| Popis: |
[SPA] El objetivo principal de esta tesis es la búsqueda y verificación de los grupos adimensionales que gobiernan los problemas geotécnicos de flujo a través de medios porosos bajo presas de gravedad con o sin tablaestaca en su base y flujo de agua en acuíferos libres debido a un pozo de bombeo. La finalidad es encontrar los grupos de los que dependen las incógnitas adimensionales de interés. Estas incógnitas (caudal, presión intersticial, gradiente medio a la salida, superficie de rezume, etc.) cambian de acuerdo con el escenario elegido. La metodología para obtener estos grupos es la adimensionalización discriminada de la ecuación de gobierno. Las soluciones se muestran en ábacos universales en los que se dibujan los valores de los monomios y las variables adimensionales. Las curvas se han representado después de llevar a cabo una gran cantidad de simulaciones mediante modelos, también presentados en esta tesis, que han sido diseñados específicamente de acuerdo con el método de redes. El Capítulo I explica los objetivos de la tesis en detalle. El Capítulo II recoge los fundamentos teóricos de la tesis. Primero se presentan referencias y diferentes ecuaciones de gobierno para problemas de flujo en medios porosos. Básicamente se centra en los escenarios estudiados a lo largo de la tesis. En la siguiente sección se explica la adimensionalización discriminada: los diferentes aspectos, pasos para aplicar la técnica y ejemplos en los que se ha empleado. Después se presenta un repaso histórico de la analogía eléctrica, con diferentes ejemplos de aplicación. En la siguiente sección se muestra la base del método de simulación por redes, así como ejemplos de problemas de ingeniería en los que la metodología se ha aplicado satisfactoriamente. El resto de las secciones del segundo capítulo muestran las herramientas que se han usado para el desarrollo de los programas informáticos empleados para caracterizar los problemas investigados en esta tesis, Ngspice (software para los cálculos) y Matlab (lenguaje de programación para crear los modelos en archivos de texto y graficar los resultados). El Capítulo III consiste en el estudio de las dimensiones de parámetros del suelo relacionados con el flujo a través del medio porosos, que son la permeabilidad y la conductividad hidráulica. El capítulo comienza revisando las escasas referencias en las que se contemplan las magnitudes que participan en la permeabilidad empleando el análisis dimensional clásico, de acuerdo al cual las magnitudes se miden en la misma unidad independientemente de la dirección espacial en la que se midan. No se llegan a conclusiones satisfactorias, y lo mismo ocurre cuando se aplica la caracterización adimensional discriminada, una metodología en la que las magnitudes se consideran distintas cuando se miden en diferentes direcciones o tienen diferente naturaleza. Por esta razón, los parámetros se estudian introduciendo en la base dimensional del fenómeno magnitudes relacionadas con la energía del flujo, lo que sí permite caracterizar las unidades de conductividad hidráulica en términos de energía. El Capítulo IV presenta la aplicación de la adimensionalización dimensional en diferentes escenarios de flujo en medios porosos: flujo bajo presas de gravedad sin tablaestaca, flujo bajo presas de gravedad con una tablaestaca en su base, flujo bajo presas en medios infinitos y flujo en acuíferos libres debido a un pozo de bombeo. Para cada uno de estos escenarios, se presentan las ecuaciones de gobierno, los monomios que controlan el fenómeno y los grupos en los que aparecen las incógnitas, y se dibujan ábacos universales tras numerosas simulaciones. Además, para el último problema hay una tabla en la que se demuestra que, para el mismo escenario adimensional (aunque los valores de las variables dimensionales sean diferentes) las incógnitas permanecen constantes. El Capítulo V recoge los modelos diseñados para los escenarios estudiados en esta tesis: sus condiciones de contorno, la estructura de la celda, etc. Los modelos, que se escriben como archivos de texto, incluyen componentes y rutinas que proporcionan las variables de interés para cada uno de los escenarios como información de salida. Se han desarrollado dos códigos: DamSim para flujo bajo presas y WaWSim para flujo debido a un pozo de bombeo. Ambas herramientas de simulación, en un entorno Windows, son libres, potentes y fiables. Los códigos de Matlab se han usado para programar el modelo en archivo de texto y las interfaces, y Ngpisce para la simulación numérica. El Capítulo VI muestra un problema inverso en el que se calculan las conductividades radial y vertical en un acuífero libre a partir de las medidas de campo en un acuífero libre. El problema se estudia desde dos puntos de vista: empleando los ábacos universales y el código diseñado. En ambos casos se calculan las desviaciones entre los valores reales y estimados. Tras esto, se ha llevado a cabo un estudio para entender el efecto de posibles errores de medida de las variables de campo en las desviaciones de los valores de conductividad hidráulico estimado. El Capítulo VII presenta una serie de aplicaciones: i) flujo bajo presas de gravedad sin tablaestaca; ii) flujo bajo presas de gravedad con una tablaestaca en su base; y iii) flujo en acuíferos libres debido a un pozo de bombeo. Además, para cada uno de los escenarios una de las variables se ha comprado con resultados analíticos o experimentales que pueden encontrarse en referencias. [ENG] The main objective of this thesis is the search and verification of the dimensionless groups that govern the geotechnical problems of flow through porous media under gravity dams with or without a sheet pile at its base and groundwater flow in unconfined aquifers due to a pumping well. The aim is to find the groups which the dimensionless unknowns of interest depend on. These unknowns (groundwater flow, pore pressure, average exit gradient, seepage surface, etc) change according to the chosen scenario. The methodology to obtain these groups is the discriminated nondimensionalization of the governing equation. The solutions are displayed in universal abaci that depict values of monomial and dimensionless variables. The curves have been represented after carrying out a large number of simulations by models, also shown in the thesis, that have been specifically designed according to the network method. Chapter I thoroughly explains the objectives of the thesis. Chapter II gathers the theoretical fundaments of the thesis. Firstly, references and different governing equations of flow through porous media are presented. It is basically focused on the scenarios studied throughout the thesis. In the following section, discriminated nondimensionalization is explained: different aspects, steps to apply the technique and examples in which it has been employed. Afterwards, a historical overview of electrical analogy is presented, with different application examples. In the following section, the bases of the network simulation method are presented, as well as examples of engineering problems in which this methodology has been successfully applied. The rest of the sections of the second chapter show the tools that have been used for the development of the compute programs employed for characterizing the problems researched in this thesis, Ngspice (software for order to understand the effect of possible measure errors in the filed variables on the deviations of the estimated hydraulic conductivity values. Chapter VII presents a set of applications: i) flow under gravity dams without a sheet pile; ii) flow under gravity dams with a sheet pile located at its base; and iii) flow in unconfined aquifers due to a pumping well. In addition, for each of the scenarios one of the variables have been compared with analytical or experimental results that can be found in references. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental |
