Validación de un modelo numérico de diseño de presas de enrocado con cara de concreto a partir de la instrumentación geotécnica caso Porce III (2014)
Las presas de enrocado con cara de concreto (CFRD) son el tipo de presa más ampliamente construida hoy en día, esto se debe a las características de estabilidad propias de su tipo, a la optimización y reducción en los tiempos de ejecución y a que los requerimientos y tratamientos en la fundación son menos exigentes y más sencillos de llevar a cabo en comparación con otros tipos de presas. Sin embargo el actual estado empírico en la práctica de este tipo de presas ha sido cuestionado y puesto en duda, debido a que durante la última década, varias CFRDs de gran altura experimentaron agrietamiento significativo en la parte central de la cara de concreto durante el primer llenado del embalse. El diseño y desarrollo de las presas de enrocado con cara de concreto ha sido basado primordialmente en precedente y empirismo; sin embargo los incidentes recientes han mostrado que la extrapolación del pasado con los procedimientos actuales puede tener serias consecuencias. La ocurrencia de estos incidentes, sugiere la necesidad de desarrollar herramientas analíticas para predecir el comportamiento de este tipo de presas. Con modernas herramientas computacionales existe la posibilidad de hacer análisis de sensibilidad de la influencia de los parámetros particulares que influyen en el comportamiento de este tipo de presas y por lo tanto, evaluar la viabilidad de diferentes medidas de mitigación para reducir el nivel de esfuerzos en la cara de concreto. Con el propósito de estimar de manera consistente el comportamiento de este tipo de presas, se ha venido desarrollando una metodología de análisis de comportamiento de presas de enrocado con cara de concreto mediante la implementación de un modelo numérico en tres dimensiones por parte de Ingetec S.A. Ya que este trabajo de investigación hace parte de tal desarrollo metodológico, el objetivo principal de éste, es el de dar continuidad, optimizar y validar esta metodología, para lo cual se presenta el desarrollo de un modelo numérico en tres dimensiones para la presa de enrocado con cara de concreto del proyecto hidroeléctrico Porce III, que permita determinar el comportamiento de ésta y compararlo con las mediciones realizadas mediante la instrumentación geotécnica, ya que comparaciones satisfactorias entre las mediciones y los resultados del modelo, además de enriquecer la metodología, permiten validarla para que se constituya en una herramienta racional y robusta de análisis del comportamiento de este tipo de estructuras. La comparación entre las mediciones de instrumentación y los resultados del modelo numérico se realizaron para los dos escenarios claves en la respuesta de la presa. El primero es al final de las etapas de construcción, con el cual se evalúa el comportamiento de la presa, principalmente de los enrocados en función del proceso constructivo, las cargas de peso propio y la calidad de los materiales de relleno. El segundo, el más crítico y por eso el más importante de los dos, es al final del proceso de llenado, con lo cual se aprecia además del comportamiento de los enrocados, el comportamiento principalmente de la cara de concreto ante las solicitaciones producidas por la carga hidrostática que actúa sobre ésta debido a la acción del embalse. Con el fin de desarrollar el presente trabajo se realizó la revisión, el procesamiento y el análisis de la información de monitoreo obtenida a partir de la instrumentación geotécnica instalada, la cual permitió determinar el comportamiento de la presa al llevarse a cabo su construcción y durante el transcurso de llenado del embalse. Posteriormente se desarrolló un modelo de elementos finitos en tres dimensiones para la presa Porce III, el cual fue basado en la topografía del terreno del sitio de presa y en la secuencia constructiva que se proyectó para la construcción de ésta. El modelo se desarrolló en el software multipropósito de elementos finitos ABAQUS R (2013), donde se incorporan las diferentes etapas de construcción, incluyendo la colocación del relleno de la presa, la construcción de la losa y el llenado del embalse. En este modelo se tuvieron en cuenta los modelos constitutivos de los materiales, las interfases entre ellos y las condiciones de frontera propias de la modelación. En los análisis numéricos de CFRDs, el modelo constitutivo del enrocado es la base más importante del análisis. El comportamiento esfuerzo-deformación de enrocados tiene una respuesta no lineal con el nivel de esfuerzo siguiendo el comportamiento de un material que endurece por deformación. En la modelación se utilizó el modelo hiperbólico planteado por [Duncan et al, 1980]. Adicionalmente se realizó en esta investigación una propuesta de extensión al modelo, la cual incluye una definición más general, planteándolo en término de esfuerzos equivalentes. También se involucró el comportamiento transversalmente anisotrópico presentado por los enrocados puestos en presas de este tipo, el cual es determinante en la obtención de resultados consistentes.