Javier Rodríguez (PRINCIPIA)

JORNADA SOBRE MODELACIÓN NUMÉRICA EN INGENIERÍA DE PRESAS

Javier Rodríguez (PRINCIPIA)


ÍNDICE

1. Introducción

2. Modelos de material

3. Modelos estructurales

4. Calibración y validación

5. Conclusiones


1. INTRODUCCIÓN

Hay reacciones que pueden dar lugar a expansión del hormigón, destacándose la de tipo álcali-sílice.

El proceso es muy lento y habitualmente involucra varias reacciones en serie.


Efectos de la expansión: Deterioro del material

Generación y redistribución de tensiones debido a las condiciones de compatibilidad, afectadas por:

Condiciones de contorno

Expansión no homogénea


Presa arco-gravedad de San Esteban sobre el río Sil en Orense

Altura 115 m

Radio de curvatura 120 m

Terminación en 1955


Fisuración

Movimientos irreversibles Rotura guía ascensor

(solucionado)


2. MODELOS DE MATERIAL

Los modelos constitutivos macroscópicos son generalmente más adecuados a nivel estructural que los que incorporan los constituyentes del hormigón y la microestructura.

Los modelos más básicos de expansión establecen una equivalencia entre la expansión química y las dilataciones.

A su vez, la cinética química depende de la temperatura y de la humedad (esta habitualmente con menor variación en el tiempo que la anterior)

En ocasiones puede ser conveniente asumir una tasa de expansión constante en tiempo indefinido.


Modelo de Ulm (2000)

0 1 2 3 4

EX

tensió

n d

e la r

eacció

n x

(-)

Tiempo normalizado t/tL

0,5

0

1

Punto de inflexión

Tiempo de

latencia, tL

(referencia denormalización)

Doble del tiempo característico, tc

(normalizado con tL)


Varios autores han propuesto mejoras para tener en cuenta el estado tensional y de fisuración en la evolución de la reacción.

Entre ellos destaca el modelo de Saouma y Perotti (2006): Dependencia de la temperatura según Ulm

La dilatación en una dirección del espacio está afectada por las otras

Altas compresiones o tracciones reducen la expansión

Las direcciones preferenciales de expansión son las menos comprimidas

La fluencia está controlada por mecanismos distintos.


0.0

0.5

1.0

0 500 1000 1500 2000

Reaction e

xte

nt

(-)

Time (days)

Cracked 0 MPa10 MPa 20 MPaTriaxial, 20 MPa

0.0

0.2

0.4

0 500 1000 1500 2000

Volu

metr

ic e

xpansio

n (

%)

Time (days)

Cracked 0 MPa

10 MPa 20 MPa

Triaxial, 20 MPa


17 May 2011

0.0

0.1

0.2

0.3

0 500 1000 1500 2000

Unid

irectio

nal expansio

n (

%)

Time (days)

10 MPa

0 MPa

0 MPa

0.0

0.1

0.2

0.3

0 500 1000 1500 2000

Unid

irectio

nal expansio

n (

%)

Time (days)

10 MPa

10 MPa

0 MPa

0.0

0.1

0.2

0.3

0 500 1000 1500 2000

Unid

irectional expansio

n (

%)

Time (days)

20 MPa

10 MPa

10 MPa

0.0

0.1

0.2

0.3

0 500 1000 1500 2000

Unid

irectional expansio

n (

%)

Time (days)

20 MPa

20 MPa

10 MPa


3. MODELOS ESTRUCTURALES

Los distintos fenómenos físicos acoplados (térmico, químico y mecánico) pueden resolverse numéricamente por el método de los elementos finitos.

Una aproximación conveniente es: Obtener un año térmico promedio resolviendo la ecuación del calor

hasta obtener una solución periódica.

Realizar un análisis mecánico sometido a la expansión química (acoplado con el propio campo mecánico) y a las dilataciones térmicas, obteniéndose la evolución del estado de la presa incluyendo la deformación del terreno, la fisuración y el contacto cohesivo-friccional.


Modelo térmico


0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 12

Tem

per

atura

(ºC

)__

Tiempo (meses)

T-00-210-3 medida T-00-180-3 medida

T-00-210-3 modelo T-00-180-3 modelo


4. CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN La calibración de parámetros del modelo se basa

principalmente en resultados de ensayos de laboratorio y datos de auscultación.

La revisión de la documentación histórica del archivo técnico y los datos de nivelación son especialmente interesantes.

Entre los ensayos destacan los de expansión residual de distintas fracciones de áridos extraídos para estimar la fracción de reacción que tuvo lugar antes de la extracción, según la metodología desarrollada junto con el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja en el proyecto Prexes promovido por Iberdrola.


Expansión vertical (%)

Anterior 11 julio 1954 0,042

11 julio 54 – 17 abril 55 0,340

Posterior a 17 abril 1955 0,189


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 20 40 60 80 100 120 140

Ex

pan

sió

n (

%)

Tiempo (días)

B-4I-C-I-AG (C2) B-7I-C-I-AG (C4) B-6I-C-I-AG (C1)B-5I-180-I-AG (S1) B-4I-180-I-AG (S2) B-4I-210-I-AG (S1)B-1I-150-I-AG (S1) B-1D-150-I-AG (S2) B-1D-180-I-AG (S3)B-1D-210-I-AG (S2) B-4D-C-I-AG (C3) B-4D-180-I/S-AG (S4)B-4D-210-I-AG (S3) B-5D-180-I-AG (S5) Arido cantera-AG

fracción

(-) Deformación (mm/año.m)

Anterior 11 julio 1954 0,303 0,003

11 julio 54 – 17 abril 55 0,394 0,038

Posterior a 17 abril 1955 0,193 0,015

Fracción de la reacción consumida

JORNADA SOBRE MODELACIÓN NUMÉRICA EN INGENIERÍA DE PRESAS Fracción consumida de la reacción

Cota 180


Desplazamientos en 2017


5. CONCLUSIONES

Los modelos constitutivos macroscópicos son convenientes para estudiar el comportamiento estructural.

La calibración es un aspecto crítico, debiéndose basarse tanto en medidas de laboratorio como en el registro de los desplazamientos en la presa

La fracción de la reacción es una información especialmente valiosa.

Los modelos más realistas de material tienen en cuenta expansiones anisótropas basadas en el estado tensional

Javier Rodríguez (PRINCIPIA)

Documents

Transcript of Javier Rodríguez (PRINCIPIA)