Análisis dinámico de una presa utilizando datos Strong Motion Accelerograph

Como parte del funcionamiento de la red sísmica de la industria del agua de Victoria, el Centro de Investigación Sismología instaló recientemente acelerógrafos triaxiales de movimiento fuerte (SMA) en la presa de Glenmaggie.

Una de ellas se instaló cerca del centro de la cresta de la presa de Glenmaggie, y otra en un punto de monitoreo sísmico de movimientos débiles ya existente, ubicado cerca del estribo izquierdo de la presa.

El sensor SMA ubicado en la cresta de la presa (GLMMD) monitorea la respuesta de la estructura a terremotos significativos cercanos, mientras que el sensor SMA ubicado cerca del estribo (GLMMA) actúa como un sitio de referencia de roca madre para determinar la entrada de movimiento del suelo que influye en la respuesta de la presa.

Medir la respuesta de la presa ante un fuerte sismo ayudará a confirmar que la presa se comporta como se espera, a verificar los parámetros de diseño y a detectar posibles daños ocultos en la estructura tras un gran terremoto.

En una región con bajo riesgo sísmico como Australia, dado que el objetivo principal de estos instrumentos es registrar terremotos cercanos, poco frecuentes y de magnitud moderada a grande, la mayor parte del tiempo estos instrumentos simplemente registran el ruido sísmico ambiental.

En este contexto, el ruido ambiental es un nombre genérico para la vibración persistente del suelo (o estructura) generada por diversas fuentes, incluidas las actividades humanas, el viento y otros fenómenos atmosféricos, las corrientes de los ríos y las olas del océano.

Podemos utilizar el ruido ambiental registrado por los instrumentos SMA, así como los registros de terremotos de pequeña a moderada magnitud, para determinar algunas de las características dinámicas de la presa. El SRC ha realizado un análisis de estos datos para Glenmaggie.

Se utilizaron dos procedimientos diferentes para analizar el ruido ambiental en la presa de Glenmaggie. La primera técnica consiste en transformar las grabaciones del ruido ambiental en el dominio del tiempo al dominio de la frecuencia mediante una transformada rápida de Fourier (FFT) y analizar cada canal individualmente. Si asumimos que el ruido sísmico ambiental de entrada es principalmente ruido blanco (es decir, de intensidad uniforme en todas las frecuencias registradas), entonces cualquier pico en los datos registrados en la presa debería proporcionar información sobre la misma. Los datos del espectro de Fourier registrados en el estribo son uniformes en todas las frecuencias que el instrumento es capaz de registrar (véase la figura 1 a continuación), lo que confirma que el ruido de entrada a la presa es, en efecto, ruido blanco.

Los datos del espectro de Fourier registrados en el canal aguas arriba/aguas abajo de la cresta SMA muestran dos picos distintos a 8.6 y 9.3 Hz, lo que indica que la entrada de ruido blanco está generando una respuesta en la presa a estas frecuencias. Véase la Figura 2.

La segunda técnica para analizar las vibraciones del ruido ambiental implica nuevamente observar los datos en el dominio de la frecuencia, pero utilizando la relación entre el movimiento horizontal y vertical (H/V) para obtener información sobre las propiedades dinámicas de la presa. La Figura 3 muestra los canales individuales del SMA de la cresta en el dominio de la frecuencia después de aplicar cierto filtrado y ventana, y la traza azul (aguas arriba/aguas abajo) muestra nuevamente una respuesta máxima alrededor de 9.3 Hz.

Respuesta ante terremotos

El 23 de junio de 2023, los instrumentos SMA en Glenmaggie registraron la mayor réplica del terremoto de Woods Point (hasta la fecha), un evento de magnitud MLv 4.7 a una distancia de 60 kilómetros. Si bien este evento no fue lo suficientemente grande ni cercano como para causar daños a la presa, si asumimos que la presa responderá de manera similar tanto a terremotos grandes como pequeños, los datos de este pequeño evento pueden darnos información sobre cómo podría responder la presa a terremotos de mayor magnitud.

La figura 4 muestra el terremoto tal como lo registraron el sensor SMA del estribo (los tres canales superiores) y el sensor SMA de la cresta (los 3 canales inferiores).

Los datos indican que el movimiento se amplificó por un factor de casi x1.6 en la dirección paralela al muro de la presa, entre los estribos, por un factor de x11 en el eje aguas arriba/aguas abajo y por alrededor de x1.6 para el movimiento vertical.

La amplitud máxima registrada en el eje aguas arriba/aguas abajo fue de 331.6 mm /s² (0.0338 g); sin embargo, como ilustra la Figura 5, la aceleración máxima de la suma vectorial registrada en la cresta de la presa fue ligeramente superior, de 350.7 mm /s². desplazamiento máximo de la cresta fue inferior a 1 mm.