Estudios térmicos evolutivos de presas de hormigón compactado con rodillo en fase de construcción

Resumen

En esta tesis doctoral se estudia la evolución térmica de las presas de hormigón compactado con rodillos (HCR) en construcción. Las presas de HCR se fabrican con hormigón de baja hidratación térmica que contiene cemento y cenizas volantes. El fraguado del hormigón es una reacción química exotérmica que eleva la temperatura de la mezcla. El calor de fraguado se libera al medio ambiente a través de las superficies de la presa. La naturaleza masiva de las presas de HCR y su rápida construcción hacen que parte del calor de fraguado se retenga dentro del cuerpo de la presa, lo que da lugar a diferencias de temperatura entre el núcleo de la presa y las caras de la misma. Los gradientes de temperatura pueden inducir tensiones que fracturen la presa. En consecuencia, los estudios térmicos en las presas de HCR en construcción son de vital importancia. En la presente tesis se desarrolló un software para calcular el campo térmico de las presas de HCR en construcción. En primer lugar, dicho software fue validado en un caso de estudio, la presa de Rialb, una presa de HCR construida en Lérida, España. Se simuló el campo térmico durante la construcción y se comparó los resultados del modelo con los datos registrados en la presa. El ajuste del modelo es notable y el grado de precisión es satisfactorio. Posteriormente, se analizó el efecto de los mecanismos de intercambio de calor -conducción, convección y radiación- en el campo térmico. Se concluyó que tanto la radiación solar como el intercambio de radiación electromagnética son los mecanismos más importantes. Por último, se evaluó el empleo del modelo sol-aire, una metodología simplificada para calcular el intercambio de calor entre la presa y la atmósfera. Se concluyó que el enfoque sol-aire proporciona buenas estimaciones de temperatura en las zonas cuasi-adiabáticas de la presa, pero no en las zonas cercanas a los paramentos. En segundo lugar, se estudió el efecto del modelo de hidratación del calor en el campo térmico. Existen dos tipos de modelos de hidratación: adiabático y no adiabático. Se simuló el campo térmico de otro caso de estudio, una presa inspirada en la presa de HCR de Enciso, utilizando ambos modelos. También se estudió el impacto de las condiciones climáticas y la temperatura de colocación del hormigón en el campo térmico. Las simulaciones mostraron que el modelo no adiabático proporciona una mayor temperatura del hormigón que el adiabático, ya que la reacción de hidratación se rige por una única curva de generación de calor en los modelos adiabáticos y no está influenciada por las condiciones climáticas o la temperatura del hormigón. En cambio, el modelo no adiabático proporciona una rica variedad de evoluciones de generación de calor, que se ven afectadas tanto por las condiciones climáticas como por la temperatura del hormigón. Por último, se evaluó el impacto de la dimensión del modelo -3-D, 2-D y 1-D- y el ritmo de construcción en el campo de temperatura, y se delucidó las diferencias en las predicciones de temperatura entre los modelos. Los análisis concluyen con algunas recomendaciones sobre la dimensión del modelo más adecuada. En este sentido, los modelos 3-D deben utilizarse para simular las partes de la presa cercanas a los estribos, los modelos 2-D son adecuados en las secciones centrales, y los modelos 1-D proporcionan un buen rendimiento en las zonas cuasi-adiabáticas.