada, sea el terreno o cualquier estructura situada encima. A pesar de que la adquisición sistemática de datos SAR desde satélite empezó en la década del 1990, el InSAR es una técnica todavía en desarrollo. Las constelaciones de satélites SAR sucesivas van mejorando en términos de fiabilidad, tiempo de revisita, resolución espacial y accesibilidad de los datos, como también lo hacen las técnicas de procesamiento de los datos SAR en la estimación del desplazamiento de la superficie. Como resultado, las prestaciones de la InSAR van mejorando, de forma que el objetivo de esta tesis es explorar las nuevas oportunidades que la InSAR ofrece hoy en día. Concretamente, los objetivos son (y) explorar nuevas aportaciones de la InSAR en la ingeniería geológica, más específicamente en la monitorización y la caracterización hidrogeológica del terreno, y (ii) hacerlo cubriendo aplicaciones tanto cualitativas como cuantitativas a escalas tanto regionales como locales. Estos objetivos se abordan a través de cuatro preguntas. La primera investiga si la resolución espacial y la precisión de la InSAR son suficientes hoy para monitorizar deformaciones del terreno en una escala tan local y en entornos tan cambiantes como obras de ingeniería civil. Aplicada a la deformación del terreno asociada al drenaje de unas obras, la InSAR aporta una visión y una comprensión de los fenómenos observados mucho más completas que las técnicas alternativas más habituales como la nivelación topográfica. Aun así, la nivelación proporciona medidas generalmente más precisas. Así, la combinación de ambas técnicas puede mejorar y aumentar la fiabilidad de la monitorización de obras de ingeniería civil. La segunda pregunta explora si, por su densidad espacial de datos y su precisión, la InSAR es apta para la modelización numérica de deformaciones extensivas del terreno. Los resultados obtenidos gracias a los datos InSAR en la modelización numérica hidromecánica de subsidència regional y a largo plazo relacionada con la sobreexplotación de acuíferos confinados resultan significativamente mejores que los que se obtienen con otras fuentes de datos. En primer lugar, el InSAR puede cubrir toda la extensión del sistema acuífero e identificar diferentes fenómenos de deformación y, en segundo lugar, puede mejorar el diseño de los modelos numéricos y la calibración de los parámetros del suelo, de forma que se consigue una reproducción y una comprensión significativamente mejores de la subsidència observada y se pueden diseñar políticas más adecuadas y efectivas para la planificación territorial y la gestión de recursos hídricos (subterráneos). La tercera pregunta se enfoca a una nueva técnica InSAR: la detección de cambios de coherencia (CCD), un método para detectar y cartografiar, en determinadas condiciones, cambios en la superficie observada. Concretamente, la pregunta es si la coherencia InSAR es capaz de detectar remotamente episodios de transporte de sedimentos por torrentades en zonas de clima árido. La conclusión es que no solo lo es, sino que presenta una capacidad de detección más grande que los datos meteorológicos, a la vez que es mucho más operativa y económica que las campañas de campo. Finalmente, la cuarta pregunta analiza si la coherencia InSAR puede cartografiar estos episodios, con el objetivo de evaluar la incertidumbre que otros factores que también pueden afectar la coherencia introducen en los mapas CCD. La comparación de varios métodos de cartografía con una sensibilidad diferente a cada una de las componentes de los cambios de coherencia muestra que los métodos CCD son capaces de localizar las zonas afectadas por estos fenómenos, a pesar de que las zonas abruptas requieren un análisis detenido y la delimitación precisa de las zonas afectadas continúa presentando cierta incertidumbre.

Tribunal:
     PRESIDENT: CUETO-FELGUEROSO LANDEIRA, LUIS
     SECRETARI: LEDESMA VILLALBA, ALBERTO
     VOCAL: YOSHIOKA, KEITA
Resumen de tesis: La sismicidad inducida por la estimulación hidráulica y la circulación de fluidos es un obstáculo para el desarrollo de los sistemas geotérmicos mejorados (EGS por sus siglas en inglés). La sismicidad registrada ha alcanzado ocasionalmente magnitudes lo suficientemente grandes como para ser percibida por la población local, y en varios casos de EGS los terremotos de mayor magnitud se producen entre pocas horas y varios meses después del cese de las operaciones de inyección. Esta tesis tiene como objetivos i) profundizar en el conocimiento de los procesos que desencadenan esa sismicidad inducida, ii) mejorar las metodologías de previsión y iii) explorar estrategias para mitigar su aparición. El foco se centra especialmente en la sismicidad posterior a la inyección. Como ejemplo de verificación se adopta el bien documentado caso del EGS de Basilea (Suiza).En primer lugar, se realiza la identificación de los mecanismos desencadenantes de la sismicidad en Basilea haciendo uso de un modelo hidromecánico acoplado con un nivel de complejidad creciente. Se compara un dominio elástico atravesado por una zona de falla con un dominio elástico homogéneo para destacar la importancia de las heterogeneidades estructurales en los efectos directos e indirectos (poroelásticos) de la difusión de la presión como mecanismos desencadenantes de la