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Desembalse en cauces y estabilidad de bordos
Xiangyue Li LiuInstituto Mexicano de Tecnología del AguaInstituto Mexicano de Tecnología del Agua
[email protected], [email protected]
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!