Resumen de Thermomechanical modelling of ground response under environmental actions.
Desastres naturales, tales como el desencadenamiento de deslizamientos, deformación en macizos rocosos y fisuración de suelos en presencia de cambio de temperatura y otros fenómenos relacionados a acciones climáticas, evidencian la importancia de investigar los efectos de las interacciones entre la atmosfera y la superficie de la tierra, donde se desarrollan las principales actividades humanas.
La predicción de tales deslizamientos requiere un conocimiento adecuado de los cambios de las condiciones hidrogeológicas bajo acciones climáticas. Con este fin es necesario disponer de modelos constitutivos avanzados capaces de predecir la respuesta termo-hidro-mecánica de suelos naturales en condiciones parcialmente saturadas y no isotérmicas.
El objeto de esta tesis es el modelado de las interacciones suelo-atmósfera y su aplicación a diversos problemas geotécnicos. Las interacciones suelo-atmosfera contemplan el intercambio de calor y masa (aire, agua). Ellas has sido modeladas siguiendo el enfoque propuesto por Noilhan (1988) que incluye flujos de evaporación y transpiración, el calor sensible intercambiado, la radiación neta y el calor de convección debido a flujos aire y agua. El modelado de estas interacciones se integra dentro de un estudio termodinámico del comportamiento del medio poroso no saturado con tal de proveer un entendimiento general del problema abordado. Un código termo-hidro-mecánico provisto con una condición de contorno específica para el intercambio de calor y masa entre el suelo y la atmosfera ha sido mejorado, en particular un modulo para modelar la transpiración de acuerdo a las características de la vegetación ha sido añadido.
El modelo de interacción suelo-vegetación-atmosfera ha sido acoplado con modelos termo-hidro-mecánicos en el marco de un código de elementos finitos. A fin de asegurar buenas características computacionales, los modelos han sido desarrollados desde marcos generales de la poro-mecánica y la hiperplasticidad para medios geológicos saturados, parcialmente saturados y no-isotérmicos e implementados usando algoritmos modernos basados en técnicas de optimización como algoritmos de punto-interior.
El estudio de varios casos ha sido llevado a cabo con el modelo propuesto, todos ellos validados con datos de campo. Incluyendo: (a) el cambio del contenido de humedad en un campo experimental del servicio Meteorológico Nacional en Francia, (b) la respuesta de una fundación de una capa limo-arcillosa colapsable y (c) la estabilidad de un acantilado ubicado en Roque Gageac - Francia. Los resultados muestran la habilidad del modelo para representar adecuadamente los intercambios de agua y calor entre el suelo y la atmosfera y superar satisfactoriamente problemas complejos de modelación tales como la falla por tracción debido a gradientes de temperatura y zonas plásticas bajo fundación. Se presentan conclusiones prácticas a cerca de la capacidad de carga de una fundación sobre una capa de suelo parcialmente saturada y la estabilidad de un bloque de roca interpretado como una viga voladizo sometida a acciones climáticas.