sismicidad. Además, otro modelo hidromecánico se implementa incluyendo una red discreta de fallas, basada en interpretaciones sísmicas. El modelo simula las reactivaciones plásticas de las fallas, y se distinguen los efectos de la difusión de la presión de poro, la tensión poroelástica, la transferencia de tensión por cizalla y el debilitamiento por deslizamiento. sugerirlos resultados de las simulaciones muestran que las fallas situadas en las proximidades del pozo de inyección rompen durante la inyección, provocado principalmente por el aumento de la presión de poro. Al cesar la inyección, la relajación de tensiones poroelástica provoca la ruptura inmediata de las fallas que se estabilizaron durante la inyección. La redistribución de tensiones es también un importante mecanismo desencadenante de la reactivación de fallas distantes tras la inyección. El debilitamiento de la fricción inducido por deslizamiento en fallas amplifica el potencial de estas fallas para reactivarse varias veces durante la inyección y después de su cese.El desarrollo de una metodología de previsión de la sismicidad inducida es el segundo gran logro de esta tesis. El modelo hidromecánico previamente implementado se combina con un modelo de tasa de sismicidad, la ley de Gutenberg-Richter y el modelo de secuencia de réplicas (ETAS por sus siglas en inglés) para cuantificar la magnitud de la sismicidad de los terremotos pronosticados, asociados a los cambios de tensión debidos a la inyección de fluidos. La aplicación de esta metodología híbrida al modelo hidromecánico de fallas discreta de Basilea EGS brinda la oportunidad de explorar los efectos de diferentes estrategias de inyección en el aumento de la permeabilidad de las fallas y la tasa de sismicidad inducida. Un protocolo de inyección constante, seguido de una disminución progresiva de la tasa de inyección, mitiga la sismicidad posterior a la inyección, y sigue aumentando la permeabilidad de las fallas del dominio. La tesis también aborda el debate sobre el cese final de la inyección, comparando los resultados del cierre y la purga del pozo. Los resultados sugieren que el cierre del pozo puede mitigar la sismicidad temprana posterior a la inyección mejor que la purga, pero la difusión de la presión de poros puede desestabilizar las fallas críticamente orientadas del yacimiento durante un período de tiempo más largo.Al proporcionar una mejor comprensión, nuevas metodologías y soluciones prácticas, esta tesis representa un avance sustancial en la mitigación y el control de la sismicidad inducida, especialmente de la posterior al cese de la inyección, en EGS.

Tribunal:
     PRESIDENT: SEVILLA CÁRDENAS, RUBÉN
     SECRETARI: FERNANDEZ MENDEZ, SONIA
     VOCAL: PEROTTO, SIMONA
Resumen de tesis: Las simulaciones de flujos incompresibles son esenciales para numerosas aplicaciones en ciencia e ingeniería, como por ejemplo en el diseño biomédico o la aerodinámica de vehículos. Los métodos tradicionales de volúmenes finitos (FV), como el utilizado en OpenFOAM centrado en celdas (CCFV), requieren mallas de una cierta calidad, siendo especialmente relevante la ortogonalidad de las caras y la distorsión de las celdas. Estas restricciones generan pérdidas de precisión y, por lo tanto, en geometrías complejas, llevan a procedimientos de generación de mallas tediosos y costosos. Esta tesis aborda estas cuestiones desarrollando una metodología de volúmenes finitos centrada en caras (FCFV) para flujos incompresibles laminares, implementada directamente en OpenFOAM.El método FCFV es una variante de bajo orden del método mixto e híbrido de Galerkin discontinuo, conocido por sus siglas en inglés HDG (Hybridizable Discontinuous Galerkin). Esta metodología FCFV muestra convergencia de primer orden para velocidad, presión y gradiente de velocidad sin necesidad de ninguna reconstrucción reduciendo de esta forma la sensibilidad a la malla. Es importante resaltar que el FCFV satisface la condición de Ladyzhenskaya-Babuška-Brezzi (LBB), evitando, a diferencia de la metodología estándar de OpenFOAM, condiciones de contorno no físicas en la presión y el uso obligatorio de métodos de paso fraccionado para cumplir con LBB. Por consiguiente, el FCFV puede emplear formulaciones monolíticas para velocidad-presión.La principal contribución de esta tesis es la integración eficiente de la metodología FCFV en OpenFOAM, ofreciendo una alternativa robusta para geometrías complejas y/o mallas distorsionadas. Se han implementado formulaciones para problemas estacionarios y transitorios. Además, se propone una novedosa formulación de presión híbrida, también de orden bajo y basada en caras, para mejorar la precisión en simulaciones con altos números de Reynolds.Asimismo, se presenta una extensa serie de pruebas y validaciones que se comparan con la metodología estándar de OpenFOAM, demostrando la robustez y precisión de FCFV, especialmente en mallas con falta de ortogonalidad y alta distorsión. Los resultados indican que el FCFV mantiene la convergencia óptima de primer orden y supera a los CCFV estándar en mallas distorsionadas. La metodología FCFV desarrollada ofrece una alternativa valiosa para usuarios de OpenFOAM con geometrías complejas, permitiendo el uso de mallas no estructuradas y estiradas sin sacrificar precisión ni estabilidad.

