La comprensió del comportament del sòl és el fonament sobre el qual es construeix l'enginyeria geotècnica. L'experimentació és essencial per millorar aquesta comprensió, i després poder traduir-la en models, teories o lleis. En un mètode científic adequat, l'experimentació està present en totes les fases del desenvolupament del model, des de la concepció fins a la validació. Aquesta tesi se centra en l'experimentació de laboratori. Els experiments són interessants perquè són una abstracció de la realitat, centrant-se en l'objectiu de la investigació. El principal avantatge dels experiments de laboratori és l'alta reproductibilitat, que, juntament amb el control de les condicions inicials i de contorn, permet analitzar els efectes de diferents variables en el comportament del sòl. Aquesta tesi es centra en el desenvolupament i la millora de metodologies i tècniques per a proporcionar més i millor informació dels experiments de laboratori de forma massiva i no invasiva. Les metodologies desenvolupades es basen en l'anàlisi d'imatges seqüencials d'experiments que poden proporcionar la distribució espacial de les variables analitzades en tot el domini. La primera tècnica presentada i validada és el Particle Image Velocimetry - Numerical Particle (PIV-NP). Aquest és un post-procés per millorar els mètodes de correlació d'imatges (PIV).

El mètode és capaç de transformar els desplaçaments instantanis mesurats per PIV entre dues imatges consecutives en punts fixos en l'espai en desplaçaments acumulats i deformacions en punts (Partícules Numèriques) que representen parts del sòl analitzat en moviment. El mètode és especialment adequat per a l'anàlisi de grans desplaçaments i experiments de deformació, combina els avantatges dels esquemes eulerià i lagrangià. La validació del mètode es realitza mitjançant casos sintètics i experiments de laboratori. Per aplicacions en sòls no saturats, la Tesi presenta una tècnica per mesurar el grau de saturació (Sr) utilitzant imatges infraroges d'ona curta (SWIR). La metodologia es basa en l'alta absorció de la llum per l'aigua comparativament a les partícules sòlides dels sòls, en longituds d'ona específiques de l'espectre SWIR (1400-1550 nm i 1900-2000 nm). La tècnica es crea per ser aplicada a una seqüència d'imatges, per analitzar la distribució espacial del grau de saturació i la seva evolució en el temps. La intensitat de píxel mitjana es mesura en una quadrícula de punts en cada imatge. La intensitat del píxel es normalitza i es tradueix en la seva corresponent grau de saturació utilitzant la corba de calibratge prèviament calibrada. Les dues tècniques, els mesuraments PIV-NP i Sr a partir d'imatges SWIR, es combinen en una metodologia integrada. El resultat proporciona l'evolució en el temps de la posició, la velocitat, l'acceleració, les deformacions i el grau de saturació del sòl analitzat en moviment, discretitzat en partícules numèriques. Això permet comparar i correlacionar directament totes les variables. La metodologia ofereix diferents opcions per mostrar els resultats: superfície (2D), línia (1D) i partícula (0D). La informació que proporciona cada dimensió de visualització és complementària i útil per a una comprensió completa del comportament del sòl. Finalment, la metodologia integrada també s'aplica combinant el PIV-NP amb una tècnica més madura desenvolupada al Canadà per mesurar el grau de saturació en sòls transparents. L'estudi de les petjades seques a la vora de la platja és el cas triat per mostrar la capacitat de les tècniques combinades en l'anàlisi del comportament del sòl. Les tres diferents opcions de visualització de resultats són crucials per comprendre la correlació entre el grau de saturació i la velocitat de trencament. La metodologia i les tècniques desenvolupades es poden utilitzar en qualsevol laboratori geotècnic i conformen una base per ampliar.