Modelación física de los procesos de interacción suelo-atmósfera

Abstract

El trabajo de fin de MASTER se centra en el diseño, preparación y comprobación de una columna de infiltración destinada a evaluar la respuesta hidráulica de una columna de suelo no saturada. Este trabajo se inscribe en la problemática más general de la evaluación del efecto del cambio climático sobre los procesos de pérdida de masa en laderas montañosas. Con ese propósito, se estudia las condiciones causantes de roturas superficiales en materiales morrénicos situados en vertientes con fuerte pendientes. El trabajo experimental realizado ha consistido a poner a punta una columna de infiltración que permita determinar las propiedades de transferencia de agua en esos materiales. La columna consiste en un cilindro de metacrilato de 60 cm de altura y 30 cm de diámetro. Está equipada por 3 sensores de medida del contenido de agua del suelo (Decagon 10HS) y 2 de succión (Decagon MPS-2). La infiltración se realiza mediante el abastecimiento en agua desde la parte superior de la columna. Una caja de adquisición conectada a un ordenador permite obtener y guarda las medidas a una frecuencia determinada por el experimentalista. Para diseñar el experimento, se realizó un cálculo numérico mediante un programa Elementos Finitos con el fin de evaluar los tiempos de respuesta y la posición óptima de los sensores, así como el tipo de drenaje de la columna. Para poder correr el programa se definieron características del modelo fundamentales como la geometría, condiciones de contorno e hidráulicas y se utilizaron los datos correspondientes a la curva de retención del proyecto mencionado anteriormente. Finalmente, se realizaron ensayos de infiltración de prueba sobre un material arenoso previamente machacado y tamizado (diámetro máximo 1 cm). El material proviene de la Cuenca El Rebaixader, cerca de la población de Senet Alta Ribagorça, Lleida, actualmente estudiada en el marco de un proyecto de investigación. Debido a diversos procesos torrenciales, varios corrientes de derrubio se encuentran concentrados en una morrena lateral que con el tiempo ha constituido un escarpe de gran espesor. Los resultados demuestran la capacidad del ensayo a reproducir el mecanismo de infiltración y los parámetros que lo controlan.

The Master thesis focuses on the design, preparation and testing of an infiltration column to evaluate the hydraulic response of an unsaturated soil column. This work is part of a more general issue on the evaluation of the effect of climate changing on the processes of mass wasting on mountain slopes. With this purpose, the conditions causing superficial breaks in till materials located in slopes with strong slopes are studied. The experimental work has consisted of building a column of infiltration that allows determining the water transfer properties in these materials. The column consists of a methacrylate cylinder 60 cm high and 30 cm in diameter. It is equipped with 3 soil water content sensors (Decagon 10HS) and 2 suction sensors (Decagon MPS-2). The infiltration is performed by supplying water from the top of the column. An acquisition box connected to a computer allows obtaining and saving the measurements at a frequency determined by the experimentalist. To design the experiment, a numerical calculation was carried out using a Finite Element program to evaluate the response times and the optimum position of the sensors, as well as the type of column drainage. In order to run the program, fundamental model characteristics such as geometry, contour and hydraulic conditions were defined and the data corresponding to the retention curve of the project mentioned above were used. Finally, test infiltration tests were carried out on a sandy material previously crushed and sieved (maximum diameter 1 cm). The material comes from the El Rebaixader Basin, near the town of Senet Alta Ribagorça, Lleida, currently studied as part of a research project. Due to various torrential processes, several streams of debris are concentrated in a lateral moraine that over time has constituted a thick escarpment. The results demonstrate the ability of the assay to reproduce the infiltration mechanism and the parameters controlling it.