Diseño de aliviaderos de bloques en forma de cuña

Abstract

Los aliviaderos de bloques en forma de cuña son una tipología innovadora que permite el sobrevertido sobre el cuerpo de presas de materiales sueltos de una manera segura, con la consiguiente ventaja económica que presenta frente a las soluciones habituales de aliviaderos exentos de hormigón. Sin embargo apenas se ha aplicado esta solución de aliviadero por algunas incertidumbres que plantea, fundamentalmente en cuanto al desarrollo de presiones intersticiales en la capa granular de apoyo de los bloques y sus efectos sobre la estabilidad de los mismos, así como por la ausencia de procedimientos técnicos de diseño. En esta tesis doctoral se ha propuesto un procedimiento completo para el diseño de aliviaderos con bloques en forma de cuña, el cual se ha automatizado mediante el desarrollo de un código informático propio. Como base para el desarrollo del procedimiento de diseño se han desarrollado varias campañas de modelación numérica, respaldadas por ensayos de validación en modelo físico. De tal forma que se caracterizó el comportamiento de la capa de drenaje y sus condiciones de saturación, se desarrolló un método para el ajuste numéricoexperimental de leyes de pérdida de carga parabólica en medios porosos, así como una formulación para el cálculo del coeficiente de seguridad a deslizamiento de una capa de drenaje parcialmente saturada. También se calibró y validó un método numérico para reproducir el fenómeno de infiltración entre bloques. Finalmente se caracterizó la estabilidad de los bloques en forma de cuña ante acciones de vandalismo y frente a solicitaciones hidráulicas debidas al sobrevertido. Según los resultados obtenidos en las campañas de modelación se propone un procedimiento de cálculo que permite definir la geometría apropiada de aliviadero, garantizando la estabilidad del cuerpo de presa, de la capa de drenaje y de los propios bloques, evitando la subpresión en el apoyo granular de los mismos con las incertidumbres que ello acarrea. ----------ABSTRACT---------- Wedge-shaped block spillways are an innovative typology that allows overflowing over the body of earth and rockfill dams in a safe and economic way, in front of the usual solutions of side concrete spillways. However, this solution has hardly been applied due to some uncertainties, related with the saturation process of the granular support layer and the stability effects induced on the blocks, as well as the lack of technical design procedures. In this thesis a complete procedure has been proposed to design wedge-shaped block spillways. The procedure has been automated through the development of a computer code. The development of the design procedure was based on several numerical campaigns, supported by physical validation tests. In such way the behavior of the drainage layer and its saturation conditions were characterized, a method for numerical-experimental fitting of parabolic head loss laws in porous media was developed, as well as a formulation to obtain a safety factor against mass sliding for partially saturated drainage layers. A specific numerical method was also calibrated and validated in order to reproduce the infiltration between blocks. Finally, the stability of wedge-shaped blocks was characterized against vandalism and hydraulic actions. According to these results a specific procedure was proposed to define the appropriate spillway geometry, to ensure the stability of the dam body, the drainage layer and the blocks.