Tribunal:
     PRESIDENT NO PRESENCIAL: HASSAN, OUBAY
     SECRETARI: HEUZÉ, THOMAS
     VOCAL NO PRESENCIAL: BARLOW, ANDREW JOHN
Resumen de tesis: En el ámbito de la ingeniería asistida por ordenador aplicada a la dinámica rápida de sólidos, se modelizan con eficacia y altafidelidad los intrincados comportamientos mecánicos que muestran los materiales cuando se ven sometidos a fuertes fuerzasdinámicas, impactos a alta velocidad e interacciones complejas. Empleado en campos tan diversos como el aeroespacial, laautomoción o la defensa, entre otros, el principal interés es simular y comprender las respuestas de los sólidos, proporcionandoinformación sobre la propagación de tensiones y los patrones de deformación. Sin embargo, la persecución de objetivos tanambiciosos se enfrenta a limitaciones inherentes: la representación precisa de los comportamientos de los materiales es un retoconstante, y la intrincada interacción entre la precisión de la simulación y la eficiencia computacional exige reflexionesdetalladas. Más concretamente, el paradigma cinemático elegido y la discretización del continuo restringen a menudo los marcosnuméricos en la gama de problemas que pueden simular. Las simulaciones en dinámica rápida de sólidos pueden presentarbloqueos, inestabilidades numéricas, checker-boarding u otras dificultades relacionadas con la naturaleza no lineal de lasecuaciones en juego.Con el objetivo de subsanar las deficiencias mencionadas, esta tesis se basará en el conjunto de ecuaciones desarrollando unanueva formulación mixta basada en ecuaciones hiperbólicas de primer orden y escrita con el punto de vistalagrangiano-euleriano arbitrario. Este enfoque, utilizado aquí para describir cuerpos sólidos, pretende sortear los cuellos debotella de los métodos lagrangiano y euleriano al distinguir el comportamiento de la malla de la evolución del continuo. Además,un aspecto intuitivo del método ALE consiste en hacer que la malla se mueva de manera que se reduzcan las grandesdistorsiones (ventaja numérica), manteniendo al mismo tiempo una representación del comportamiento físico del materialcomparable o superior a los resultados obtenidos con las metodologías clásicas (mejor resultado de la simulación). Unacaracterística clave será la presentación de un marco computacional ALE en el que el movimiento de la malla se basa en una leyde conservación, por lo que la geometría se actualiza automáticamente sin necesidad de un procedimiento ad hoc.Se utilizará un solucionador acústico de Riemann basado en la estabilización upwinding, así como una reconstrucción degradiente lineal, para contrarrestar las inestabilidades provocadas por el método de volumen finito centrado en vérticesempleado en el marco, y para mejorar la precisión global. Las leyes de endurecimiento no lineales se resolverán mediante unalgoritmo Newton-Raphson. El nuevo marco introducido en este trabajo se implementará desde cero en la plataforma de códigoabierto OpenFOAM, una herramienta de elección en entornos industriales y académicos. La integración temporal se abordarámediante el método Runge-Kutta de Variación Total Disminuyente multietapa. Finalmente, se examinará la robustez y precisióndel nuevo marco computacional a través de una serie de desafiantes ejemplos numéricos que incluyen complejas deformacionesde cuerpos, así como consideraciones plásticas y térmicas.

Tribunal:
     PRESIDENT: SOLÉ, AURELIA
     SECRETARI: DE MEDINA IGLESIAS, VICENTE CÉSAR
     VOCAL: LA ROCCA, MICHELE
Resumen de tesis: Este estudio investiga los procesos hidrológicos de la cuenca del río Magdalena en Colombia, examinando la interacción entre los impulsores climáticos y los inducidos por el ser humano. El estudio examina tres factores principales: la influencia de las operaciones de los embalses, las consecuencias del cambio climático y la interacción con los hábitats de humedales aguas abajo.Inicialmente, el estudio examina los efectos de muchos factores en el flujo de agua aguas abajo del río Magdalena. Determina que los eventos de El Niño Oscilación del Sur (ENOS) son una fuerza natural que influye en el clima, mientras que la evaporación de la red de embalses es un factor causado por el ser humano. Los hallazgos sugieren un declive en el caudal medio, el volumen y el caudal máximo, junto con un aumento en la evaporación y el caudal mínimo, especialmente durante episodios de ENOS positivos.La investigación examina el vínculo hidrológico entre el río Magdalena y la Ciénaga Grande de Santa Marta (CGSM) tratando toda la ciénaga como una única entidad. Este análisis identifica rangos de umbrales específicos donde el flujo desde el río Magdalena hacia el CGSM se vuelve incierto. Se enfatiza la sensibilidad de los hábitats aguas abajo, especialmente los humedales, a los cambios en los aportes de flujo.El estudio utiliza modelos de redes neuronales LSTM para estimar los patrones de flujo del río en la estación de medición de Calamar. Los modelos muestran un alto nivel de precisión en la predicción del flujo del río. Sin embargo, surgen discrepancias entre los modelos que se basan únicamente en datos de estaciones de medición y aquellos que integran datos de evaporación de embalses. Además, el estudio evalúa la influencia del aumento de las temperaturas en las predicciones del flujo del río, descubriendo una clara correlación entre el aumento de temperatura y las tasas de evaporación, lo que tiene consecuencias significativas para las predicciones hidrológicas.En última instancia, esta investigación proporciona una visión del complejo entrelazamiento entre las actividades humanas y las influencias relacionadas con el clima en la hidrología de la cuenca del río Magdalena. El estudio examina las dificultades y consecuencias de incorporar aspectos relacionados con el clima en la modelización hidrológica. Su objetivo es contribuir al avance de estrategias de gestión de recursos hídricos adaptativos, específicamente en la reducción de los efectos negativos en los ecosistemas de humedales aguas abajo.

Tribunal:
     PRESIDENT: MENENDEZ, MONICA
     SECRETARI: RIBAS VILA, IMMACULADA
     VOCAL: SIMONI, MICHELE
Resumen de tesis: A medida que la mejora de las operaciones logísticas de última milla se convierte en un reto cada vez más importante para nuestras ciudades, tanto económica como medioambientalmente, una amplia muestra de nuevas tecnologías y esquemas de distribución innovadores están actualmente implementados por empresas logísticas y analizados por la comunidad científica. Más allá del necesario cambio en las tecnologías de propulsión, desde los vehículos con motor de combustión interna hacia los modelos eléctricos, se necesitan estrategias de reparto y tipologías de flota más eficientes. Esto es especialmente flagrante en el mercado de la mensajería, el correo urgente y la paquetería, que se ha disparado en los últimos años y es fuente de muchas ineficiencias.En este contexto, las redes de distribución multinivel aparecen como potenciales soluciones. En estos sistemas, el trayecto de la mercancía se divide en dos partes, primero desde el centro de distribución del transportista hasta una red de microhubs urbanos y después hasta su destino final. No obstante, aunque se reduzcan los kilómetros totales recorridos y el impacto medioambiental sea menor, estas entregas binivel con bicicletas, que es el modelo más común en la actualidad, pueden suponer más costes de operación para las empresas logísticas que las entregas convencionales con furgonetas, debido a la mayor complejidad de los procesos logísticos y a los mayores costes de infraestructura. Además, las bicicletas tienen una menor capacidad, lo que afecta a su eficiencia operativa, ya que se necesitan más rutas de reparto, y conlleva un aumento de la flota de vehículos.Para hacer económicamente sostenibles los esquemas de entrega multinivel, que eventualmente llevarán a despliegues a gran escala, los vehículos autónomos, tanto los terrestres como los drones aéreos, parecen ser soluciones prometedoras con el potencial de reducir los costes operativos de entrega y, al mismo tiempo, el impacto ambiental. Sin embargo, los beneficios exactos de los vehículos autónomos, junto con otras tecnologías, como las taquillas inteligentes, aún deben evaluarse a gran escala y desde un punto de vista holístico, más allá de las consideraciones puramente operativas.Como consecuencia, en esta tesis doctoral, construimos un marco de evaluación completo para las tecnologías autónomas en el contexto de la logística urbana, desde la planificación hasta el despliegue operativo. Nuestra metodología combina técnicas de aproximación continua y procedimientos de optimización discreta para abordar de manera eficiente el problema de enrutamiento de vehículos de múltiples viajes con ventanas temporales y restricciones de capacidad de la batería.Más concretamente, se construyen distintos modelos logísticos parsimoniosos que incluyen el uso de drones aéreos, robots terrestres y taquillas, teniendo en cuenta las características de estas distintas flotas. Además, se realiza un análisis exhaustivo del ciclo de vida de estas tecnologías para cuantificar su impacto medioambiental. Finalmente, se evalúan estos diferentes modelos logísticos a escala europea y se integran con métodos de optimización discreta para ofrecer una visión holística de la logística de última milla con estos dispositivos.Esta tesis doctoral ayudará a los profesionales, investigadores y autoridades públicas a comprender los principales retos que plantean las tecnologías autónomas, aparte de los aspectos sociales y normativos, que no se tienen en cuenta en este trabajo. Los resultados obtenidos son alentadores, ya que la combinación de una red de microhubs con robots terrestres autónomos tiene el potencial de reducir los costes logísticos de la ciudad en torno a un 20% en condiciones adecuadas. Por último, también podrían reducirse las externalidades, pero habría que prestar especial atención a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de la producción de los vehículos autónomos, para minimizar su impacto ambiental.

Tribunal:
     PRESIDENT: GONZALEZ-AREGALL, MARTA
     SECRETARI: MARTÍNEZ DÍAZ, MARGARITA
     VOCAL: CHEN, GANG
Resumen de tesis: En esta tesis, se investiga los retos y oportunidades de los puertos y el transporte marítimo chinos desde múltiples perspectivas, es decir, los retos entre los puertos en el trasfondo del Great Bay Area (GBA), los retos de las nuevas rutas comerciales en el patrón de navegación tradicional, las oportunidades del transporte marítimo tradicional en la era dominante del transporte terrestre y los retos del transporte marítimo en el ámbito del tráfico portuario.Hong Kong, que es uno de los mayores centros comerciales del mundo y una vez el puerto líder de la GBA, ha experimentado un descenso continuo en los últimos años y ha sido sucesivamente superado por otros dos puertos de GBA (es decir, Shenzhen y Guangzhou). El capítulo 2 explora la concentración, la desigualdad y la competencia del sistema multipuerto GBA durante el período 1972-2020. Los resultados indican que: 1) Hong Kong ha sido testigo de toda una evolución de la ola de tipo K, y 2) la evolución del sistema multipuerto GBA es el resultado de las etapas de desarrollo asíncrono de distintos puertos; 3) la pérdida del período de oportunidad de 2000-2008, la transferencia de capital desde Hong Kong y la política de "apertura" china son las causas directas, subyacentes y raíz de esta evolución; 4) Un sistema multipuerto de tres hubs ha ido tomando forma gradualmente en la GBA finalmente, en la que Hong Kong es el segundo clasificado después de Shenzhen y Guangzhou. La perspectiva del puerto de Hong Kong no sería optimista y podría esperarse un impacto negativo de Guangzhou en Hong Kong en un futuro cercano.El ferrocarril transasiático recientemente inaugurado ofrece oportunidades para la logística comercial entre China y ASEAN. El capítulo 3 selecciona seis factores, incluidos el coste, el tiempo, el volumen de transporte, la fiabilidad, la seguridad y el respeto al medio ambiente para investigar el impacto en la logística del comercio entre China y ASEAN. Los resultados indican que el transporte marítimo-terrestre (0,787) sigue siendo la mejor opción; la carretera Kunming-Bangkok (0,452) quedó en segundo lugar, seguida del nuevo ferrocarril transasiático (0,431); La carretera Nanning-Bangkok (0,373) ocupa el penúltimo lugar, siendo el servicio de transporte fluvial-terrestre (0,249) el último recurso. En este sentido, el ferrocarril transasiático recientemente inaugurado influiría en el actual patrón de la logística sino-tailandesa hasta cierto punto.El capítulo 4 investiga la elección del modo de viaje de los pasajeros entre dos escenarios distintos (es decir, el transporte marítimo de corta distancia (SSS) y el transporte por carretera) y también examina los factores que influyen en la elección del modo de viaje con un cuestionario anónimo basado en la encuesta de preferencias estatales. Los modelos basados en Logit se utilizan para estimar los determinantes de la elección del modo. Los resultados sugieren que los pasajeros que eligen SSS prestan mayor atención a la comodidad del viaje, mientras que los que eligen el transporte por carretera están más preocupados por el coste del viaje.La ruta de los barcos se adoptó por vez primera para reducir el riesgo de colisiones de barcos y promover la eficiencia del tráfico marítimo. En esta contribución, se propone un método de evaluación cuantitativa basado en el coeficiente de Gini para evaluar el riesgo de colisión de barcos en las aguas de ruta de los buques. Este método se aplica en el puerto de Ningbo Zhoushan (NZP), el coeficiente de Gini del recorrido sobre el suelo (COG) para cada tramo se calcula con los datos históricos del sistema de identificación automática (AIS) y después se aplica un algoritmo de agrupación jerárquica (HCA). De los 28 tramos de las aguas de ruta de los barcos en NZP 5 se encuentran en niveles de riesgo. Los resultados muestran que: las PA 4 y 7 son zonas de alto riesgo y las PA 1 y 2 son zonas de riesgo medio-alto.

