Evaluación del comportamiento estático de presa de concreto compactado con rodillo utiizando modelo numérico y validación a partir de instrumentación geotécnica

Abstract

En esta investigación se evalúa el comportamiento mecánico e hidráulico de la Presa Vizcachas de Concreto Compactado con Rodillo (CCR) mediante el método de elementos finitos, para la fase de construcción y el llenado inicial del embalse, y los resultados del modelo numérico se comparan con los datos históricos de los instrumentos geotécnicos (extensómetros y piezómetros) instalados en la presa. Para desarrollar la investigación se ha realizado una revisión exhaustiva del estado del arte del diseño y construcción de presas de CCR, describiendo los acoplamientos de los fenómenos mecánicos e hidráulicos. Luego, se revisaron, procesaron y analizaron los registros históricos de los instrumentos geotécnicos. Se ha realizado el modelo numérico para la sección de mayor altura de la presa. El análisis numérico se realizó en 2D (bidimensional) mediante el método de elementos finitos utilizando el software Abaqus. Como primer paso de análisis, se realizó la calibración de los parámetros mecánicos e hidráulicos de la fundación de la presa; para el caso del parámetro mecánico se calibró el módulo elástico de los materiales y, para el caso del parámetro hidráulico se calibró la conductividad hidráulica. Luego, se realizaron el análisis acoplado donde se incorporaron las diferentes etapas de construcción; en la primera etapa se consideró solo la fundación, seguido, se consideró la secuencia de colocación de las capas de CCR y en la etapa final se consideró el llenado del embalse. Los resultados de desplazamientos verticales y presión hidrostática obtenidos de la modelación numérica se compararon con los registros de monitoreo de los extensómetros y piezómetros, respectivamente. Ambos resultados mostraron tendencias similares, obteniendo una variación menor a 5% entre los resultados obtenidos del modelo e instrumentación.

In this research, the mechanical and hydraulic behavior of the Vizcachas Roller Compacted Concrete (RCC) Dam is evaluated using the finite element method, for the construction phase and the initial filling of the reservoir, and the results of the numerical model are compared with the historical data of the geotechnical instruments (extensometers and piezometers) installed in the dam. To develop the research, a comprehensive review of the state of the art of RCC dam design and construction was carried out, describing the coupling of mechanical and hydraulic phenomena. Then, the historical records of geotechnical instruments were review, processed and analyzed. Numerical modelling was performed for the highest section of the dam. The numerical analysis was performed in 2D (two-dimensional) by means of the finite element method using Abaqus Software. As a first step the analysis, the mechanical and hydraulic parameters of the dam foundation were calibrated; for the mechanical parameter, the elastic modulus of the material was calibrated, and for the hydraulic parameter, the hydraulic conductivity was calibrated. Then, the coupled analysis was carried out where the different stages of construction were incorporated; in the first stage only the foundation was considered, followed by the sequence of placement of the RCC layer and in the final stage the filling of the reservoir was considered. The results of vertical displacements and hydrostatic pressure obtained from the numerical modelling were compared with the monitoring records of the extensometers and piezometers, respectively. Both results showed similar trends, obtaining a variation of less than 5% between the results obtained from the model and instrumentation.