Thermo-hydro-mechanical coupled analysis in low permeability media
El análisis de problemas Termo-Hidro-Mecánicos (THM) en medios de baja permeabilidad es un problema complejo en el cual confluyen diversos factores. Esta Tesis está orientada principalmente al estudio de procesos THM acoplados en barreras de ingeniería destinadas al almacenamiento de residuos radiac...
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2004 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/405514 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/405514 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-107703 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil 55 624 |
| Sumario: | El análisis de problemas Termo-Hidro-Mecánicos (THM) en medios de baja permeabilidad es un problema complejo en el cual confluyen diversos factores. Esta Tesis está orientada principalmente al estudio de procesos THM acoplados en barreras de ingeniería destinadas al almacenamiento de residuos radiactivos. Especial atención se ha dedicado al estudio de arcillas expansivas. Diversos ensayos de laboratorio han mostrado la fuerte influencia que tiene la estructura de poros en el comportamiento THM de arcillas expansivas. Una motivación de este trabajo es la inclusión de la fábrica del material en el análisis de problemas de ingeniería en medios geológicos. Una formulación THM de doble estructura, desarrollada para medios porosos que presentan dos tipos característicos de vacíos se propone en esta Tesis. La formulación expresa en forma matemática los diversos fenómenos THM considerados relevantes en cada nivel estructural y las principales interacciones entre ellos. Conceptos de doble porosidad han sido utilizados para su desarrollo. La formulación permite considerar flujo no-saturado en condiciones no isotermas, acoplados con las deformaciones de cada medio. Un aspecto importante del marco propuesto es el modelo constitutivo mecánico. Dos niveles estructurales han sido explícitamente incluidos en el modelo. La macroestructura considera el esqueleto granular conformado por los agregados de arcilla, mientras que la microestructura está asociada con las partículas de arcilla, responsables del comportamiento expansivo de estos materiales. El modelo mecánico se completa estableciendo la interacción entre los dos niveles estructurales. El modelo se ha formulado considerando conceptos de elasto-plasticidad para materiales con endurecimiento por deformación y también conceptos de la teoría de la plasticidad generalizada. La formulación se ha implementado en el programa de elementos finitos CODE_BRIGHT y se la ha utilizado para resolver diferentes problemas de ingeniería. La formulación THM de doble estructura propuesta es general y no se limita al análisis de problemas relacionados con materiales expansivos. Por ejemplo, la aplicación al problema de consolidación en arcillas fisuradas se presenta en esta Tesis. Se modela también la extracción de petróleo, asistida mediante inyección de agua a presión, en un medio heterogéneo. La validación experimental de la formulación es una parte importante del trabajo realizado. Esta tarea se ha apoyado principalmente en los datos experimentales generados en el marco del proyecto FEBEX (Full-scale Engineered Barriers Experiment). Los resultados de los ensayos de laboratorio se han utilizado para identificar gran parte de los parámetros de las leyes constitutivas asociadas al problema térmico e hidráulico, como así también para validar el modelo constitutivo mecánico. Además, un ensayo de hidratación y calentamiento a escala real, ha permitido la aplicación de la formulación a un caso real en el que se tienen disponible información experimental de las principales variables THM. La evolución del ensayo de calentamiento ha sido analizada en detalle, centrando la atención en el estudio de una disminución, no esperada, de la tasa de hidratación de la barrera. La influencia de la fábrica de las arcillas expansivas (y su evolución) en el campo de permeabilidad se ha incluido en los análisis como elemento de ayuda en la explicación del comportamiento no esperado de la barrera. El ensayo también ha sido analizado considerando la presencia de otros fenómenos observados en estos materiales, tales como la existencia de un gradiente umbral en la ley de flujo o la influencia de efectos termo-osmóticos. |
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