Landslides in reservoirs: a coupled thermo-hydromechanical approach

• Autores: Nuria Merce Pinyol Puigmarti
• Directores de la Tesis: Jean Vaunat (dir. tes.), Eduardo Alonso Pérez de Agreda (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2010
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Sebastià Olivella Pastallé (presid.), Jordi Corominas i Dulcet (secret.), Luciano Picarelli (voc.), Antonio Soriano Peña (voc.), Claudio Olalla Marañón (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de la construcción
      • Ingeniería civil
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • La ocurrencia de deslizamientos es uno de los principales problemas presentes durante el diseño, construcción y explotación de presas y embalses. La inundación del pie de los taludes, así como el desembalse rápido, pueden provocar primeras roturas o reactivar antiguos deslizamientos, existentes con frecuencia en el entorno de los embalses. Esta Tesis se centra en el caso particular de los deslizamientos en las márgenes de embalses en los que una masa de terreno desliza sobre una superficie de corte bien definida sin que se observe una intensa degradación del material movilizado. En la primera parte de la Tesis se discute el desembalse rápido como un problema acoplado de flujo y deformación en condiciones saturadas/no saturadas. Un riesgo adicional aparece cuando el deslizamiento acelera e invade el embalse a gran velocidad, generando una ola. La discusión de los fenómenos responsables de la aceleración de los deslizamientos sigue actualmente activa. Probablemente la falta de casos bien documentados dificulta el avance en su conocimiento. En esta Tesis se considera como fenómeno responsable de la aceleración del deslizamiento el efecto del calor en la banda de corte, lo que induce la generación de presión de agua y, por consiguiente, la reducción de la resistencia friccional. Se definen las ecuaciones del problema (balance de masa y calor y ecuaciones constitutivas) en la banda de corte y se integran junto a la ecuación del movimiento. Con objeto de encontrar criterios prácticos para cuantificar el riesgo de aceleración debido al fenómeno analizado, se ha obtenido una solución analítica para el caso de deslizamientos planos bajo las hipótesis de incompresibilidad del agua, partículas sólidas y medio poroso. La comparación entre la solución analítica y la numérica (sin considerar las hipótesis impuestas en el desarrollo analítico), cuando se varían los parámetros más relevantes dentro de un rango razonable, indica que la solución analítica es suficientemente precisa para aplicaciones prácticas. El desarrollo termo-hidro-mecánico presentado se aplica al caso del deslizamiento de Vaiont. En primer lugar se explica la situación de estabilidad previa a la rotura introduciendo la resistencia de la roca movilizada. El análisis es coherente con la información disponible (geometrías del deslizamiento, resistencia residual, propiedades de los materiales y ensayos de laboratorio). Cuando el mecanismo de generación de presión de agua debido al calor resultante del trabajo friccional se incluye en el análisis dinámico del modelo del deslizamiento de Vaiont, se predice bien la alta velocidad observada. Se han realizado análisis de sensibilidad y de efecto escala tanto para el caso de deslizamiento plano como para la geometría de Vaiont. Se han encontrado tres parámetros relevantes para explicar la aceleración del movimiento: el espesor de la banda de corte, su permeabilidad y su rigidez. De hecho, la permeabilidad y el espesor de la banda de corte están directamente relacionados dado que ambos dependen de la granulometría del material. Los resultados obtenidos indican que la permeabilidad de la banda es el parámetro clave. Un umbral de permeabilidad establecido entre 10-8 y 10-10 m/s, marca la transición entre deslizamientos potencialmente acelerados (cuando la permeabilidad es baja) y deslizamientos seguros (permeabilidades mayores a 10-10 m/s). En el caso de deslizamientos de grandes dimensiones, combinaciones críticas de la permeabilidad y espesor de la banda de corte resultan en un incremento substancial de la temperatura. Los altos valores resultantes de los cálculos (cientos o miles de ºC) invalidan el análisis aquí presentado. Fenómenos como la evaporación o la fusión de la roca deberían ser incluidos en estos casos. En el último Capítulo se analiza el deslizamiento de Canelles ocurrido recientemente. El deslizamiento pone en riesgo el buen funcionamiento de la presa y del embalse. Algunos de los desarrollos descritos en la Tesis, como son la solución del desembalse rápido y el modelo termo-hidro-mecánico para el análisis de la aceleración de los deslizamientos se han aplicado al caso de Canelles. El capítulo describe la metodología adoptada, que puede ser aplicada en casos similares.