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Desembalse en cauces y estabilidad de bordos

Xiangyue Li LiuInstituto Mexicano de Tecnología del AguaInstituto Mexicano de Tecnología del Agua

xli@tlaloc.imta.mx, turbopi@gmail.com

Tercer Seminario Internacional de PotamologíaTuxtla Gutiérrez, Chiapas,

25 de agosto de 2011

Por tipo de cuerpo de agua a retener

Lagunar (similar a una presa)

Clasificación de bordos

Costero (contra acciones de oleaje)

Fluvial (contra acciones de corriente)

Contacto ocasional (NAME) con el agua

Clasificación de bordos

3000 m

Sistema de bordos, Río Bravo Bajo

Clasificación de bordos

Contacto permanente (NAMO y NAME) con el agua

30 m

Bordo, Matamoros, Tamaulipas

Por su eje longitudinal

Clasificación de bordos

RectoCurvo

Clasificación de bordos

Por su sección transversal

Sección homogénea

Sección zonificada

Los bordos son de baja altura,

Bordo vs presa

Pero…. su falla puede causar daños más severos que la de una presa, y…

Bordo vs presa

…. su diseño también puede ser más complejo que el de una presa.

Bordo vs presa

1) Material heterogéneo, construido en diferentes etapas y con presencia de azolves y residuos no térreosetapas y con presencia de azolves y residuos no térreos

2) Variabilidad del material y la cimentación a lo largo del eje longitudinal del bordo

3) Selección de materiales y control de calidad de la construcción menos estrictos

4) Cauces y paleocauces transversales

Bordo vs presa

Vista hacia el lado seco del bordo

Asentamiento y erosión interna

5) Erosión de fondo y lateral, socavación generaly local en el cauce

Bordo vs presa

6) Interferencia con otras obras de protección

7) Tramos curvos

8) Fluctuación del nivel freático y del cauce más frecuente

Bordo vs presa

9) Factores 9) Factores antropogénicos(construcción aledaña, carga vehicular, alcantarilla, etc.)

Aspectos geotécnicos importantes

Efectos

Deslizamiento

Estabilidad global

Causas

Carga de peso propio, DeslizamientoAsentamientoAgrietamiento

Carga de peso propio, Fuerzas de filtración, Sismo yOtras cargas

Aspectos geotécnicos importantes

Estabilidad global

Agrietamiento Deslizamiento

Causas

Fuerzas de filtración y

Aspectos geotécnicos importantes

Efectos

Migración de partículas de

Estabilidad interna

Fuerzas de filtración yExceso en presión de poro

Migración de partículas de sueloErosión internaTubificación retrógradaLevantamiento

Aspectos geotécnicos importantes Estabilidad interna

Migración Erosión interna

Al inicio

Con el flujo de agua

Levantamiento Tubificación retrógrada

Aspectos geotécnicos importantes Estabilidad interna

Efectos del vaciado de caucesen la estabilidad global de los bordos

Niv

el d

el a

gu

a ex

teri

or

Tiempo

Ascenso Descanso Descenso

Seguridad creciente

(con excepción del primer llenado)

Seguridad estable

Seguridad decreciente

Escenario más conservador: Vaciado rápido después de un prolongado descanso

Profundidad de la superficie freática Corona

Profundidad de Altura del

Frente de filtración

Modelo numérico

Profundidad de la superficie del agua exterior

Altura del bordo

Espesor de la cimentación

Base firme

filtración

Cohesión efectiva (CD)Ángulo de fricción interna efectiva (CD)Peso volumétrico saturado

H

Talud no deformado

Presión de poro ante vaciado

Resultados numéricos

Falla ante vaciado

ante vaciado

Estabilidad del talud ante vaciado lento

W D

Talud 2:1

D/H

D=W

c’/γH=0.075φ’=20 gradosTalud 2:1

Estabilidad del talud ante vaciado rápido completo

D=W

D

D=W

W=0

D/H

DW

Estabilidad del talud ante vaciado rápido intermedio

D/H

W/H=0.1

W/H=0.6

Método numérico vs

Otros resultados numéricosOtros resultados numéricos

D/H

D/H

Método numéricovs

Modelo físicoModelo físico

Modelo físico del desembalse

JIA, G. W., ZHAN, L. T., CHEN, Y.

M. y FREDLUND, D. G.

Performance of a large-scale slope

model subjected to rising and

lowering water levels, Engineering

Geology, 2009, 106, 92-103

Análisis numérico

3.8 m

5.0 m 5.85 m 4.15 m

5.6 m

4.9 m

2.0 m

5.6 m

c=1 kPaPhi=30 grados

Gama=18.5 kN/m3

Análisis numérico

Análisis numéricoPatrón de falla

Hacia una política de operación

Control por el nivel freáticoControl por el nivel freático

Control por la velocidad del vaciado

Control por el nivel freático

WD

Dado un factor de seguridadW = función de D

W/H

c’/γH=0.05φ’=25 gradosTalud 2:1

D/H

Factor de seguridad de diseño

W/H

Factor de seguridad de diseño

D/H

de diseño

W/H Operación del vaciado

D/H

Control por la velocidad del vaciado

W D

W/D = función de la permeabilidad normalizada P

P = Permeabilidad del suelo/(Velocidad del vaciado x Porosidad efectiva del suelo)

P

W/D

Coeficiente de permeabilidad = 10-6 m/sPorosidad efectiva = 0.15

D/H

W/D

Factor de seguridad de diseño

Velocidad del vaciado máxima permisible

D/H

máxima permisible

Velocidad del vaciado uniforme

Medidas de refuerzo o rehabilitaciónrehabilitación

Berma permeable

Dren horizontalDren horizontal

Material mejorado

Caso Coeficiente de

permeabilidad

horizontal/ Coeficiente

de permeabilidad

vertical

Factor de seguridad

mínimo para el

vaciado rápido

completo

Efectos de drenes horizontales

1 1 0.98

2 10 1.21

3 100 1.42

4 1/10 0.90

Caso Mejoramiento del

suelo

Factor de seguridad

mínimo para el

vaciado rápido

completo

1 Ninguno 0.98

Efectos de mejoramiento de suelos

1 Ninguno 0.98

2 En la cimentación 0.99

3 En el talud 1.16

4 En la cimentación y

el talud

1.39

¡Muchas gracias!