RESUMEN
La capa superior del suelo en una ladera es altamente dinámica y está influenciada por las fuerzas atmosféricas y la presencia de vegetación. El estado de la vegetación desempeña un papel crucial en la determinación de la cantidad de agua transpirada y evaporada desde la superficie de la ladera, afectando así su comportamiento al modificar la temperatura, el contenido de agua y la presión de poros dentro de la masa del suelo. Muchos modelos numéricos suelen pasar por alto el impacto de la vegetación en el desempeño del suelo. Para capturar estos efectos, este estudio emplea un modelo de elementos finitos en CODE_BRIGHT que integra las interacciones impulsadas por la vegetación y el clima, con el objetivo de reducir la brecha entre la realidad y la simulación. Se desarrolla una condición de contorno especializada para simular los procesos suelo–vegetación–atmósfera (SVA) con histéresis hidráulica, vinculando la resistencia del dosel a la radiación solar, el déficit de presión de vapor y la saturación del suelo.
La validación del modelo con tres años de datos de campo del talud de Agropolis en Barcelona muestra una fuerte concordancia, confirmando su capacidad para reproducir los efectos de la vegetación en el comportamiento hidrotermal de la ladera. Los resultados revelan variaciones diarias pronunciadas de temperatura en la zona radicular, temperaturas más altas en laderas orientadas al sur y una mayor desecación bajo vegetación durante periodos cálidos y secos.
El análisis paramétrico identifica el índice de área foliar (LAI), la densidad radicular y la fracción de vegetación como los principales factores que influyen en la humedad del suelo. La densidad de raíces y el LAI afectan más intensamente la retención de agua: las raíces densas reducen la saturación estival hasta en un 40%, mientras que un LAI elevado disminuye la desecación superficial en un 30%. La fracción de vegetación aumenta el almacenamiento invernal, pero intensifica la desecación durante el verano. Para representar mejor los suelos no saturados, se implementa en CODE_BRIGHT un modelo histerético de retención agua–suelo, acoplando los cambios de succión y relación de vacíos para mejorar la precisión en escenarios como los deslizamientos inducidos por lluvia.
Finalmente, se formula un Modelo Básico de Barcelona mejorado (BBM-VEG) dentro de un marco termo-hidro-mecánico (THM). El modelo introduce un factor de refuerzo dependiente de la deformación (Rpveg), correlacionado con la fracción de masa radicular y la deformación de activación, lo que permite que la rigidez y la resistencia del suelo evolucionen dinámicamente. Validado con ensayos triaxiales y de tracción, el modelo reproduce con precisión la respuesta mecánica de los suelos con raíces. Las simulaciones de laderas bajo ciclos hidráulicos (tasas de infiltración de 0.001–0.003 y 0.0005 kg/s) y térmicos (15–60 °C) muestran que la vegetación limita la infiltración, mejora la evapotranspiración, amplía la zona no saturada y reduce la deformación hasta en un 70% en comparación con laderas desnudas.
PhD Advisor:
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- Prof Jean Vaunat
DOCTORANDO
Ehsan Badakhshan és doctorando en el grupo de investigación en Geomecánica, part del clúster de investigación en Geomecánica y Hidrogeologia.