[en] Fracture propagation is of fundamental importance in Engineering and Materials Science. This Master's thesis in Geotechnical Engineering deals with the prediction of mechanical behavior and crack propagation in quasi-brittle materials such as rock and concrete. Despite advances in the Finite Element Method (FEM), predictions can be affected by mesh configuration. To mitigate this problem, an innovative method based on configurational mechanics is proposed that reorients 3D fracture fronts towards a position of minimum energy, thus optimizing the accuracy of the results. The fundamentals of FEM are presented, together with the formulation of zero-thickness interface elements and an elastoplastic law based on fracture mechanics, controlled by the fracture work during the fracture formation process. In addition, the calculation of elastic energy and the principles of configurational mechanics are introduced in the context of both large and small deformations. In this work, a previously developed MATLAB code for 2D fracture reorientation is extended to three-dimensional problems, implementing hexahedral and tetrahedral elements, both linear and quadratic. The variables are tuned to compute configurational forces while minimizing the total elastic energy of the system. Verification cases show how these forces tend to reduce the domain size or reorient cracks. The results include energy maps and curves illustrating the concept of configurational forces, defined as the negative gradient of elastic energy with respect to the initial position of the nodes. The main contribution is a methodology for repositioning 3D fracture fronts by projecting the forces onto the normal vector of a reference plane. Numerical simulations demonstrate the effectiveness of the approach and open up new perspectives for the design of critical infrastructure.

[es] La propagación de fracturas es fundamental en la Ingeniería y la Ciencia de Materiales. Este Trabajo Final de Máster en Ingeniería del Terreno aborda la predicción del comportamiento mecánico y la propagación de fisuras en materiales cuasi-frágiles, como rocas y hormigón. A pesar de los avances en el Método de Elementos Finitos (MEF), las predicciones pueden verse afectadas por la configuración de la malla. Para mitigar este problema, se propone una metodología innovadora basada en la Mecánica Configuracional, que reorienta frentes de fractura en 3D hacia una posición de mínima energía, optimizando así la precisión de los resultados. Se presentan los fundamentos del MEF, la formulación de elementos junta con espesor nulo y una ley elastoplástica basada en la Mecánica de Fractura controlada por el trabajo de fractura durante el proceso de formación de fractura. Además, se introduce el cálculo de energía elástica y los principios de la Mecánica Configuracional, en un contexto de grandes y pequeñas deformaciones. En este trabajo se expande un código desarrollado previamente en MATLAB para la reorientación de fracturas en 2D se amplía a problemas tridimensionales, implementando elementos hexaédricos y tetraédricos, lineales y cuadráticos. Las variables se ajustan para calcular fuerzas configuracionales, minimizando la energía elástica total del sistema. Los casos de verificación muestran cómo estas fuerzas tienden a reducir el tamaño del dominio o reorientar fisuras. Los resultados incluyen mapas y curvas de energía que ilustran el concepto de fuerzas configuracionales, definidas como el gradiente negativo de la energía elástica respecto a la posición inicial de los nudos. La principal contribución es una metodología para reubicar frentes de fractura en 3D, proyectando las fuerzas sobre el vector normal de un plano de referencia. Simulaciones numéricas demuestran la efectividad del enfoque, lo que abre nuevas perspectivas para el diseño de infraestructuras críticas.