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The social, economic, and environmental consequences of the failure of an arch dam make it essential to evaluate its dynamic response to mitigate the risk of a disaster. Since the slenderness and flexibility of these dams tend to increase the fluid-structure interaction during an earthquake, this work compares the dynamic response of a hypothetical arch dam in the Marañón river, in northern Perú, for both full and empty-reservoir conditions. Three formulations were used to estimate the hydrodynamic pressures: Westergaard’s added mass, Eulerian and Lagrangian. The comparisons were performed for earthquakes of distinct seismogenic sources, previously matched to a uniform hazard spectrum with a return period of 10000 years. The finite element method was used to derive the seismic demands of the dam-reservoir-foundation system in COMSOL Multiphysics software, carrying out time-history analyses assuming linear elastic behavior of the dam and foundation domains and a massless foundation approach, ignoring the effect of waves propagation in the foundation but considering its stiffness. The results show that the Lagrangian and Eulerian formulations produce similar seismic demands, while Westergaard’s added mass formulation is conservative. The full-reservoir condition generally increases the seismic demands, but the results will depend on the boundary conditions assumed for the fluid and the characteristics of the earthquake, among other factors. Earthquakes matched to the same uniform hazard spectrum do not necessarily produce equal dynamic responses. RESUMEN Las consecuencias sociales, económicas y ambientales de la falla de una presa de arco hacen que sea fundamental evaluar su respuesta dinámica para mitigar el riesgo de un desastre. Dado que la esbeltez y flexibilidad de estas presas tienden a aumentar la interacción fluido-estructura durante un sismo, este trabajo compara la respuesta dinámica de una hipotética presa de arco en el río Marañón, en el norte de Perú, tanto para condiciones de embalse lleno como vacío. Se utilizaron tres formulaciones para estimar las presiones hidrodinámicas: masa añadida de Westergaard, Euleriana y Lagrangiana. Las comparaciones se realizaron para terremotos de distintas fuentes sismogénicas, previamente emparejadas con un espectro de peligrosidad uniforme con un período de retorno de 10000 años. Se utilizó el método de elementos finitos para derivar las demandas sísmicas del sistema presa-reservorio-cimentación en el software COMSOL Multiphysics, realizando análisis de tiempo-historia asumiendo un comportamiento elástico lineal de los dominios de la presa y la cimentación y un enfoque de cimentación sin masa, ignorando el efecto de propagación de ondas en la cimentación pero considerando su rigidez. Los resultados muestran que las formulaciones lagrangianas y eulerianas producen demandas sísmicas similares, mientras que la formulación de masa agregada de Westergaard es conservadora. La condición de reservorio lleno generalmente aumenta las demandas sísmicas, pero los resultados dependerán de las condiciones de contorno asumidas para el fluido y las características del sismo, entre otros factores. Los terremotos que coinciden con el mismo espectro uniforme de amenazas no necesariamente producen respuestas dinámicas iguales. |
