Este documento presenta tres casos de estudio donde se utilizó la geomecánica computacional en proyectos hidroeléctricos: 1) Análisis de estabilidad de talud de corte para casa de máquinas, 2) Comportamiento hidráulico en zona de intersección de túneles, y 3) Esfuerzos y deformaciones en presa de concreto compactado con rodillo. En cada caso se describe la problemática, características del proyecto, elaboración del modelo de análisis y resultados obtenidos. La geomecánica computacional

1. Sesión MIDAS ELITE
Aplicaciones de Geomecánica
Computacional en Proyectos de
Generación Hidroeléctrica
Luis Felipe Cárdenas Restrepo
Ingeniero Civil, Esp. Mecánica Computacional
HMV Ingenieros Ltda.
Colombia

2. 01 Introducción
02 Estabilidad Talud de Corte para
Contenido
Casa de Máquinas
03 Comportamiento Hidráulico
Intersección de Túneles
04 Análisis Presa de CCR
05 Inquietudes

3. HMV INGENIEROS LTDA
Presentación
HMV Ingenieros es una compañía privada con más de 50 años de experiencia en los sectores
de energía eléctrica, aguas y saneamiento básico, infraestructura para transporte, sistema de
gas y petróleo, urbanismo y edificios industriales, entre otros.
HMV Ingenieros cuenta con distintos valores corporativos, que definen su cultura y el carácter
de la empresa, guían los comportamientos y las decisiones. Estos valores se vivencian en cada
uno de los servicios de ingeniería y en las actuaciones de los empleados. Los siete principios
que rigen la compañía son los siguientes: Ética, Responsabilidad social, Creatividad, Calidad,
Servicio al Cliente, Crecimiento del personal, Compromiso del personal.

4. HMV INGENIEROS LTDA

5. Generalidades

6. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Generalidades
Descripción
Se presenta un resumen de diversas historias de casos en ingeniería de centrales
hidroeléctricas donde el uso de la geomecánica computacional ha desarrollado un papel
fundamental en el entendimiento de los problemas.
Se evalúan tres casos de análisis:
- Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas,
- Comportamiento Hidráulico en Zona de Intersección de Túneles y
- Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC).

7. Estabilidad de Talud de Corte para Casa
de Máquinas

8. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Problemática
Se requiere la ejecución de una casa de máquinas superficial con geometría compleja en una
zona enmarcada por altas pendientes y depósitos de gran espesor subyacido por suelo residual
de bajas calidades geomecánicas.
Para este caso, la ejecución de análisis bi-dimensionales no permite identificar la generación de
mecanismos de falla en los contactos entre coluvión y suelo residual, o entre suelo residual y
roca fracturada por lo que una evaluación tri-dimensional de las condiciones iniciales y finales
es requerida.
Las etapas de análisis contemplan la evaluación de:
- Condiciones iniciales.
- Excavación final.

9. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Características
Altura de Corte: 130 m.
Área Afectada:
- Talud: 2,0 Hectáreas
- Plazoleta: 0,5 Hectáreas
Talud de corte:
- 0,5H:1,0V
- Bancos de 15 m de altura.
- Vía industrial en la parte superior
del corte.
Geología particular:
- Depósitos de hasta 20 m de
espesor en la parte alta.

10. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Elaboración de modelo de análisis
Las etapas de generación del modelo
de análisis corresponden a:
- Generación del perfil geológico de
la sección máxima de corte.
- Generación de Modelo Digital de
Terreno empleando “Terrain
Geometry Maker”
- Inclusión de perfil geológico y
generación de estratigrafías.
- Modificacion de sólido de análisis.
- Enmallado de sólidos resultantes

11. Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Elaboración de modelo de análisis

12. Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Sólido Base Extrapolación de Estratigrafías
Elaboración de modelo de análisis

13. Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Elaboración de modelo de análisis
Roca IIB
Transición
suelo Roca
IC-IIA
Roca IIA
Depósito
* Clasificación de Horizontes de Meteorización Según Deere & Patton

14. Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Condición Original Final de Excavación
Elaboración de modelo de análisis

15. Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Condición Original Final de Excavación
Elaboración de modelo de análisis

16. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Condiciones de Análisis
Dadas las características preliminares
de diseño, los análisis ejecutados
corresponden a:
- Inicialización de esfuerzos.
- Análisis no lineal para la condición
original.
- Análisis no lineal para el final de la
excavación del talud, la plazoleta y
la vía.
- Estimación de factor de seguridad
para los escenarios anteriores
empleando análisis de Reducción
de Resistencia al Corte (SSR).
Número de Elementos: 41402
Número de Nodos: 16348

17. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Resultados de Análisis – Desplazamientos
Condición Original Final de Excavación

18. Midas GEN
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Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Resultados de Análisis – Esfuerzos Principales Menores
Condición Original Final de Excavación

19. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Resultados de Análisis – Esfuerzos Cortantes Máximos
Condición Original Final de Excavación

20. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Resultados de Análisis – Deformaciones Unitarias Plásticas
Condición Original Final de Excavación

21. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Resultados de Análisis – Condición de Estabilidad
Condición Original Final de Excavación

22. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Resultados de Análisis – Vectores de Movimiento
Condición Original Final de Excavación

23. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Resultados de Análisis – Superficies de Falla
Condición Original Final de Excavación

24. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Estabilidad de Talud de Corte para Casa de
Máquinas
Resultados de Análisis – Secciones Máximas – A la falla
Deformaciones Unitarias Cortantes
Desplazamientos

25. Comportamiento Hidráulico de
Intersección de Túneles

26. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Comportamiento Hidráulico de Intersección de
Túneles
Problemática
Se generan inquietudes sobre la eficiencia hidráulica del sistema de impermeabilización
propuesto para una zona de intersección entre el túnel de conducción a la central hidroeléctrica
y la ventana de construcción ejecutada para dicho túnel. En esta ventana, se propuso la
ejecución de un tapón en concreto e inyecciones de impermeabilización, consolidación y
contacto, seguido de varias cortinas de drenajes.
Aunque se generaron modelos bi-dimensionales de análisis, la cercanía entre túneles genera
una interacción marcada en el comportamiento hidráulico; razón por la cual, se generaron
análisis tri-dimensionales con el fin de evaluar dicho efecto.

27. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Comportamiento Hidráulico de Intersección de
Túneles
Características
Túnel de Conducción:
- Longitud: 4,0 km
- Sección: Herradura
- Dimensión: 4,0x4,0 m
Ventana de Construcción
- Longitud: 310 m
- Sección: Herradura
- Dimensión: 3,0x3,0 m

28. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Comportamiento Hidráulico de Intersección de
Túneles
Características
Túnel de Conducción:
- Longitud: 4,0 km
- Sección: Herradura
- Dimensión: 4,0x4,0 m
Ventana de Construcción
- Longitud: 310 m
- Sección: Herradura
- Dimensión: 3,0x3,0 m
Geología particular:
- Granodiorita fracturada.

29. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Comportamiento Hidráulico de Intersección de
Túneles
Elaboración de modelo de análisis
Las etapas de generación del modelo
de análisis corresponden a:
- Generación de Modelo Digital de
Terreno empleando “Terrain
Geometry Maker”.
- Generación del perfil geológico
mediante geoestadística de las
exploraciones ejecutadas.
- Modificación de sólido de análisis.
- Enmallado de sólidos resultantes.

30. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Comportamiento Hidráulico de Intersección de
Túneles
Elaboración de modelo de análisis

31. Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Comportamiento Hidráulico de Intersección de
Túneles
Sólidos Base de Macizo Rocoso Sólidos Base de Túneles
Elaboración de modelo de análisis

32. Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Comportamiento Hidráulico de Intersección de
Túneles
Intersección a la Entrada Intersección a la Salida
Elaboración de modelo de análisis

33. Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Comportamiento Hidráulico de Intersección de
Túneles
Elaboración de modelo de análisis
Selección de Área de estudio
Discretización del Túnel y su Alrededor

34. Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Comportamiento Hidráulico de Intersección de
Túneles
Establecimiento de casos de análisis
Longitud de Tapón 6,5 m
Longitud de Tapón
26,0 m
Longitud de Tapón 13,0 m

35. Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Comportamiento Hidráulico de Intersección de
Túneles
Resultados de Análisis – Cabezas de Presión
Longitud de Tapón 6,5 m Longitud de Tapón 26,0 mLongitud de Tapón 13,0 m

36. Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Comportamiento Hidráulico de Intersección de
Túneles
Resultados de Análisis – Gradiente Hidráulico
Longitud de Tapón 6,5 m
Longitud de Tapón
26,0 m
Longitud de Tapón 13,0 m

37. Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo
(RCC)

38. Midas GEN
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Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo (RCC)
Problemática
Se generan inquietudes sobre el comportamiento en términos de esfuerzos y deformaciones
unitarias para las condiciones de trabajo (diferentes escenarios de carga) de una presa de
concreto compactado con rodillo.
Para este efecto, se construye un modelo bi-dimensional que permita evaluar la respuesta
básica de la presa a las cargas de:
- Peso propio
- Embalse en el nivel normal de operación.

39. Midas GEN
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Midas Gen
Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo (RCC)
Características
Altura de Presa:
- Longitud: 4,0 km
- Sección: Herradura
- Dimensión: 4,0x4,0 m

40. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo (RCC)
Elaboración de modelo de análisis
Las etapas de generación del modelo
de análisis corresponden a:
- Selección se geometría de análisis.
- Generación de geometría de
análisis.
- Enmallado de geometría de análisis.
- Aplicación de condiciones de
frontera.

41. Midas GEN
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Midas Gen
Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo (RCC)
Resultados de Análisis – Desplazamientos
Peso Propio Embalse
Totalizado

42. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo (RCC)
Resultados de Análisis – Esfuerzos Máximos a Compresión
Construcción Llenado Embalse

43. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo (RCC)
Resultados de Análisis – Esfuerzos Máximos a Tracción
Peso Propio Embalse

44. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
Bridging Your Innovations to Realities
Midas Gen
Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo (RCC)
Resultados de Análisis – Deformaciones Unitarias a Cortante
Peso Propio Embalse

45. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo (RCC)
Resultados de Análisis – Plastificación
Peso Propio Embalse

46. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo (RCC)
Resultados de Análisis – Comportamiento Hidráulico
Cabeza Total
Superficie de Flujo
Cabeza de Presión

47. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo (RCC)
Resultados de Análisis – Comportamiento Hidráulico
Gradiente Hidráulico Velocidad de Flujo
Subpresión

48. Midas GEN
Análisis de Interacción Suelo Estructura de Edificios
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Midas Gen
Esfuerzos y Deformaciones en Presa de
Concreto Compactado con Rodillo (RCC)
Resultados de Análisis – Comportamiento a la Falla (FS: 1,5)
Peso Propio Embalse

49. Inquietudes

50. ¡Gracias!
Luis Felipe Cárdenas Restrepo
lcardenas@h-mv.com