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Titre
Riesgo sísmico y análisis dinámico de presas arco-gravedad
Autor(es)
Director(es)
Sujet
Tesis y disertaciones académicas
Universidad de Salamanca (España)
Tesis Doctoral
Academic dissertations
Universidade de São Paulo (Brasil)
Riesgos sísmicos
Presas
Estructuras (Construcción)
Clasificación UNESCO
2507.05 Sismología y Prospección Sísmica
3305.07 Presas
3305.32 Ingeniería de Estructuras
Fecha de publicación
2018
Resumen
[EN]This thesis analyses the seismic hazard on the site where the Rules Dam is located (Granada province, in Southern Spain). The performance of the dam body is considered as well as its structural elements.
First, the seismic hazard analysis is carried out by using Deterministic Seismic Hazard Assessment (DSHA) and Probabilistic Seismic Hazard Assessment (PSHA), which estimate the Safety Evaluation Earthquake (SEE) and the Operating Basis Earthquake (OBE), respectively. The recent seismogenic zone in Spain (2015) is used, which provides important data to carry out the analysis, such as the geologic and seismic characteristics.
Then, the fluid-structure-foundation-sediments interaction has been carried out. To consider it, 2D and 3D mathematical models have been developed via finite elements, gravity methods, numerical analyses and step-by-step integration. Concrete arch gravity dams need to be modelled in 2D and 3D in accordance to classic theoretical method and current codes, in order to calculate the vibration periods, hydrodynamic pressures, and the maximal stresses.
Finally, an analysis to define the non-linear displacements of the arch-dam blocks has been carried out. The plastic-degradation theory could define the reduction of the elasto-plastic modulus during the hysteretic cycles. The consequences of a dam failure and damage have been estimated. A good calibration between the observations and modelling output has been obtained, as well as a comparison among the seismic hazard spectra, several real accelerograms and Spanish elastic spectra.
In the Spanish code the Peak Ground Acceleration (PGA) for this area is 0.17 g, however in the current analysis the greatest soil acceleration registered is 0.35 g, which is about twice the value. Seismic input from the Safety Evaluation Earthquake has shown that maximum accelerations are three times higher than the Spanish code value. Consequently, the stress has exceeded the maximum allowed tension, creating many plastic hinges.
A dam, as it is well known, is an extremely strategic construction, which needs to be carefully designed to avoid environmental damage to water reservoirs and nearby facilities and for human safety. Given that the recent sources of hazard in Spain are from 2015, it would be advisable to reassess the seismic hazard particularly related to existing dams in areas of high seismicity, such as where the Rules Dam is located. [ES]La presa arco-gravedad de Rules tiene una altura máxima sobre cimientos de 130.0 m,
una altura sobre cauce de 100.0 m, una longitud de coronación de 620.0 m, un radio de 500.0
m y una base máxima aproximadamente de 100.0 m. El volumen del cuerpo de la presa es de
2032.0 x 103 m3. Los taludes de aguas arriba y abajo son de 1:0.18 y 1:0.60, respectivamente.
Los dados hidrológicos de la cuenca son los siguientes: la superficie de la cuenca es
de 1070.0 Km2 con una aportación media anual de 150.0 hm3 y con una precipitación media
anual de 650.0 mm. La capacidad del aliviadero (único aliviadero) es de 2987.0 m3/s mientras
la capacidad del embalse es de 113.0 hm3. La superficie del embalse a NMN (Nivel Máximo
Normal) es de 309.0 Ha y la cota del NMN es de 240.0 m. La avenida de proyecto es de 3020.0
m3/s. La presa tiene dos desagües de capacidad cada uno entre 79.0 y 187.0 m3/s. Los dados
son tomados en el Inventario de Presas y Embalses del Ministerio de Agricultura y Pesca,
Alimentación y Medio Ambiente del Gobierno de España (SNCZI)16, y en la Sociedad
Española de Presas y Embalses (SEPREM)17.
La modelización matemática del sistema es compuesta de una presa de hormigón, de
un embalse de agua, de una fundación y sedimentos. El sistema es un sistema a cuatro
componentes. En el análisis todos los cuatro componentes fueron estudiados juntos para
obtener resultados más realísticos. Sin embargo, los componentes pueden ser analizados
separadamente para mantener un control de los esfuerzos que actúan, pero necesita tener en
cuenta que una componente puede afectar las otras aumentando o disminuyendo los esfuerzos Una comparación con las normas18,19 y los métodos clásicos20,21 para disminuir el margen de
error que hay en una modelización fue hecho.
OBJETIVOS
· Estudiar y actualizar el área donde se localiza la presa usando las nuevas zonas
sismogénicas del 2015 (ZESIS).
· Obtener los parámetros necesarios para hacer el análisis de la peligrosidad
sísmica.
· Modelizar matemáticamente la presa para calcular la estabilidad, estimar el
daño de la estructura, el desplazamiento limite, la influencia de la interacción con el
embalse y la fundación (cimentación), y las tensiones limite.
· Investigar y desarrollar métodos con rigor académico22 para el estudio de
presas, que es un tema complejo y demandante.
· Rehacer nuevos cálculos de presas nuevas y existentes.
· Estimular los propietarios de las presas a extender la vida económica de sus
presas. Esto incluye reanalizar la estructura con nuevos datos sobre terremotos,
inundaciones u otros riesgos y revisiones periódicas de seguridad para un
mantenimiento adecuado. PRINCIPALES CONCLUSIONES
· En España hay aproximadamente en total 1200 presas y una importante
fracción de éstas se localiza en zonas de sismicidad moderada o alta. La gran mayoría
de estas presas fueron construidas antes a las normas sismorresistente española
modernas (NCSE-02 y NCSP-07), por tanto, es recomendable reevaluar la
peligrosidad sísmica de las presas existentes, particularmente aquellas de categoría A
en zonas de sismicidad alta.
· Se ha obtenido una buena calibración entre las observaciones de la estructura
y de los dados de “input” sísmico y los resultados finales de la modelización
matemática.
· Los resultados del análisis de peligro sísmico han mostrado que las
aceleraciones máximas son mucho más altas que los valores definidos en la norma
española (NCSE-02 y NCSP-07), que es muy deficiente en estos aspectos.
· En el análisis estático y dinámico lineal y non lineal, los esfuerzos de la presa
han excedido la tensión máxima permitida, creando una cantidad de rótulas plásticas.
Una presa debe ser cuidadosamente diseñada y mantenida para evitar daños
importantes.
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Tesis por compendio de publicaciones
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