El Método Multiescala P-DNS Aplicado a Problemas de Geotécnia

Abstract

El método de simulación numérica pseudodirecta (P-DNS) es una estrategia multiescala general y eficiente para la simulación computacional en alta fidelidad de la física de flujos complejos. Este enfoque basado en datos se basa en cuatro conceptos clave: i) resolver numéricamente ambas escalas; ii) precomputar la escala fina en elementos de volumen representativos (RVE); iii) almacenar respuestas homogeneizadas en bases de datos adimensionales; iv) resolver la escala global acoplada con la escala fina a través de modelos sustitutos basados en aprendizaje automático. En esta presentación se aplica P-DNS a problemas del ámbito geotécnico. En primer lugar estudiaremos el comportamiento termo-mecánico de suelos granulares, en particular respecto a la conducción de calor y expansión térmica. Para simular estos fenómenos, construimos modelos sustitutos que relacionan la conductividad térmica efectiva de materiales granulares con las propiedades locales de porosidad y anisotropía, así como la evolución de estas debido a la deformación de las partículas por el cambio de temperatura. Además, proponemos una estrategia a nivel de escala gruesa para modelar el flujo de masa durante la expansión térmica, siendo este un fenómeno que no puede ser capturado por RVE periódicos. Por otra parte se estudiará el flujo multifásico en medios porosos fracturados. Aquí se caracteriza la geometría de las fisuras y por medio de simulaciones RVE con fracturas embebidas se homogeneiza el tensor de permeabilidad intrínseca local, permitiendo computar de forma eficiente el transporte a nivel reservorio. Los resultados confiables obtenidos con recursos modestos confirman el potencial del marco P-DNS como enfoque general para construir herramientas predictivas rápidas en diferentes escenarios.