Presentacion Resumida g Auvinet Potamologia 260811

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

Diseño de bordos de protecciónDiseño de bordos de protección

Gabriel Auvinet & Norma P. López-Acosta

Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, 26 de agosto de 2011

Tercer Seminario de Potamología “José Antonio Maza Álvarez”

ContenidoContenidoG E O T E C N I A

1. Aspectos generales

2. Materiales constitutivos y dimensiones típicas

3. Mecanismos de falla

4. Consideraciones importantes sobre erosión y tubificación

5.

7.

8. Recomendaciones generales para el diseño de bordos

6.

Flujo transitorio en bordos

Métodos para incrementar la seguridad de los bordos

Análisis de estabilidad de taludes considerando vaciado rápido

G E O T E C N I A

Aspectos generalesAspectos generales1)1) Aspectos generalesAspectos generales1)1)

TerminologíaTerminologíaG E O T E C N I A

CoronaCorona

Talud interiorTalud interior

Talud exteriorTalud exterior

Laguna, río, Laguna, río, mar, canalmar, canal

Pie del taludPie del talud

Talud exteriorTalud exterior

AlbarradónAlbarradón de Netzahualcóyotlde NetzahualcóyotlG E O T E C N I A

Albarradón

AlbarradónAlbarradón de San Lázarode San LázaroG E O T E C N I A

(1628)

Construcción de bordo (Siglo XIX)Construcción de bordo (Siglo XIX)G E O T E C N I A

Tipos de bordosTipos de bordosG E O T E C N I A

(a) Bordos en márgenes de ríos

Río

Protección marginal

Agua permanente

(b) Bordos de protección

Lado del terreno

Lado del agua CoronaAgua solo en época de lluvias

Clasificación de bordosClasificación de bordosG E O T E C N I A

(a) Bordos en canales (b) Bordos en márgenes de ríos

Fuente: Roscoe Kathryn (2011). Deltares. International Course: “Understanding Dike Safety”. May 24-26th 2011, Delft, The Netherlands.

Fuente: Pohl Martin (2011). Federal Waterways Engineering and Research Institute. Deltares. International Course: “Understanding Dike Safety”. May 24-26th 2011, Delft, The Netherlands.

(c) Bordos en lagunas (d) Bordos de protección contra el mar

Fuente: Vrijling Han (2011). Delft University of Technology (TU Delft). International Course: “Understanding Dike Safety”. May 24-26th 2011, Delft, The Netherlands.

G E O T E C N I A

Materiales constitutivos

y dimensiones típicas

Materiales constitutivos

y dimensiones típicas2)2) y dimensiones típicasy dimensiones típicas2)2)

(a)

Nomenclatura:

1 Filtros (arena bien graduada p.ej.)

Suelo impermeable (arena arcillosa p.e.)

Suelo de permeabilidad intermedia (arena

2

3

Secciones transversalesSecciones transversalestípicas de bordostípicas de bordos G E O T E C N I A

(b)

(c)

intermedia (arena limosa p.ej.)

Filtro de grava o rezaga

Chapa de enrocamiento

Chapa de enrocamiento, césped o losas suelo-cemento

3

4

5

6

Fuente: Geotecnia, Cap. 23 Manual de Ingeniería de Ríos, Mendoza, Febrero 1998, Series I. de I. UNAM

(a) Con corazón impermeable

(b) Con material homogéneo

Secciones transversales típicasSecciones transversales típicasde presas de tierrade presas de tierra

G E O T E C N I A

impermeable(b) Con material homogéneo

(c) Con zona impermeable aguas arriba(d) Con delantal y corazón impermeable

aguas arriba

Dimensiones típicas de bordosDimensiones típicas de bordosG E O T E C N I A

(a) Bordo con altura mayor a 3.0m (Linsley & Franzini, 1979)

Fuente: Obras de protección para el control de inundaciones, Maza & Franco, 1997, Series I. de I. UNAM

(b) Bordo con altura menor a 3.0m (Linsley & Franzini, 1979)

Bordo con dentellón y filtroBordo con dentellón y filtro(Río Escondido, (Río Escondido, CoahCoah.).)

