Tesis:
Evaluación de la seguridad al deslizamiento de una presa de fábrica en un cimiento con una familia de discontinuidades y con un criterio de rotura con ley de fluencia no asociada.
- Autor: CABRERA CARPIO, Mirian Mercedes
- Título: Evaluación de la seguridad al deslizamiento de una presa de fábrica en un cimiento con una familia de discontinuidades y con un criterio de rotura con ley de fluencia no asociada.
- Fecha: 2015
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: INGENIERIA Y MORFOLOGIA DEL TERRENO
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/37257/
- Director/a 1º: OLALLA MARAÑON, Claudio
- Director/a 2º: JIMENEZ RODRIGUEZ, Rafael
- Resumen: Debido a que las presas de fábrica son estructuras que proporcionan grandes beneficios a las poblaciones y al ambiente en donde se desarrollan y al mismo tiempo representan para estos un gran riesgo, estas obras son normalmente diseñadas para cumplir con los requerimientos más exigentes. Existen en España 1300 grandes presas, de las cuales un 20% fueron construidas antes de los años 60. El hecho de que existan actualmente una gran cantidad de presas antiguas aún en operación, ha producido un creciente interés en reevaluar su seguridad empleando herramientas nuevas o modificadas que incorporan modos de fallos teóricos, conceptos geotécnicos y nuevas técnicas de evaluación de la seguridad. Una manera muy común de abordar el análisis de estabilidad de presas de gravedad, es considerar el deslizamiento a través de la interfase presacimiento empleando el criterio de rotura lineal de Mohr-Coulomb, en donde la cohesión y el ángulo de rozamiento son los parámetros que definen la resistencia al corte de la superficie de contacto. Sin embargo la influencia de aspectos como: la presencia de planos de debilidad en el macizo rocoso de cimentación; la influencia de otros criterios de rotura para la junta y para el macizo rocoso (ej. el criterio de rotura de Hoek-Brown); las deformaciones volumétricas que ocurren durante la deformación plástica en el fallo de la roca masiva (i.e., influencia de la dilatancia) no son usualmente consideradas durante el diseño original de la presa. En este contexto, en la presente tesis doctoral se propone una metodología analítica para el análisis de la estabilidad al deslizamiento de presas de fábrica, considerando un mecanismo de fallo en la cimentación caracterizado por la presencia de una familia de discontinuidades. En particular, se considera la posibilidad de que exista una junta sub-horizontal, preexistente y persistente en el macizo rocoso de la cimentación con una superficie potencial de fallo o camino de rotura que se extiende a través del macizo rocoso. El coeficiente de seguridad es entonces estimado usando una combinación de las resistencias a lo largo del plano de deslizamiento de la junta y a lo largo de la denominada roca masiva, cuyas resistencias cortantes son evaluadas empleando los criterios de rotura no lineales de Barton y Choubey y Hoek y Brown respectivamente. La metodología propuesta también considera la influencia del comportamiento de la roca masiva cuando esta sigue una ley de flujo no asociada, incorporando para ello a los cálculos el parámetro de ángulo de dilatancia como un valor constante. Debido a que los fenómenos que rigen el comportamiento de la presa, y es especial su cimentación, son esencialmente de naturaleza estocástica, la nueva metodología analítica propuesta es usada para evaluar las condiciones de estabilidad empleando dos modelos: el modelo determinista y el modelo probabilista, cuyos resultados son el valor del coeficiente de seguridad y la probabilidad de fallo al deslizamiento respectivamente. El modelo determinista, implementado en una hoja de cálculo tipo MATLAB, es validado usando soluciones numéricas calculadas mediante el método de las diferencia finitas, empleando el código FLAC 6.0. El modelo propuesto proporciona resultados que son bastante similares a aquellos calculados mediante FLAC, sin embargo, dado que la formulación propuesta puede ser implementada en una hoja de cálculo, los costos computacionales se ven significativamente reducidos, permitiendo llevar a cabo más fácilmente análisis de sensibilidad de la influencia de los diferentes parámetros de entrada sobre la seguridad al deslizamiento de la presa. Una vez validado el modelo determinista, se realiza el análisis de sensibilidad empleando los principales parámetros que caracterizan a la cimentación, de cuyos resultados se obtienen los parámetros que más influencia tienen en la estabilidad al deslizamiento de la presa, y a demás se cuantifica el error que se produce al no considerar la ley de fluencia en la rotura de la roca masiva. La probabilidad de fallo es obtenida empleando el método de fiabilidad de primer orden First Order Reliability Method (FORM) empleando para su estimación los casos de fluencia asociada y no asociada. El modelo probabilista es posteriormente validado mediante el desarrollo de simulaciones de Monte Carlo. Los resultados obtenidos mediante ambas metodologías demuestran que para el caso no asociado los valores de probabilidad de fallo se ajustan de manera satisfactoria a los obtenidos mediante las simulaciones de Monte Carlo. Los resultados de del caso asociado producen resultados con errores del 0.7% al 66% obteniéndose una buena concordancia cuando los casos se encuentran en o cerca de situación de equilibrio límite. La principal ventaja que ofrece FORM para el análisis de la estabilidad de presas de fábrica, es su eficiencia computacional; a diferencia de las simulaciones de Monte Carlo (que requiere de al menos 4 horas por cada ejecución) FORM requiere tan solo de 1 a 3 minutos en cada ejecución, pudiendo desarrollarse miles de cálculos en tiempos bastante cortos.