Tribunal:
     PRESIDENT: CREMONESI, MASSIMILIANO
     SECRETARI: BONET CARBONELL, JAVIER
     VOCAL: WU, WEI
Resumen de tesis: Los materiales granulares, que abarcan desde suelos y granos alimenticios hasta agregados de construcción y polvos farmacéuticos, son comunes tanto en contextos naturales como industriales. Su complejo comportamiento físico, que puede exhibir tanto propiedades de sólido como de fluido, dependiendo de varios factores externos e internos, surge de su composición discreta, caracterizada por interacciones intrincadas entre partículas. Esta complejidad se ve amplificada por los efectos térmicos, lo que explica las lagunas actuales en la comprensión exhaustiva de la termomecánica de los materiales granulares. Esta tesis explora el comportamiento termomecánico de los medios granulares desde diferentes perspectivas, tanto numéricas como experimentales. En particular, a lo largo de la investigación se abordan dos efectos térmicos clave: la generación de calor a partir de la disipación de energía mecánica y la expansión térmica en sistemas confinados. En los experimentos físicos, el fenómeno de generación de calor se estudia para operaciones de mezcla granular utilizando dos dispositivos industriales ampliamente utilizados: un tambor rotatorio y un mezclador de palas. En ambos dispositivos, se mide el aumento de temperatura de los flujos granulares bajo diversas condiciones operativas. En cuanto a las investigaciones numéricas, se desarrollan dos enfoques. Se utiliza un marco eficiente del Método de Elementos Discretos (DEM) para investigar los mecanismos de generación de calor y proporcionar conocimientos sobre el comportamiento termomecánico de los flujos granulares. Además, se desarrolla un novedoso marco numérico multiescala, que acopla métodos continuos y discretos a través de un modelo de sustitución basado en aprendizaje automático, para simular de manera eficiente la expansión térmica en medios granulares confinados. En ambas estrategias, el objetivo subyacente es reducir el alto costo computacional de la simulación de medios granulares, permitiendo análisis a gran escala tanto en términos de tiempo como de espacio.

Tribunal:
     PRESIDENT: HASSAN, OUBAY
     SECRETARI: NOGUEIRA GAREA, XESÚS ANTÓN
     VOCAL: CARDIFF, PHILIP
Resumen de tesis: Simulaciones de flujos incomprensibles laminares y turbulentos eficientes, robustas y precisas son esenciales en muchos problemas que se presentan en ciencia e ingeniería. Estrategias numéricas de bajo orden, es decir, los métodos de volúmenes finitos (FV) basados en celdas y en vértices, siguen siendo los más habituales en la dinámica de fluidos computacional (CFD). Esto es especialmente frecuente en entornos industriales porque los métodos de FV son bastante robustos y tienen un buen equilibrio entre coste computacional y precisión. Sin embargo, estos métodos presentan todavía importantes retos como por ejemplo, la estabilización de los flujos dominados por convección, la incompresibilidad por las aproximaciones en velocidad-presión o la reconstrucción de los flujos numéricos en mallas no perfectamente ortogonales.El método de volúmenes finitos centrados en caras (FCFV) es una alternativa a los métodos FV estándares. Derivado de una formulación mixta del método de Galerkin discontinuo, el FCFV evita la reconstrucción de los flujos en las caras de las celdas, haciendo que su precisión y convergencia sean prácticamente insensibles a la calidad de la malla. Además, satisface la condición de Ladyzhenskaya-Babuška-Brezzi (LBB) sin necesidad de un tratamiento especial para el acoplamiento velocidad-presión.Esta tesis presenta por primera vez la aplicación del método FCFV para la simulación de flujos incomprensibles laminares y turbulentos. La formulación se basa en las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) acopladas con el modelo negativo de Spalart-Allmaras (SA). También, se proponen tres nuevas técnicas de estabilización de la convección inspiradas en métodos numéricos diseñados para resolver el problema de Riemann, junto con estrategias de solución monolíticas o fraccionadas para el sistema RANS-SA, además de dos estrategias de relajación para avanzar en pseudo-tiempo. Asimismo, se introduce una nueva formulación con presión híbrida para mejorar la precisión del método FCFV en simulaciones de flujo laminar, enriqueciendo el espacio de presión mediante condiciones de incompresibilidad relajadas. Tanto el FCFV como el método de presión híbrida logran una convergencia de primer orden en la velocidad, en el tensor gradiente de velocidad y en la presión. Esto permite determinar con precisión cantidades de interés habituales en ingeniería como es la resistencia de fricción del fluido, fundamental para el arrastre y la sustentación, tanto en mallas estructuradas como no estructuradas. Al evitar la reconstrucción de gradientes, estos métodos son menos sensibles a la calidad de la malla, incluso en mallas muy distorsionadas. Ejemplos numéricos, tanto laminares como turbulentos, así como estacionarios o transitorios permiten evaluar el funcionamiento, la precisión y la robustez de las metodologías propuestas. Estos métodos, que se han implementado en Fortran 90, sientan las bases para la incorporación de las técnicas FCFV en la comunidad de CFD. El trabajo concluye con una discusión detallada sobre la implementación del código FCFV en Fortran 90.