G E O T E C N I A

Bordo con dentellón y filtroBordo con dentellón y filtro(Lago Nabor Carrillo)(Lago Nabor Carrillo)

G E O T E C N I A

Sección transversal típicaSección transversal típicade un bordo en el Mar del Nortede un bordo en el Mar del Norte

G E O T E C N I A

Fuente: Pohl Martin (2011). Federal Waterways Engineering and Research Institute. Deltares. International Course: “Understanding Dike Safety”. May 24-26th 2011, Delft, The Netherlands.

Estimación preliminar de taludes Estimación preliminar de taludes estables para bordosestables para bordos

G E O T E C N I A

G E O T E C N I AVOLUMENVOLUMEN

400

500

600

700

800123456

400

500

600

700

8001

23

45

67

Fuente: Zwanenburg Cor (2011). Deltares. International Course: “Understanding Dike Safety”. May 24-26th 2011, Delft, The Netherlands.

0

100

200

300

1 2 3 4 5 6 7

0

100

200

300

0 2 4 6 8 10 12

Volumen vs cotg (alfa) Volumen vs altura

Volumen de bordo con corona de 4m

G E O T E C N I A

Mecanismos de fallaMecanismos de falla3)3) Mecanismos de fallaMecanismos de falla3)3)

1. Erosión de taludes

2. Pérdida de bordo libre con flujo de agua

Mecanismos de falla en bordosMecanismos de falla en bordosG E O T E C N I A

3. Inestabilidad de taludes

(a) Durante la construcción

(b) Durante la operación (condición de flujo establecido)

(c) Inestabilidad por vaciado rápido

6.Asentamientos

4. Sobrecarga

Mecanismos de falla en bordosMecanismos de falla en bordosG E O T E C N I A

7. Inestabilidad volumétrica

8. Agrietamiento transversal y/o longitudinal

5. Deslizamiento

(a) Asentamiento excesivo por presencia de suelos blandos

(b) Asentamiento y agrietamiento por saturación

(a) A través de la cortina (b) A través de la cimentación

11. Licuación9. Tubificación 10. Subpresión

longitudinal

Erosión en bordosErosión en bordosG E O T E C N I A

Inicio de la erosiónInicio de la erosión

Desprendimiento Desprendimiento de materialde material

a) Bordos enlas márgenes

ErosiónErosiónRevestimientoRevestimiento

TubificaciónTubificación

b) Bordos de protección

Fallas por cortante en bordosFallas por cortante en bordosG E O T E C N I A

– Falla por cortante inducida por llenado y vaciado rápido

– Falla por cortante con asentamiento y deslizamientoinducida por llenado y vaciado rápido

Laguna

Hundimientos en bordosHundimientos en bordosG E O T E C N I A

BermaHundimiento

Hundimiento

Hundimiento

Hundimientos en bordos (Compañía)Hundimientos en bordos (Compañía)G E O T E C N I A

Canal Río La CompañíaCad. 3+800 a 10+200. Zona B

Asentamientos en el Bordo Izquierdo

-100

-95

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

3700 3950 4200 4450 4700 4950 5200 5450 5700 5950 6200 6450 6700 6950 7200 7450 7700 7950 8200 8450 8700 8950 9200 9450 9700 9950 10200

Cadenamiento

Asen

tam

ien

to (

cm

)

19-Oct-01 20-Jun-02 08-Jul-02 29-Jul-02 12-Ago-02 09-Sep-02 14-Oct-02

10-Feb-03 10-Mar-03 11-Abr-03 29-May-03 04-Jun-03 30-Jul-03

Base 19-Sep-01

Inicio de

Tablaestaca

Término de

Tablaestaca

Puente

El M olino

Cárcamo

Avándaro

Pte. Blanco

Pte. Rojo

Cárcamo

Darío Mtez.

Pte.

Tlalpizahuac

Grietas en la corona de bordosGrietas en la corona de bordosG E O T E C N I A


Grietas en taludes de bordosGrietas en taludes de bordosG E O T E C N I A

Laguna Casa Colorada, Texcoco

Grietas Grietas en en bordosbordosG E O T E C N I A

(a)(a)

(a)(a)

(b)(b)

(b)(b)


Fallas por pérdida de bordo libreFallas por pérdida de bordo libreG E O T E C N I A

“Over topping”

“Breaching”

“Over flowing”


(a)(a)

(b)(b)

Fuente: Roscoe Kathryn (2011). Deltares. International Course: “Understanding Dike Safety”. May 24-26th 2011, Delft, The Netherlands.

