Análisis acoplado hidro-mecánico en la construcción y operación de una presa de tierra homogénea

Abstract

El propósito principal de una presa de tierra es proporcionar la seguridad de retención y almacenamiento del agua; para diversos usos tales como irrigación, agua potable, hidroeléctricas entre otros, como consecuencia todas las presas deben representar una solución específica de diseño a las circunstancias de sitio. En este trabajo se ha realizado una simulación detallada del comportamiento esfuerzo-deformación y flujo durante la construcción y operación de una presa de tierra. Con este trabajo, se busca considerar el efecto de tres dimensiones en el análisis esfuerzo-deformación y flujo de una presa de tierra, como también incluir durante el análisis los fenómenos hidromecánicos (HM) que se define como la interacción física entre procesos hidráulicos y mecánicos, los cuales se producen de forma acoplada como por ejemplo el cambio en el esfuerzo efectivo. La metodología del trabajo ha sido la siguiente. En primer lugar, se ha realizado una revisión exhaustiva del estado del arte de la construcción de presas de tierra, describiendo las ecuaciones acopladas de los fenómenos físicos involucrados. A continuación, se describe la aplicación de métodos numéricos para resolver el sistema completo de ecuaciones. El código comercial COMSOL Multiphysics de elementos finitos (FE) ha sido utilizado como una herramienta numérica para el análisis. Después, varios ejemplos de referencia que implican las diferentes físicas tales como mecánica de suelos y flujo de agua se resuelven para comprobar la implementación propuesta de estas herramientas numéricas. Por último, se realiza una simulación del comportamiento esfuerzo-deformación y flujo de una presa de tierra homogénea con un sistema completo de ecuaciones qué representan dichas físicas. La herramienta numérica utilizada en este trabajo es capaz de resolver simultáneamente el flujo no saturado y la mecánica de suelos en medios porosos. Los cambios en la porosidad y la permeabilidad debido a la compactación, así como el tiempo de embalse/desembalse son los que afectan significativamente el comportamiento hidrodinámico de las presas de tierra. La comprensión del comportamiento real de distintas variables como las presiones intersticiales, los esfuerzos y los desplazamientos mejora debido a que se considera la saturación variable y el comportamiento esfuerzo-deformación elasto-plástico no lineal durante el proceso de construcción y operación. sdasdasd