Cálculo de presas de hormigón mediante modelos numéricos

La revisión de seguridad de las presas en explotación requiere, según la normativa vigente, comprobaciones periódicas en diferentes aspectos, tales como la revisión documental del archivo técnico, la comprobación hidrológica e hidráulica, la inspección de los elementos electromecánicos, y los análisis de comportamiento basados en la auscultación, estado de las instalaciones, etc. También es necesaria la realización de cálculos de estabilidad para analizar sus condiciones de seguridad estructural. En principio, se trata de modelos de cálculo sencillos puesto que se analiza una estructura existente, en servicio, que se supone correctamente mantenida y auscultada. 

No obstante, en muchas ocasiones el sencillo cálculo analítico de la presa como sólido rígido no resulta suficiente, presentándose distintas casuísticas según el tipo de presa: presas arco-gravedad o bóveda cuyo comportamiento es claramente tridimensional, presas de contrafuertes, problemas de expansividad en el hormigón, presas con incrementos térmicos relevantes y tensiones de origen térmico, presas muy antiguas con un hormigón de baja resistencia, presas situadas en zonas de alta sismicidad, etc. 

Presa del contraembalse de la central hidroeléctrica del Tajo de la Encantada

Esta problemática necesita del empleo de modelos numéricos de elementos finitos para el cálculo y análisis de la estructura. Este tipo de modelos permite analizar cualquier geometría bidimensional o tridimensional, además de mostrar el estado tensional del hormigón, estudiar la interacción entre la presa y el terreno de cimiento, y también simular de una forma mucho más precisa la distribución de presiones intersticiales en el apoyo de la presa y las cargas hidrostáticas e hidrodinámicas sobre la estructura. 

Para este tipo de trabajos, la división de Obras Hidráulicas recabó la colaboración del departamento de Geotecnia, con gran experiencia en la modelización numérica avanzada de problemas de interacción terreno-estructura tanto en condiciones convencionales (estáticas) como sísmicas (dinámicas). 

Caso de éxito, fruto de la colaboración entre los expertos en presas y en geotecnia, aumentando el conocimiento adquirido en estudios de estabilidad con metodología de elementos finitos para presas de hormigón

Fruto de ello, el departamento de Geotecnia ha desarrollado un conjunto de procedimientos de cálculo de presas de hormigón mediante elementos finitos, usando el programa PLAXIS. Entre otros aspectos, este programa permite realizar el cálculo por medio de un script de código Python, lo que ha resultado de gran utilidad para realizar los análisis de sensibilidad, siempre convenientes por la incertidumbre que existe en el conocimiento de los distintos parámetros, además de facilitar la realización de sucesivos tanteos a petición del cliente. 

Presa de Camarasa, analizada por medio de un modelo tridimensional

Cada presa es diferente y cada una requiere un tipo de análisis u otro, dependiendo de sus características y condicionantes específicos. Por ello, resulta fundamental contar con una amplia biblioteca de scripts de cálculo para los distintos casos, con objeto de poder adaptar uno o varios de los scripts existentes a cada caso en particular, que siempre será diferente de los anteriores. Además, cada nueva presa calculada permite ampliar la biblioteca, lo que impacta positivamente en una mayor agilidad para futuros encargos similares. Como resultado de las revisiones de seguridad llevadas a cabo en los últimos años, tanto para clientes privados (Endesa e Iberdrola) como públicos (confederaciones hidrográficas), TYPSA cuenta actualmente con una amplia experiencia y con unos procedimientos de análisis que nos permiten abordar este tipo de trabajos con una notable eficacia, cumpliendo con los estándares más exigentes. Asimismo, fruto del desarrollo de estos trabajos, la práctica ha permitido ampliar el número de compañeros involucrados en estos trabajos, lo que resulta especialmente beneficioso para las generaciones más jóvenes del departamento, al poder aplicar en trabajos concretos el aprendizaje adquirido, siempre liderados por los profesionales más experimentados del departamento de Geotecnia. 

Relación de presas analizadas: