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Validación de un modelo numérico de diseño de presas de enrocado con cara de concreto a partir de la instrumentación geotécnica caso Porce III

Díaz Sepúlveda, Diego Fernando (2014) Validación de un modelo numérico de diseño de presas de enrocado con cara de concreto a partir de la instrumentación geotécnica caso Porce III. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia.

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Resumen

Las presas de enrocado con cara de concreto (CFRD) son el tipo de presa más ampliamente construida hoy en día, esto se debe a las características de estabilidad propias de su tipo, a la optimización y reducción en los tiempos de ejecución y a que los requerimientos y tratamientos en la fundación son menos exigentes y más sencillos de llevar a cabo en comparación con otros tipos de presas. Sin embargo el actual estado empírico en la práctica de este tipo de presas ha sido cuestionado y puesto en duda, debido a que durante la última década, varias CFRDs de gran altura experimentaron agrietamiento significativo en la parte central de la cara de concreto durante el primer llenado del embalse. El diseño y desarrollo de las presas de enrocado con cara de concreto ha sido basado primordialmente en precedente y empirismo; sin embargo los incidentes recientes han mostrado que la extrapolación del pasado con los procedimientos actuales puede tener serias consecuencias. La ocurrencia de estos incidentes, sugiere la necesidad de desarrollar herramientas analíticas para predecir el comportamiento de este tipo de presas. Con modernas herramientas computacionales existe la posibilidad de hacer análisis de sensibilidad de la influencia de los parámetros particulares que influyen en el comportamiento de este tipo de presas y por lo tanto, evaluar la viabilidad de diferentes medidas de mitigación para reducir el nivel de esfuerzos en la cara de concreto. Con el propósito de estimar de manera consistente el comportamiento de este tipo de presas, se ha venido desarrollando una metodología de análisis de comportamiento de presas de enrocado con cara de concreto mediante la implementación de un modelo numérico en tres dimensiones por parte de Ingetec S.A. Ya que este trabajo de investigación hace parte de tal desarrollo metodológico, el objetivo principal de éste, es el de dar continuidad, optimizar y validar esta metodología, para lo cual se presenta el desarrollo de un modelo numérico en tres dimensiones para la presa de enrocado con cara de concreto del proyecto hidroeléctrico Porce III, que permita determinar el comportamiento de ésta y compararlo con las mediciones realizadas mediante la instrumentación geotécnica, ya que comparaciones satisfactorias entre las mediciones y los resultados del modelo, además de enriquecer la metodología, permiten validarla para que se constituya en una herramienta racional y robusta de análisis del comportamiento de este tipo de estructuras. La comparación entre las mediciones de instrumentación y los resultados del modelo numérico se realizaron para los dos escenarios claves en la respuesta de la presa. El primero es al final de las etapas de construcción, con el cual se evalúa el comportamiento de la presa, principalmente de los enrocados en función del proceso constructivo, las cargas de peso propio y la calidad de los materiales de relleno. El segundo, el más crítico y por eso el más importante de los dos, es al final del proceso de llenado, con lo cual se aprecia además del comportamiento de los enrocados, el comportamiento principalmente de la cara de concreto ante las solicitaciones producidas por la carga hidrostática que actúa sobre ésta debido a la acción del embalse. Con el fin de desarrollar el presente trabajo se realizó la revisión, el procesamiento y el análisis de la información de monitoreo obtenida a partir de la instrumentación geotécnica instalada, la cual permitió determinar el comportamiento de la presa al llevarse a cabo su construcción y durante el transcurso de llenado del embalse. Posteriormente se desarrolló un modelo de elementos finitos en tres dimensiones para la presa Porce III, el cual fue basado en la topografía del terreno del sitio de presa y en la secuencia constructiva que se proyectó para la construcción de ésta. El modelo se desarrolló en el software multipropósito de elementos finitos ABAQUS R (2013), donde se incorporan las diferentes etapas de construcción, incluyendo la colocación del relleno de la presa, la construcción de la losa y el llenado del embalse. En este modelo se tuvieron en cuenta los modelos constitutivos de los materiales, las interfases entre ellos y las condiciones de frontera propias de la modelación. En los análisis numéricos de CFRDs, el modelo constitutivo del enrocado es la base más importante del análisis. El comportamiento esfuerzo-deformación de enrocados tiene una respuesta no lineal con el nivel de esfuerzo siguiendo el comportamiento de un material que endurece por deformación. En la modelación se utilizó el modelo hiperbólico planteado por [Duncan et al, 1980]. Adicionalmente se realizó en esta investigación una propuesta de extensión al modelo, la cual incluye una definición más general, planteándolo en término de esfuerzos equivalentes. También se involucró el comportamiento transversalmente anisotrópico presentado por los enrocados puestos en presas de este tipo, el cual es determinante en la obtención de resultados consistentes., Abstract. Rockfill dam with concrete face (CFRD) are the most widely type of dam built today, this is due to the characteristics typical of its kind stability, optimization and reduction in execution times since the requirements and treatments in the foundation are less demanding and easier to perform compared to other types of prey. However the empirical state current practice in these dams has been challenged and challenged, because during the last decade, several tall CFRDs experienced significant cracking in the central part of the face in the first concrete filling the reservoir. The design and development of dams concrete face rockfill has been based primarily on precedent and empiricism; however the recent incidents have shown that extrapolation of the past with the current procedures can have serious consequences. The occurrence of these incidents, suggests the need to develop analytical tools to predict the behavior of this type of prey. With modern computational tools is possible to do sensitivity analysis of the influence of individual parameters that influence the behavior of this type of dams and therefore assess the feasibility of different mitigation measures to reduce the level of effort in concrete face. Con el propósito de estimar de manera consistente el comportamiento de este tipo de presas, se ha venido desarrollando una metodología de análisis de comportamiento de presas de enrocado con cara de concreto mediante la implementación de un modelo numérico en tres dimensiones por parte de Ingetec S.A. Since this research is part of such methodological development, the main purpose of it, is to give continuity, optimize and validate this methodology, for which the development of a three-dimensional numerical model for rockfill dam presents concrete face Porce III hydroelectric project, should determine the behavior of this and compare it to measurements made by the geotechnical instrumentation as satisfactory comparisons between measurements and model results, in addition to enriching the methodology, validate allow for which becomes a rational and robust tool for analyzing the behavior of such structures. The comparison between the measurements and instrumentation numerical model results were performed for two key stages in the response of the dam. The first is the end stage of construction, with which the behavior of the dam, mainly of riprap depending on the construction process loads own weight and quality of the fillers is evaluated. The second and more critical and therefore the most important of them is the end of the filling process, which is also seen in the behavior of riprap, behavior primarily of concrete face to the stresses produced by the hydrostatic load acting on it due to the action of the reservoir. In order to develop this work reviewing, processing and analysis of monitoring data obtained from the geotechnical instrumentation installed was performed, which allowed to determine the behavior of the dam to be carried out during the construction and during filling of the reservoir. Finite element model in three dimensions for the Porce III dam, which was based on the topography of the dam site and the construction sequence was screened for building it was subsequently developed. The model was developed in the multipurpose finite element software ABAQUS (2013), where the different stages of construction are incorporated, including the placement of fill dam, the construction of the slab and the filling of the reservoir. In this model took into account the constituent models of materials, the interfaces between them and the conditions of border specific to the modeling. In the numerical analysis CFRDs, the constitutive model of rockfill is the most important basis of the analysis. The stress-strain behavior of riprap has a nonlinear response to the level of effort following the behavior of a strain-hardening material. Hyperbolic model proposed by [Duncan et al, 1980] was used in the modeling. In addition, a proposal to extend the model was made in this investigation, which includes a more general definition, posing it in terms of equivalent efforts. The transversely anisotropic behavior exhibited by riprap placed on dams of this type, which is crucial in obtaining consistent results are also involved.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Ávila Álvarez, Guillermo Eduardo
Información adicional:Magíster en Ingeniería Geotecnia
Palabras clave:CFRD, Comportamiento, Modelo numérico, Instrumentación geotécnica, Validación, Abaqus R, Modelo constitutivo, Modelo Hiperbólico de Duncan, Behavior, Numerical model, Geotechnical instrumentation, Validation, Constitutive model, Hyperbolic Model of Duncan
Temática:0 Generalidades / Computer science, information & general works
5 Ciencias naturales y matemáticas / Science > 55 Ciencias de la tierra / Earth sciences & geology
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering
Unidad administrativa:Sede Bogotá > Facultad de Ingeniería > Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola
Código ID:46248
Enviado por : bdigital4_ bog
Enviado el día :23 Enero 2015 15:19
Ultima modificación:23 Enero 2015 15:19
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