Tribunal:
     PRESIDENT NO PRESENCIAL: MASSING, ANDRÉ
     SECRETARI: BAIGES AZNAR, JOAN
     VOCAL: COLOMÉS GENÉ, JOSEP ORIOL
Resumen de tesis: Esta tesis cubre el desarrollo de métodos numéricos a gran escala para la simulación de ecuaciones con derivadas parciales en geometrías arbitrariamente complejas. La aplicación de esta tesis está orientada a la simulación estructural de edificios e infraestructuras civiles, en las cuales las demandas estéticas y de ligereza aumentan la complejidad de las geometrías. En estas aplicaciones, la experimentación empírica no es factible durante el proceso de diseño. Por lo tanto, se confía en simulaciones numéricas para predecir el comportamiento de estas estructuras sometidas a cargas realistas, e.g., efectos del viento que se complican con la sofisticación de la geometría. Las herramientas de simulación actuales se basan en mallas no estructuradas adaptadas a la geometría. La creación de mallas no estructuradas es un proceso demandante que requiere la intervención humana. Además, los métodos de mallas adaptadas a la geometría no pueden explotar los recursos computacionales de alto rendimiento modernos de manera eficiente.El objetivo principal de esta tesis es el diseño de nuevas herramientas para simular rápidamente, esmerada y automática ecuaciones con derivadas parciales sobre geometrías definidas por diseño asistido por ordenador. Por este motivo, se busca un sistema que combina (1) un proceso automático desde el diseño asistido por ordenador hasta el análisis de elementos finitos, (2) una nueva formulación espacio-tiempo para geometrías en movimiento, y (3) una implementación escalable para explotar recursos computacionales de alto rendimiento. Los desarrollos están accesibles mediante software de código abierto dentro del ecosistema Gridap y del paquete FEMPAR (escritos Julia y Fortran, respectivamente).Las contribuciones de esta tesis incrementan la funcionalidad de los métodos de elementos finitos embebidos ("immersed", "embeddedd" o "unfitted" en inglés) respecto al estado del arte. Estos métodos utilizan mallas de fondos estructuradas para resolver ecuaciones con derivadas parciales en dominios complejos. En la literatura, estos dominios se representan implícitamente por conjuntos de nivel. Para abordar esta limitación, (1) se ha desarrollado un algoritmo robusto que resuelve problemas en dominios descritos por representaciones de contorno lineales. Este algoritmo se basa en algoritmos robustos para recortar poliedros. Se ha testado el algoritmo con todas las geometrías (ficheros STL) analizables del recurso Thingi10k (casi 5.000). Se ha ampliado el algoritmo para representaciones de contorno de alto orden. En esta extensión, se usan las bases de Bernstein-*Bézier y algoritmos de búsqueda de raíces multivariables. Se ha validado el método mediante referencias analíticas y geometrías reales creadas con herramientas de diseño asistido por ordenador.A continuación, (2) se ha formulado un marco de elementos finitos embebido y espacio-tiempo para geometrías explícitas que se mueven. En esta formulación, se utilizan mallas espaciales para evitar la necesidad de algoritmos geométricos en 4D. En cambio, se ha desarrollado un método de transferencia de valores iniciales a las rebanadas temporales. Los resultados coinciden con el análisis matemático y con los experimentos numéricos externos. Así mismo, se ha demostrado la aplicabilidad a problemas de fluidos con geometrías complejas (2D y 3D) en rotación.Finalmente, (3) se ha propuesto la aceleración de los métodos de esta tesis a través de algoritmos altamente escalables. Estos algoritmos abordan cuellos de botella de la paralelización de los algoritmos de intersección. Se ha demostrado la escalabilidad de estos algoritmos con más de mil millones de celdas y 12.000 procesadores. Por añadidura, se pueden combinar estos algoritmos con técnicas de adaptación de malla para reducir, todavía más, el coste computacional. Estas herramientas proporcionan los medios para acelerar el proceso de diseño a simulación incrementando la fidelidad de los resultados.

