Predicción de la deformación y estabilidad de presas de escollera con pantalla de hormigón de gran altura

[SPA] Esta investigación se centra en la predicción del comportamiento de presas de escollera con pantalla de hormigón (CFRD) de gran altura (200-250 m). Un aspecto crítico es el ¿control de la deformación?, que incluye la predicción de la deformación de la escollera desde la fase de diseño. Las primeras CFRD que superaron los 200 m presentaron problemas de separación de la pantalla de hormigón, grietas y filtraciones significativas debido a asentamientos excesivos de la escollera, muchas veces superiores a los estimados en el diseño. La escollera es un material granular con un comportamiento mecánico complejo, altamente no lineal, dependiente de la trayectoria de tensiones y afectado por dilatación, fluencia, degradación por humectación y rotura de partículas bajo altas presiones de confinamiento, con efectos de escala significativos. Para mejorar el ¿control de deformaciones?, se han desarrollado dos modelos constitutivos para la escollera: VEPP (Viscous Elastic Perfectly Plastic) y VEPHS (Viscous Elastic-Plastic Hardening Softening). La capacidad de estos modelos para reproducir el comportamiento real se verificó mediante el análisis de dos CFRD en China: Tianshengqiao-1 (178 m) y Shuibuya (233 m, la más alta del mundo en su tipo). Luego, el modelo VEPP se utilizó para predecir el comportamiento de Shuibuya empleando solo la información disponible en la fase de diseño. La predicción se ajustó con precisión al comportamiento observado tras la construcción, el primer llenado y los primeros años de operación, mejorando significativamente las estimaciones de modelos más complejos. Además, estos modelos, junto con un modelo de fisuración para la pantalla de hormigón (EPHS, Elastic Plastic Hardening Softening), se aplicaron para analizar el impacto de la secuencia constructiva y el nivel de compactación en las deformaciones de la escollera y la aparición de grietas en la pantalla de hormigón. Se utilizó como caso de estudio una presa CFRD prototipo de 238 m de altura, lo que permitió cuantificar la influencia de estos factores. Los resultados proporcionan información clave para la fase de diseño, optimizando los métodos constructivos, garantizando la integridad estructural y reduciendo los riesgos de deformaciones excesivas en futuros proyectos de CFRD de gran altura.[ENG] The research activity has focused on improving the prediction of the behavior of very high Concrete Face Rockfill Dams (200¿250 m). One of the critical issues in high CFRDs is "deformation control," which, among other aspects, incorporates the prediction of rockfill deformation from the design phase. In fact, the first CFRDs that reached heights around 200 m experienced problems such as separation of the concrete face from the rockfill upstream slope, cracks, and fractures in the face slab, leading to watertightness capacity issues, significant leakage, and water loss. The direct cause was excessive settlements in the rockfill, sometimes far greater than those anticipated during the design phase. This is because the rockfill is a granular material with complex mechanical behavior, exhibiting high non-linearity, stress-path-dependent behavior, dilation, creep, degradation due to wetting, and particle breakage under high confining pressures, with significant scale effects. In the context of improving "deformation control", this research first developed two constitutive models for rockfill: VEPP (Viscous Elastic Perfectly Plastic model) and VEPHS (Viscous Elastic-Plastic Hardening Softening). Next, the ability of these models to accurately reproduce the behavior observed in real cases (back-analysis) has been verified using case studies of two CFRDs in China: Tianshengqiao-1 (178 m) and Shuibuya (233 m, currently the tallest CFRD in the world). The next step has been to use the VEPP to predict the behavior of the Shuibuya dam, now using only the information available during the design phase, before the dam was built (unlike the back-analysis). The prediction made with the VEPP closely matches the behavior observed after dam construction, the first reservoir filling, and the initial years of operation. In fact, prediction using VEPP significantly improves upon those made by other authors using more complex models. Moreover, these constitutive models, along with a cracking model developed for the concrete face slab (EPHS, Elastic Plastic Hardening Softening), have been applied to investigate the influence of different construction sequences and different compaction effort levels on rockfill deformations and cracking in the concrete face slab. For this purpose, a prototype CFRD, with a height of 238 meters, has been used as a case study. This allowed for the estimation of the relative influence of construction sequence and compaction intensity, providing valuable information for use in the design phase, optimizing construction methodologies, ensuring structural integrity, and reducing the risks associated with excessive unforeseen deformations in future very high CFRD projects.

Author

• Raggi, Francesco

• Ingeniería hidráulica
• Métodos constructivos
• VEPP (Viscous Elastic Perfectly Plastic)
• Presa de escollera con pantalla de hormigón armado (CFRD)
• VEPHS (Viscous Elastic-Plastic Hardening Softening)
• Presa Tianshengqiao
• Presa Shuibuya

Identifier

hdl:10317/18957

OAI identifier oai:identifier

oai:repositorio.upct.es:10317/18957