RESUM
La capa superior del sòl en un talús és altament dinàmica, influïda per les forces atmosfèriques i la presència de vegetació. L’estat de la vegetació té un paper crucial en la determinació de la quantitat de transpiració i evaporació d’aigua des de la superfície del talús, afectant així el seu comportament mitjançant l’alteració de la temperatura, el contingut d’aigua i la pressió intersticial dins de la massa de sòl. Molts models numèrics sovint descuiden l’impacte de la vegetació en el comportament del sòl. Per capturar aquests efectes, aquest estudi utilitza un model d’elements finits a CODE_BRIGHT que integra les interaccions impulsades per la vegetació i el clima, amb l’objectiu de reduir la bretxa entre la realitat i la simulació. Es desenvolupa una condició de contorn especialitzada per simular els processos sòl–vegetació–atmosfera (SVA) amb histèresi hidràulica, vinculant la resistència del dosser amb la radiació solar, el dèficit de pressió de vapor i la saturació del sòl.
La validació del model amb tres anys de dades de camp del talús d’Agropolis a Barcelona mostra una forta concordança, confirmant la seva capacitat per reproduir els efectes de la vegetació en el comportament hidrotermal del talús. Els resultats revelen variacions diàries pronunciades de temperatura a la zona radicular, temperatures més elevades als talussos orientats al sud i un assecat més intens sota vegetació durant períodes càlids i secs.
L’anàlisi paramètrica identifica l’índex d’àrea foliar (LAI), la densitat radicular i la fracció de vegetació com a factors clau que influeixen en la humitat del sòl. La densitat radicular i el LAI afecten amb més intensitat la retenció d’aigua: arrels denses poden reduir la saturació estival fins a un 40%, mentre que un LAI elevat disminueix l’assecat superficial en un 30%. La fracció de vegetació millora l’emmagatzematge hivernal, però intensifica l’assecat estival. Per representar millor els sòls no saturats, s’implementa a CODE_BRIGHT un model histèric de retenció sòl–aigua que acobla la succió i els canvis en el volum de buits per millorar la precisió en escenaris com ara esllavissades induïdes per la pluja.
Finalment, es formula un Model Bàsic de Barcelona millorat (BBM-VEG) dins d’un marc termo-hidro-mecànic (THM). El model introdueix un factor de reforç dependent de la deformació (Rpveg), correlacionat amb la fracció de massa radicular i la deformació d’activació, permetent que la rigidesa i la resistència del sòl evolucionin dinàmicament. Validat mitjançant assaigs triaxials i de tracció, el model captura amb precisió la resposta mecànica dels sòls amb arrels. Les simulacions de talussos sota cicles hidràulics (taxes d’infiltració de 0,001–0,003 i 0,0005 kg/s) i tèrmics (15–60 °C) mostren que la vegetació limita la infiltració, potencia l’evapotranspiració, amplia la zona no saturada i redueix la deformació fins a un 70% en comparació amb talussos nus.
Director de tesi:
-
- Prof Jean Vaunat
DOCTORAND
Ehsan Badakhshan és un doctorand al grup de recerca en Geomecànica, part del clúster de recerca en Geomecànica i Hidrogeologia.