Comportamiento sísmico de presas bóveda: influencia de algunos paramentos geométricos

• Autores: Juan Carlos Mosquera Feijoo
• Directores de la Tesis: Alfonso Alvarez Martínez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 1993
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Eduardo Salete Díaz (presid.), José Puy Huarte (secret.), Antonio R. Marí Bernat (voc.), Guillermo Bravo Guillén (voc.), Avelino Samartín Quiroga (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de la construcción
      • Presas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • El proyecto, construcción y la explotación de una presa comprenden diversidad de aspectos y disciplinas que precisan de, entre otros, conocimientos geológicos, geotécnicos, hidráulicos, estructurales y medioambientales. Por otra parte, la operatividad de una presa aglutina recursos tecnológicos, planificación, mantenimiento, estudios económicos, etc. Esta Tesis se centra básicamente en tres aspectos, como son el diseño óptimo de presas bóveda, el conjunto de fenómenos hidrodinámicos que tienen lugar como consecuencia de las acciones sísmicas, y el estudio de las características dinámicas de una presa bóveda, en particular de los períodos propios. Los tres aspectos anteriores se engloban de manera que se desarrolla un proceso automatizado de diseño adecuado, y de obtención de las características dinámicas de una presa bóveda, conocidas las dimensiones del valle en su lugar de ubicación. En la primera parte se pasa revista a antecedentes históricos relativos al comportamiento de presas bóveda durante la actuación de terremotos pasados. Seguidamente se aborda el conjunto de fenómenos hidrodinámicos que tienen lugar en el sistema formado por la presa, el embalse y el terreno que los soporta. Se describen los conceptos de presiones hidrodinámicas, frecuencias de vibración del agua embalsada, la importancia de la compresibilidad del agua, y la interacción del embalse y la presa durante las vibraciones producidas por un terremoto. Otra parte de esta Tesis se orienta a la descripción y síntesis de ideas acerca del diseño de las presas bóveda; se centra la atención en la optimización y en el concepto de óptimo aplicado al diseño de presas bóveda. Además se presenta y se desarrolla la formulación seguida para generar las presas bóveda cuyas características dinámicas se han de estudiar posteriormente. A continuación se desarrolla una metodología adecuada para la determinación de las características dinámicas de una presa bóveda (en particular de los periodos propios de vibración), de manera que se puedan estimar los valores de los seis primeros periodos propios de una presa bóveda, bajo las hipótesis de embalse vacio y embalse lleno, mediante fórmulas simples que son función de algunos parámetros característicos del valle. El conocimiento de los primeros modos de vibración de la estructura presa bóveda permite, una vez especificado el espectro de diseño de la acción dinámica bajo consideración, obtener las acciones estáticas equivalentes que pueden componerse de acuerdo con reglas conocidas, como la ABS, CQC, RMS, entre otras. Asimismo se analiza la influencia de diversos parámetros geométricos en los valores de los períodos propios. Entre estos parámetros se mencionan la altura de presa, relación cuerdaaltura, la cuerda en la base de la presa, asimetría del valle y espesor de la coronación. Asimismo se analiza a título orientativo el efecto de la flexibilidad del terreno sobre los períodos propios del sistema presa-terreno-embalse. Los resultados de la aplicación de metodología propuesta anteriormente se contrastan con dos casos de presas bóveda reales, con objeto de verificar la adecuación del proceso. Finalmente, de la discusión de los resultados se extraen algunas conclusiones referentes a la influencia de diversas características del valle o de la presa en sus períodos propios, con vistas a su posible aplicación ingenieril. ABSTRACT A daiti project, construction and operation involve a variety of different aspects, such geological, geotechnical, hydraulic, structural or environmental knowledge. There are other factors that, along with the above ones, involve the reliability and effectiveness of a dam: technological resources, planning, economy, maintenance, etc. This Thesis deals basically with three aspects like the optimum design, the hydrodynamic effects that may occur during an earthguake, and the analysis of the dynamic properties of an arch dam, specifically the vibration periods. These three aspects are gathered so that an automatic design-analysis sequence can be performed. This consists of an adeguate design process and the calculation of the dynamic properties of an arch dam, if the dimensions of the valley where the dam is to be located are given. The first part consists of a review of events related to arch dams behavior during past earthquakes. Then the hydrodynamic effects are depicted. Some concepts, like hydrodynamic pressures, vibration periods of the reservoir, water compressibility as well as dam-reservoir interaction are described. Subsequently, the design of arch dams is dealt with. Specific attention is paid to the optimization and to the concept of optimum, as applied to arch dams. Besides, the mathematical formulation employed to genérate the whole set of arch dams is derived. A particular procedure for determining an arch dam vibration periods is presented. With this procedure, the first six vibration periods of a dam (in both situations, empty and full reservoir) can be estimated by means of some simple formulae, which depend only on the dimensions of the valley shape. The arch dam vibration periods knowledge allows, once specified the design spectrum of the dynamic action, to obtain the equivalent static actions. These can be combined according to some well know standards, l.e. ABS, CQC, RMS etc. rules to obtain the dam response. On the other hand, the influence of the valley geometrical parameters on the dam vibration periods is analyzed. The valley shape parameters consldered in this study are: * The dam height, H, * valley base width, A, * the crest chord-height ratio, B/H, and * the asymmetry of the valley. Besides, foundation flexibility and top arch thickness effects on the dam vibration periods are analyzed. The aforementioned formulation is applied to two real arch dams, in order to prove the adequacy of the procedure proposed in this Thesis. Finally, some conclusions regarding the influence of the above mentioned parameters on the vibration periods on an arch dam are derived. This conclusions are intended to be useful for engineering purposes.