Tribunal:
     PRESIDENT: LEHMKUHL BARBA, ORIOL
     SECRETARI: MARTINEZ FRUTOS, JESUS
     VOCAL NO PRESENCIAL: RICCHIUTO, MARIO
Resumen de tesis: Esta tesis se centra en el desarrollo de métodos numéricos para la solución de problemas de optimización de forma bajo incertidumbres, para cuerpos bajo la acción de fuerzas aerodinámicas. La solución del flujo se realiza con métodos de elementos finitos utilizando las hipótesis de flujo potencial con geometrías embebidas, donde la geometría se define de manera implícita. El problema de optimización se resuelve combinando distintas herramientas de paquetes de software para obtener la solución del flujo, avanzar en el bucle de optimización y cuantificar las incertidumbres. La primera contribución de la tesis es el desarrollo de un enfoque totalmente embebido para la solución del flujo potencial. Dado que el flujo potencial asume la hipótesis de que el flujo no es viscoso, la solución de este tipo de problemas requiere la definición de una discontinuidad en el dominio para poder modelar la sustentación que genera le geometría, que se corresponde con la estela generada por el cuerpo. En base a trabajos previos donde la discontinuidad se define en el dominio de manera implícita, este trabajo también considera la geometría como un cuerpo embebido. Para asegurar una buena representación de la geometría, la malla se refina con métodos adaptativos. La condición de Kutta se fuerza con términos numéricos. El método se ha validado para dos y tres dimensiones para flujos tanto subsónicos como transónicos utilizando distintos resultados de referencia. Otra de las contribuciones de la tesis es el desarrollo del problema adjunto para el flujo subsónico potencial con geometrías embebidas en dos dimensiones, con tal de obtener las sensitividades de una función objetivo que depende de la solución del flujo potencial. Cada coordenada que define el cuerpo de estudio se considera un parámetro de diseño en el problema adjunto. Las sensitividades respecto a los parámetros de diseño se validan con las sensitividades obtenidas por diferencias finitas. Con estas sensitividades, se resuelve un problema de optimización de forma, donde el coeficiente de sustentación se maximiza con una serie de restricciones geométricas. El problema de optimización con geometrías embebidas se extiende para la consideración de incertidumbres en las condiciones de entrada del problema. El problema se reformula tras elegir una medida de riesgo que se desea minimizar. Las sensitividades del problema adjunto se adaptan para el problema estocástico, donde se considera la contribución de la medida de riesgo seleccionada, el Conditional Value-at-risk. La estimación de la medida de riesgo se realiza gracias a una librería externa para la cuantificación de incertidumbres, utilizando un novedosos método de Monte Carlo para estimar el Conditional Value-at-risk. El caso estocástico se resuelve en un superordenador, donde para cada paso del problema de optimización se despliega toda una jerarquía de muestras de Monte Carlo para estimar la función objetivo y sus gradientes.

Tribunal:
     PRESIDENT: AURICCHIO, FERDINANDO
     SECRETARI: CAICEDO SILVA, MANUEL ALEJANDRO
     VOCAL: DOMINGO-ESPIN, MIQUEL
Resumen de tesis: La presente tesis busca comprender y optimizar los componentes fabricados mediante Manufactura Aditiva (MA) a través de simulaciones computacionales multiescala.Los objetivos principales del trabajo son: (1) desarrollar un modelo de material ortótropo multiescala adaptado para componentes de Fabricación por Filamento Fundido (FFF), (2) formular una estrategia de optimización del rendimiento mecánico de las piezas FFF, y (3) caracterizar, modelar y validar los mecanismos de fallo de dichas piezas.Para abordar el primer objetivo, se construye un modelo de material ortótropo basado en los diferentes patrones de impresión existentes en piezas FFF dentro del marco del análisis multiescala. Este modelo considera las complejas interacciones a escala de filamento y componente FFF, proporcionando una modelización representativa del comportamiento del material. El hecho de considerar ambas escalas permite al modelo adquirir una comprensión completa de la respuesta mecánica de las piezas FFF, su rendimiento y sus modos de fallo.El segundo objetivo se centra en la optimización del rendimiento mecánico de las piezas FFF. Aprovechando el modelo multiescala desarrollado, se formula una estrategia de optimización basada en un algoritmo estadístico y un criterio de fallo ortótropo. Se aborda también la estrategia de generación del dominio computacional, analizando enfoques diferentes y utilizando una estrategia de adaptividad de malla (AMR) para reducir el costo computacional de las simulaciones. Esta metodología se integra completamente en el flujo de trabajo de MA.El objetivo final implica la caracterización y el modelado de los diferentes mecanismos de fallo presentes en las piezas FFF. Se identifican los distintos modos de fallo exhibidos por las piezas FFF para cada patrón de impresión, y se desarrolla un criterio de daño basado en los mecanismos de fallo (MB) de los mismos. Además, se presenta y valida mediante pruebas experimentales un modelo de fractura MB que considera la fragilidad ortótropa de las piezas FFF.La motivación principal de esta tesis es reducir la dependencia de la caracterización y modelización del comportamiento mecánico de las piezas FFF con los procedimientos experimentals, mediante simulaciones multiescala de alta fidelidad y bajo coste computacional. Los resultados de este estudio buscan mejorar las actuales directrices de Diseño para Manufactura Aditiva (DfMA).

