Flujo de Agua en Bordos y Laderas: Parte 1.pptx

Flujo de agua en bordos y laderas
Parte I
Héctor de la Fuente
hdelafuente@soilsolution.com

FLUJO DE AGUA EN TALUDES Y LADERAS
PRINCIPIOS BÁSICOS
MECANISMOS DE
FALLAS EN
BORDOS Y
MÁRGENES
NATURALES
RECOMENDACIONES
DE CONSTRUCCIÓN
DE BORDOS
CASOS PRÁCTICOS
INNOVACIONES
PARA SOLUCIONAR
PROBLEMAS DE
ESTABILIDAD
Condiciones iniciales
drenadas y no
drenadas
Causas debidas a
fuerzas hidráulicas
Medidas de
mitigación
Bordo Gaviotas,
Villahermosa,
Tabasco
Refuerzo con pilas
de grava
compactada
Parámetros de
resistencia drenados
y no drenados
Degradación de la
superficie
Criterios de diseño
Ladera en Oxolotán,
Tabasco
Sistema SRT
Análisis de
estabilidad en
términos de esfuerzos
totales y efectivos
Causas
estructurales
Soluciones
inmediatas a
problemas locales
Ladera en La Raya
Zaragoza, Tabasco
Filtros de arena
Fenómeno del
vaciado rápido
Combinación de
fallas
Terraplén Briceño,
Ecuador
Earthquake piles ®

3
Condiciones iniciales drenadas y no drenadas
Héctor de la Fuente Utrilla
• ¿Si yo aplico o quito una
carga, se generan excesos de
presión de poros (negativos
o positivos)?
R= Todo depende de la
velocidad

4
Permeabilidad Tiempo de
aplicación de carga
Condición
Alta Rápida Drenada
Alta Lenta Drenada
Baja Rápida No drenada
Baja Lenta ¿Qué tan lenta?

5

6
Parámetros de resistencia drenados y no-drenados

PRINCIPIOS BÁSICOS
MECANISMOS DE
FALLAS EN
BORDOS Y
MÁRGENES
NATURALES
RECOMENDACIONES
DE CONSTRUCCIÓN
DE BORDOS
CASOS PRÁCTICOS
INNOVACIONES
PARA SOLUCIONAR
PROBLEMAS DE
ESTABILIDAD
drenadas y no
drenadas
Causas debidas a
Medidas de
mitigación
Bordo Gaviotas,
Villahermosa,
Tabasco
Refuerzo con pilas
de grava
compactada
Parámetros de
y no drenados
Degradación de la
superficie
Tabasco
Sistema SRT
Análisis de
estabilidad en
totales y efectivos
Causas
estructurales
Soluciones
inmediatas a
problemas locales
Ladera en La Raya
Zaragoza, Tabasco
Filtros de arena
Fenómeno del
vaciado rápido
Combinación de
fallas
Terraplén Briceño,
Ecuador
Earthquake piles

8
Análisis de estabilidad en términos de esfuerzos totales o
efectivos
ESFUERZOS
EFECTIVOS
ESFUERZOS TOTALES
O
Conocer
presiones de poro
existentes en cada punto
de la superficie de falla
No es necesario restar la presión de
poro a las presiones totales.
O
La presión de
poro se toma en cuenta
explícitamente
La presión se encuentra implícito en
el valor de la resistencia no-drenada
O
Es más útil para
fines de control en etapas
de la construcción
Es más directo y elimina errores
instrumentales de medición
O

9
efectivos
Todas las fuerzas actuantes (peso propio,
sobrecargas, presiones del agua en el
paramento del talud) deben ser incluidas
en el análisis, independientemente del
tipo

10
efectivos
Tipo de análisis Parámetros Condición inicial
Esfuerzos totales No drenados
cu, θu, σt, Eu
No drenada
Esfuerzos efectivos Drenados
(E´, c´, u)
Drenada
No-Drenada

