Mejora de los modelos térmicos de las presas bóveda en explotación : aplicación al análisis del efecto del cambio climático

Abstract

Las cargas de origen térmico causadas por las acciones medioambientales generan
esfuerzos apreciables en estructuras hiperestáticas masivas, como es el caso de las
presas bóvedas. Ciertas investigaciones apuntan que la variación de la temperatura
ambiental es la segunda causa de reparaciones en las presas del hormigón en servicio.
Del mismo modo, es una causa de fisuración en un porcentaje apreciable de casos.
Las presas son infraestructuras singulares por sus dimensiones, su vida útil, su
impacto sobre el territorio y por el riesgo que implica su presencia. La evaluación
de ese riesgo requiere, entre otras herramientas, de modelos matemáticos de predicción del comportamiento. Los modelos han de reproducir la realidad del modo más fidedigno posible. Además, en un escenario de posible cambio climático en el que se prevé un aumento de las temperaturas medias, la sociedad ha de conocer cuál será el
comportamiento estructural de las infraestructuras sensibles en los futuros escenarios
climáticos.
No obstante, existen escasos estudios enfocados a determinar el campo de temperaturas
de las presas de hormigón. Así, en esta investigación se han mejorado los
modelos de cálculo térmico existentes con la incorporación de nuevos fenómenos físicos de transferencia de calor entre la estructura y el medio ambiente que la rodea.
También se han propuesto nuevas metodologías más eficientes para cuantificar otros
mecanismos de transferencia de calor.
La nueva metodología se ha aplicado a un caso de estudio donde se disponía de un
amplio registro de temperaturas de su hormigón. Se ha comprobado la calidad de las
predicciones realizadas por los diversos modelos térmicos en el caso piloto. También
se han comparado los resultados de los diversos modelos entre sí. Finalmente, se ha
determinado las consecuencias de las predicciones de las temperaturas por algunos de
los modelos térmicos sobre la respuesta estructural del caso de estudio.
Los modelos térmicos se han empleado para caracterizar térmicamente las presas
bóveda. Se ha estudiado el efecto de ciertas variables atmosféricas y determinados
aspectos geométricos de las presas sobre su respuesta térmica.
También se ha propuesto una metodología para evaluar la respuesta térmica y
estructural de las infraestructuras frente a los posibles cambios meteorológicos inducidos
por el cambio climático. La metodología se ha aplicado a un caso de estudio,
una presa bóveda, y se ha obtenido su futura respuesta térmica y estructural frente
a diversos escenarios climáticos. Frente a este posible cambio de las variables meteorológicas, se han detallado diversas medidas de adaptación y se ha propuesto una modificación de la normativa española de proyecto de presas en el punto acerca del cálculo de la distribución de temperaturas de diseño.
Finalmente, se han extraído una serie de conclusiones y se han sugerido posibles
futuras líneas de investigación para ampliar el conocimiento del fenómeno de la
distribución de temperaturas en el interior de las presas y las consecuencias sobre su
respuesta estructural. También se han propuesto futuras investigaciones para desarrollar
nuevos procedimiento para definir las cargas térmicas de diseño, así como posibles medidas de adaptación frente al cambio climático.
Thermal loads produced by external temperature variations may cause stresses in
massive hyperstatic structures, such as arch dams. External temperature changes are
pointed out as the second most major repairs in dams during operation. Moreover,
cracking is caused by thermal loads in a quite number of cases.
Dams are unique infrastructures given their dimensions, lifetime, spatial impacts
and the risks involve by their presence. The risks are assessed by means of mathematical
models which compute the behavior of the structure. The behavior has to be
reproduced as reliable as possible. Moreover, since mean temperature on Earth is expected
to increase, society has to know the structural behavior of sensitive structures
to climate change.
However, few studies have addressed the assessment of the thermal field in concrete
dams. Thermal models are improved in this research. New heat transfer phenomena
have been accounted for. Moreover, new and more efficient methodologies for computing
other heat transfer phenomena have been proposed.
The methodology has been applied to a case study where observations from thermometers
embedded in the concrete were available. Recorded data were predicted by
several thermal models and the quality of the predictions was assessed. Furthermore,
predictions were compared between them. Finally, the consequences on the stress
calculations were analyzed.
Thermal models have been used to characterize arch dams from a thermal point
of view. The effect of some meteorological and geometrical variables on the thermal
response of the dam has been analyzed.
Moreover, a methodology for assessing the impacts of global warming on the thermal
and structural behavior of infrastructures has been proposed. The methodology
was applied to a case study, an arch dam, and its thermal and structural response to
several future climatic scenarios was computed. In addition, several adaptation strategies
has been outlined and a new formulation for computing design thermal loads
in concrete dams has been proposed.
Finally, some conclusions have been reported and some future research works
have been outlined. Future research works will increase the knowledge of the concrete
thermal field and its consequences on the structural response of the infrastructures.
Moreover, research works will develope a new procedure for computing the design
thermal loads and will study some adaptation strategies against the climate change.