Tribunal:
     PRESIDENT NO PRESENCIAL: KARPYN, ZULEIMA
     SECRETARI: VAUNAT, JEAN
     VOCAL: ASENSIO SÁNCHEZ, LAURA
Resumen de tesis: El almacenamiento geológico de carbono (AGC) es muy prometedor para mitigar las emisiones atmosféricas de CO2, por lo que la capacidad de sellado de las rocas madre es fundamental a medida que se amplía el almacenamiento. A pesar de las excelentes capacidades de sellado observadas en muestras de roca intacta en experimentos de laboratorio, la presencia de discontinuidades como planos de estratificación, fracturas y fallas en aplicaciones a escala de campo plantea retos de monitorización. El objetivo de esta tesis es desarrollar una metodología para caracterizar posibles emplazamientos geoenergéticos con bajas emisiones de carbono en varias escalas espaciotemporales, desde milímetros y nanosegundos hasta kilómetros y décadas.La tesis emplea un enfoque multiescala, comenzando con investigaciones a gran escala y avanzando hacia laboratorios de rocas subterráneas in situ e investigaciones de laboratorio. La fase inicial explora cuatro soluciones analíticas de la difusión de la presión de poros con fuentes periódicas para permitir la interpretación en tiempo real de los datos in situ. Las comparaciones con las soluciones numéricas, que incorporan la deformación del yacimiento debida a las ondas de presión, revelan resultados coherentes cuando se mantienen supuestos idénticos. A pesar de los distintos patrones de propagación de las ondas en función de la aplicación (almacenamiento de energía, inyección de líquidos en esquistos y estimulación de sistemas geotérmicos mejorados), los errores se mantienen por debajo del 3% para las variaciones de la tensión media efectiva en todos los casos. Este enfoque permite reaccionar con rapidez ante imprevistos, lo que es crucial para la toma de decisiones en tiempo real.La fase siguiente consiste en simulaciones hidromecánicas acopladas por deformación plana de la inyección periódica de CO2 durante 20 años, simulando el experimento CO2LPIE en el Laboratorio Subterráneo de Rocas de Mont Terri. Los resultados ponen de relieve el comportamiento anisótropo del material, que influye en los cambios de presión de poro y las variaciones de tensión a lo largo de los planos de estratificación. Los efectos capilares en los poros a nanoescala impiden la penetración de CO2 en la arcilla Opalinus, provocando su disolución en la salmuera residente. Las oscilaciones de la presión de poro impuestas en el pozo de inyección se atenúan en decenas de centímetros, lo que subraya la necesidad de disponer de pozos de monitorización estrechamente situados para observar la señal periódica.Por último, un modelo numérico en 3D simula la inyección de agua en un espécimen fracturado de arcilla Opalinus, teniendo en cuenta la geometría de la fractura con cambios de apertura dependientes de la tensión. El modelo revela una amplitud de magnitud de nueve órdenes en la permeabilidad de la fractura, lo que repercute en el flujo de fluidos dentro del espécimen de roca. Para lograr el mejor ajuste con los resultados experimentales es necesario incorporar una rigidez normal natural de la fractura que oscila entre 18,7 MPa/mm con tensiones medias efectivas más bajas y 187,2 MPa/mm con confinamientos más altos. Esto subraya la importancia de definir los parámetros hidromecánicos de las fracturas en condiciones realistas.

Tribunal:
     PRESIDENT: BALAIRON PÉREZ, LUIS
     SECRETARI: SANCHEZ JUNY, MARTI
     VOCAL: BERMÚDEZ PITA, MARÍA
Resumen de tesis: La clasificación de presas y balsas en función del riesgo potencial implica la identificación de posibles daños en caso de fallo estructural, y es una herramienta crucial para la implementación de planes de emergencia para la reducción de riesgos a nivel local. En consecuencia, las administraciones nacionales han desarrollado directrices que incluyen metodologías y herramientas sugeridas para llevar a cabo dicho análisis.Con la modificación del Reglamento del Dominio Público Hidráulico español (Real Decreto 849/1986, de 11 de abril), llevada a cabo a través del Real Decreto 9/2008, de 11 de enero, obliga a los propietarios de balsas con una altura de 5 metros o un volumen mayor a 100.000 m3, ya sean públicos o privados, a desarrollar un estudio de clasificación basado en el riesgo potencial (Artículos 356 y 367). Esto representó un cambio de paradigma significativo, ya que bajo la regulación anterior, dicho estudio solo era requerido para presas que excedieran los 15 m de altura o aquellas con una altura entre 10 y 15 m y una capacidad superior a 100.000 m3.Realizar un estudio de clasificación requiere una alta inversión de tiempo y recursos económicos, los cuales, en muchos casos, los dueños de balsas pueden no tener disponibles. Por lo tanto, esta investigación propone una metodología simplificada para clasificar balsas, utilizando un modelo de Machine Learning, que es más sencillo y tiene un costo computacional menor que los métodos convencionales. Además, se presenta un análisis de la influencia de dos fuentes de incertidumbre en la clasificación de las balsas.Esta investigación se basa en datos sintéticos. Se desarrolló una herramienta especializada en Iber que permite generar modelos hidráulicos masivos en 2D de fallos de balsas con geometría sintética, automatizando todos los procesos de construcción, cálculo y extracción de resultados.El primer análisis se centró en la influencia de seleccionar un modelo paramétrico para calcular la geometría de la brecha sobre las variables hidráulicas, los posibles bienes en riesgo y la clasificación de las balsas. Se compararon tres modelos paramétricos comunes, utilizando un conjunto de casos sintéticos y una balsa real. Los resultados destacaron que la elección del modelo tiene efectos significativos. En particular, la erodabilidad del dique ejerce una alta influencia, superando la del modo de fallo.El modelo de ML utilizado para la metodología simplificada fue un clasificador Random Forest, capaz de identificar si un bien está en riesgo en cualquier punto cercano a una balsa. Este modelo fue entrenado con datos sintéticos, ofreciendo una estimación de las posibles áreas en riesgo al considerar las características físicas de la estructura y el terreno circundante. La metodología simplificada permite a los dueños y a la administración obtener una preclasificación sin necesidad de realizar un modelo hidráulico en 2D, lo que ahorra tiempo y dinero.Además, se desarrolló una interfaz llamada ACROPOLIS, integrando el modelo de ML. Los usuarios pueden aplicar la metodología simplificada de manera sencilla a través de ACROPOLIS, que los guía paso a paso, proporcionando la clasificación general del embalse fuera de cauce según la normativa española.Finalmente, se realizó una integración del análisis de las incertidumbres relacionadas con la formación y ubicación de brechas . Esto implicó una comparación entre el enfoque determinista actual y un nuevo enfoque de cuatro pasos que tiene en cuenta las incertidumbres en la construcción de mapas de peligros. El estudio reveló variaciones en las clasificaciones entre escenarios, ya que diferentes puntos de ruptura y formaciones de brechas generan clasificaciones diversas que pueden afectar los planes de emergencia. Además, la visualización propuesta puede usarse para diversos fines, , incluido el seguimiento de la evolución de la categorización a lo largo del tiempo debido a los cambios en el uso del suelo.