Tesis:
Análisis y modelización de fenómenos acoplados termo-hidro-mecánicos en medio fracturado
- Autor: CAÑAMON VALERA, Israel
- Título: Análisis y modelización de fenómenos acoplados termo-hidro-mecánicos en medio fracturado
- Fecha: 2006
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE MINAS
- Departamentos: MATEMATICA APLICADA Y METODOS INFORMATICOS
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/437/
- Director/a 1º: ELORZA TENREIRO, Francisco Javier
- Director/a 2º: ABABOU, Rachid
- Resumen: Esta tesis doctoral surge como resultado de un convenio de cotutela en el marco de un acuerdo bilateral entre la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT). Trata un asunto de interés tanto nacional como intemaciona1. como es el almacenamiento de residuos radiactivos en almacenamientos geológicos profundos de tipo granítico. El presente trabajo se ocupa, en concreto, de los aspectos hidrogeológicos en el campo cercano, en los que los fenómenos de transporte de calor y de masa son predominantes. La primera parte de la tesis se ocupa del análisis de series temporales (presiones, humedades relativas, temperaturas, etc.) en un sistema multibarrera a escala de unos metros -el ensayo "en Maqueta" del proyecto FEBEX, llevado a cabo en las instalaciones del CIEMA T .Más de 500 series temporales son caracterizadas mediante técnicas de análisis estadístico en los dominios espacial, temporal y de frecuencia / escala. Se analiza la evolución temporal y las correlaciones entre los distintos fenómenos físicos a lo largo del ensayo, así como el comportamiento y la fiabilidad de los sensores. La segunda parte de la tesis desarrolla la modelización tridimensional de fenómenos acoplados Termo-Hidro- Mecánicos (THM) en medios porosos fracturados, en este caso a escala de la centena de metros, a partir de los datos del experimento "In-situ" del proyecto FEBEX, llevado a cabo en el Laboratorio Subterráneo de Grimsel en los alpes suizos. En una primera etapa se realiza la reconstrucción de la red de fracturas en tres dimensiones mediante una simulación de Montecarlo, que tiene en cuenta los estudios geomorfológicos llevados a cabo alrededor de la galería FEBEX mediante un algoritmo de optimización. Esta simulación es capaz de reproducir la distribución heterogénea de trazas observada en el muro de la galería cilíndrica con precisión. En una segunda etapa, se desarrolla una extensión del método de superposición de [5] para estimar la permeabilidad equivalente de múltiples bloques fracturados para el caso en el que la permeabilidad de la matriz rocosa no es despreciable (la permeabilidad de la matriz rocosa puede también incluir el efecto de una microfisuración). Cuando el flujo a través de la red de fracturas se complementa con una permeabilidad en la matriz rocosa, es posible evitar las correcciones empíricas basadas en la conectividad que otros autores emplean para tener en cuenta los efectos de la no-percolación. Dicho método de superposición se aplica también al problema hidro-mecánico para calcular el resto de coeficientes equivalentes del medio fracturado 3D, como son el tensor de rigidez y los tensores de los coeficientes de acoplamiento presión-deformación (Biot). Finalmente, estos resultados son utilizados para desarrollar un modelo continuo equivalente con acoplamiento Termo-Hidro- Mecánico en tres dimensiones, que incluye: acoplamiento hidro-mecánico vía las ecuaciones tensoriales de Biot (caso no-ortótropo ), flujo de Darcy en un medio poroso equivalente (caso de permeabilidad anisótropa), esfuerzos térmicos y transporte de calor por difusión y convección, en el que se tiene en cuenta la expansividad térmica del agua. Se implementa el modelo en el programa de elementos finitos Comsol Multiphysics y se realizan diversas simulaciones de la excavación de la galería FEBEX y del calentamiento producido por un hipotético almacenamiento de residuos radiactivos. Los resultados de estas simulaciones se analizan para distintos casos y distintas condiciones tensionales. Las comparaciones preliminares de los resultados de las simulaciones con las series de datos del experimento FEBEX "In-situ" auguran un buen ajuste del modelo