(a)(a)

Fuente: (a, b, c,) Arjen Kort (2011). Norwegian Geotechnical Institute. First Meeting ISSMGE TC-201, May 23th 2011, Delft, The Netherlands.

(c)(c)

Fuente: McGahey Caroline (2011). HR Wallingford. International Course: “Understanding Dike Safety”. May 24-26th 2011, Delft, The Netherlands.

(e)(e)

(d)(d)

Fuente: Oumeraci H. & Kortenhaus A. (2011). LWI. International Course: “Understanding Dike Safety”. May 24-26th 2011, Delft, The Netherlands.

Falla por flujo a través del bordoFalla por flujo a través del bordoG E O T E C N I A

“Tubificación”

Fuente: Arjen Kort (2011). Norwegian Geotechnical Institute. First Meeting ISSMGE TC-201, May 23th 2011, Delft, The Netherlands.

G E O T E C N I AFalla por flujo a través de la cimentaciónFalla por flujo a través de la cimentación

“Sand boil”


“Tubificación”

G E O T E C N I A

4)4) Consideraciones importantes

sobre erosión y tubificación

Consideraciones importantes

sobre erosión y tubificación4)4) sobre erosión y tubificaciónsobre erosión y tubificación

Principales factores que influyen Principales factores que influyen en la erosión de bordosen la erosión de bordos

G E O T E C N I A

• Erosionabilidad del material constitutivo

• Velocidad del agua dentro de la masa de suelo• Velocidad del agua dentro de la masa de sueloo la velocidad del agua en un río

• Geometría del bordo (tamaño y forma)

Alta

Relación empírica entre la resistencia a la tubificación ydiversos tipos de suelos (Sherard et al., 1967)

Resistencia a la tubificación de Resistencia a la tubificación de diversos suelos diversos suelos ((SherardSherard et al., 1967)et al., 1967)

G E O T E C N I A

Media

Baja

Fuente: Sherard, J. L.; Woodward, R. J.; Gizienski, S.F. & Clevenger, W.A. (1967). Earth and earth-rock dams, Cap.2, John Wiley and Sons, New York.

Pruebas para medir la Pruebas para medir la erosionabilidaderosionabilidad de un suelode un suelo

G E O T E C N I A

• Rotating cylinder

• Hole erosion test

• Jet test

• Erosion function apparatus (EFA)

Erosión en suelos duros

Erosión en suelos superficiales

Erosión en diversos tipos de suelos

La prueba consiste en

erosionar una muestra de

suelo empujándola fuera

de un tubo de acero de

pared delgada y

registrando la tasa de

erosión para una velocidad

dada del agua fluyendo

sobre la muestra. La

función de erosión se

define para distintas

velocidades empleadas

durante la prueba.

Fuente: — Briaud, J. L. (2008). Case histories in soil and rock erosion: Woodrow Wilson bridge, Brazos river meander, Normandy cliffs and New Orleans levees. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol.

134, No. 10, (October 1, 2008), ASCE, pp. 1424-1447.— Briaud, J.-L.; Ting, F.; Chen, H. C.; Cao, Y.; Han, S.-W. & Kwak, K. (2001). Erosion function apparatus for scour rate predictions. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 127, No. 2, pp. 105-113

Tasa deerosión

Esfuerzo cortante

Categorías de erosiónCategorías de erosión((BriaudBriaud, 2008), 2008)

G E O T E C N I A

( ).Z f τ=

Tasa deerosión

( ).Z f τ=

Esfuerzo cortante(en la interfaz suelo-agua)

Fuente: — Briaud, J. L. (2008). Case histories in soil and rock erosion: Woodrow Wilson bridge, Brazos river meander, Normandy cliffs and New Orleans levees. Journal of

Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 134, No. 10, (October 1, 2008), ASCE, pp. 1424-1447.

• Tamaño del grano Controla la erosión en suelos de grano grueso

• PlasticidadInfluye significativamente en la erosión de suelos de grano fino.