11
efectivos

Suelo de cimentación
Condiciones iniciales:
Tipo de parámetros de resistencia:
Tipo de análisis:
12
efectivos
Terraplén
de arena
Suelo de cimentación arcilloso
Caso: Construcción de un
terraplén en dos meses
Terraplén
Tipo de análisis:
Drenadas
Drenados
Esfuerzos efectivos
No drenados
No drenados
Esfuerzos efectivos ó totales

Terraplén
Tipo de análisis:
Considerar presiones de agua :
13
efectivos
Terraplén
de arcilla
Suelo de cimentación arenoso
Caso: Flujo a través del
terraplén
Suelo de cimentación
Tipo de análisis:
Considerar presiones de poro:
Drenadas
Drenados
Esfuerzos efectivos
No drenados
No drenados
Esfuerzos efectivos ó totales
Sí
Para esfuerzos efectivos, si, incluyendo las de poro.
Para esfuerzos totales únicamente en paramento del talud

15
FENÓMENO DEL VACIADO RÁPIDO
…Después de cierto tiempo de operación de una estructura de control, el cuerpo del
terraplén ha sido infiltrado y ha alcanzado condiciones de flujo establecido hacia el
talud interior…
Nivel de la reserva
Talud de un
terraplén

16
…Si en esas condiciones ocurre un descenso del nivel de la reserva más rápido de lo
que el agua dentro del cuerpo del terraplén puede fluir, el talud exterior será
sometido a un aumento de las fuerzas actuantes y una reducción de su resistencia al
cortante que tienden a producir inestabilidad
Nivel final de la
reserva
Nivel inicial de la
reserva

17
¿Qué sucede en el interior y exterior del terraplén durante el vaciado?
Antes del vaciado

18
Un vaciado de L metros implicará un nuevo nivel de agua exterior en un tiempo t
Durante el vaciado

19
La nueva posición de la superficie freática dependerá de la permeabilidad y la
velocidad de vaciado

20
La nueva posición de la superficie freática dependerá de la permeabilidad y la
velocidad de vaciado

Resistencia Solicitación
21
FoS=
Resistencia
_________
Solicitación Consecuencias MECÁNICAS

22
Río Carrizal, Villahermosa, Tabasco

23
Al avanzar el proceso del vaciado, se generaran concentraciones de flujo y gradientes
hidráulicos cada vez mayores en el extremo de aguas arriba lo que facilitará la erosión
interna del material del talud y su consecuente tubificación
Consecuencias HIDRÁULICAS

24

25

26
• Completamente lento
• Completamente rápido
• Vaciado transitorio
1
2
3
Modos de vaciado

27
COMPLETAMENTE LENTO:
• El suelo se considera completamente
drenado;
• El nivel de agua en el interior (superficie
freática) iguala al nivel de agua en el
exterior (nivel del embalse) en cada
instante del vaciado, generando
condiciones de flujo establecido, por lo
que las presiones de poro dentro del
cuerpo son hidroestáticas.
• Las fuerzas actuantes aumentan al
cambiar el peso volumétrico de la
cubierta de sumergido a seco

28
COMPLETAMENTE RÁPIDO:
• El suelo se considera completamente no-
drenado,
• La superficie freática se mantiene
horizontal y en el nivel inicial de la
reserva durante cada instante del
abatimiento por lo que de igual manera,
las presiones de poro en el interior del
cuerpo son consideradas hidroestáticas.

29
TRANSITORIO:
• Se genera una superficie freática
curvilínea dentro cuya posición depende
de la velocidad de vaciado y de la
permeabilidad del material,
• Las presiones de poro remanentes en el
interior del cuerpo varían en función del
tiempo
• Se establece un flujo descendente cuyas
fuerzas de filtración se suman a las
fuerzas gravitacionales actuantes;
además, estas últimas también aumentan
al pasar al pasar el peso volumétrico del
terraplén de sumergido a saturado.

30
• De flujo
• No drenados
• Análisis acoplados de flujo transitorio,
deformación y estabilidad
1
2
3
Métodos de análisis

31
MÉTODO DE
FLUJO
MÉTODO NO DRENADO
O
Adecuado para
materiales permeables
Adecuados para materiales
impermeables
O
Consideran
cambio de presión de poro
por movimiento de LCS
Consideran únicamente cambio en
presión de poro por alivio de
esfuerzos
O
Toma en cuenta flujo
de agua en cada instante
del vaciado
El flujo de agua es despreciable
debido a la rápida velocidad de
vaciado y baja permeabilidad
O

32
• Modelo constitutivo Mohr Coulomb
• Parámetros efectivos para materiales drenados
• Parámetros no drenados para materiales impermeables
• Posición de la línea freática antes y después del vaciado
• La cantidad de vaciado
SLOPE/W
3 STAGE DUNCAN STRESS ANALYSIS

33
3 STAGE DUNCAN STRESS ANALYSIS
Presa Walter Bouldin falló en febrero del 1975, en un vaciado de 10m en 5.5 horas ocasionado por una tubificación

34
Exceso de presión de
poro y disipación se
determina con un
análisis de deformación
y consolidación
El análisis de
estabilidad se
realiza tomando en
cuenta las presiones
de poro obtenidas
en los pasos 1 y 2
La presión de poro
y posición de LCS
se determina con
análisis de flujo
transitorio
ANÁLISIS ACOPLADO
DE FLUJO
TRANSITORIO,
DEFORMACIÓN
Y
ESTABILIDAD

35

36

37

38
• Se asume en primer lugar, que las condiciones
de flujo dentro del terraplén corresponden a
una situación estacionaria (L/H=0; Δt=0)
• Se simula el vaciado en 5 etapas (L/H=0.2,
0.4, 0.6, 0.8 y 1)
• Cada etapa representa un instante de
abatimiento
Δt=1.2, 2.4, 3.6, 4.8 y 6 días para R=1.0 m/d
Δt=12, 24, 36, 48 y 60 días para R=0.1 m/d
1
2
3
Análisis paramétrico

39

40

41

42

43

44
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
FoS
L/H (Tasa de vaciado)
k=1.00E-04 cm/s R=0.1 m/d
k=1.00E-04 cm/s R=1.0 m/d
k=1.00E-06 cm/s R=0.1 m/d
k=1.00E-06 cm/s R=1.0 m/d
H
L
(De la Fuente, 2013)

PRINCIPIOS BÁSICOS
MECANISMOS DE
FALLAS EN
BORDOS Y
MÁRGENES
NATURALES
RECOMENDACIONES
DE CONSTRUCCIÓN
DE BORDOS
CASOS PRÁCTICOS
INNOVACIONES
PARA SOLUCIONAR
PROBLEMAS DE
ESTABILIDAD
drenadas y no
drenadas
Causas debidas a
Medidas de
mitigación
Bordo Gaviotas,
Villahermosa,
Tabasco
Refuerzo con pilas
de grava
compactada
Parámetros de
y no drenados
Degradación de la
superficie
Tabasco
Sistema SRT
Análisis de
estabilidad en
totales y efectivos
Causas
estructurales
Soluciones
inmediatas a
problemas locales
Ladera en La Raya
Zaragoza, Tabasco
Filtros de arena
Fenómeno del
vaciado rápido
Combinación de
fallas
Earthquake piles ®

46

47

48

49

50

51

52
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
FoS
FoSmín=1.2 (Norma EM 1110-2-1913,USACE, 2000)

53
Línea freática
Nivel del embalse

54

56
FILTROS DE ARENA

57
FILTROS DE ARENA

58
FILTROS DE ARENA

59
FILTROS DE ARENA

60
FILTROS DE ARENA

61
FILTROS DE ARENA

62
FILTROS DE ARENA

63
FILTROS DE ARENA
Suelo saturado
Suelo parcialmente saturado

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