Métodos de diseño contra tubificaciónMétodos de diseño contra tubificación G E O T E C N I A

MaterialCriterio de Bligh

CB**Criterio de Lane

CL**Arena fina y limo 18 8.5Arena gruesa 12 6.0Grava y arena 9 3.0Boleos, grava y arena 4 2.5

∗∗∑ + ∑= ≥

13

L L

t bC C

h

∗∗∑ + ∑= ≥B B

b tC C

h

• Bligh:(1912)

• Lane:(1935)

Valores mínimos recomendados para evitar la erosión del suelo

Boleos, grava y arena 4 2.5

Tablestaca

Presa

h

b1

b2t1 t2

t3

t4

Fuente: Casagrande, A. (1968). Notes of engineering 262 Course, Vol. 1, Harvard University, Cambridge, Massachusetts.

G E O T E C N I AMétodos de diseño contra tubificaciónMétodos de diseño contra tubificación

MaterialIc,crit para casos con una sola tablestaca

Ic,crit para otros casos

Arena fina 0.15 a 0.20 0.12 a 0.16Arena media 0.20 a 0.26 0.15 a 0.20Arena gruesa 0.30 a 0.39 0.25 a 0.33

= ≤∑

,c c criti

hI I

T ζ• Tschugajew:

(1965)

Gradientes de control críticos de acuerdo con Tschugajew (1965)

Estrato impermeable

h

s1T

s0s2

s3

Nivel aguas arriba

Nivel aguas abajo

Fuente: Achmus, M. (2011). Investigations regarding erosion and suffusion at IGtH, Institute for Geotechnical Engineering (IGtH), Leibniz University Hannover, Germany.TC 201 Meeting Delft, May 2011.

G E O T E C N I A

Material is,adm

• Novak et al.(1992)

Gradientes de salida admisibles (Novak et al., 1992)

Métodos de diseño contra tubificaciónMétodos de diseño contra tubificación

Arena fina 0.14 a 0.17Arena gruesa 0.17 a 0.20Grava 0.20 a 0.25

Fuente: Achmus, M. (2011). Investigations regarding erosion and suffusion at IGtH, Institute for Geotechnical Engineering (IGtH), Leibniz University Hannover, Germany.TC 201 Meeting Delft, May 2011.

G E O T E C N I A

Gradientes hidráulicos críticosGradientes hidráulicos críticospara la ocurrencia de tubificaciónpara la ocurrencia de tubificación

Tipo de suelo Grava Arena

gruesa

Arena

media

Arena

fina

ic Chugaev 0.25 0.25 0.11 0.10

ic Bligh 0.11 0.083 ---- 0.067

i Lane 0.095 0.067 0.056 0.048

Comparación de valores obtenidos por varios autoresen función del tipo de suelo (Perzlmaier et al., 2007)

Fuente: Jantzer, I. & Knutsson, S. (2010). “Critical gradients for tailings dam design”, Lulea University of Technology, Sweden, Proceedings Mine Waste 2010 (Editors: Andy Fourie& Richard Jewell), pp. 23-32, ISBN 978-0-9806154-2-5, Australia.

ic Lane 0.095 0.067 0.056 0.048

ic Mueller-Kirchenbauer,

límite inferior

---- 0.12 0.08 0.06

ic Mueller-Kirchenbauer,

límite superior

---- 0.17 0.10 0.08

ic Weijers and Sellmeijer, Cu = 1.5 0.28 0.18 0.16 0.09

ic Weijers and Sellmeijer, Cu = 3 0.34 0.28 0.24 0.14

G E O T E C N I A

Flujo transitorio en

bordos

Flujo transitorio en

bordos5)5) bordosbordos5)5)

55.1 .1 Estudio considerando vaciado rápidoEstudio considerando vaciado rápidoG E O T E C N I A

30 m

Homogeneous and isotropic soil

Final level0.0 m

6 m

Initial level5.5 m

12 m

α=26.57°

Impervious boundary

Geometría simplificada y condiciones de frontera

30 m

Desaturación

(%)

Grado de saturación para t = 4 d (345200 s)

Vectores de velocidad (magnitud) para dos Vectores de velocidad (magnitud) para dos tiempos distintos durante el vaciado rápidotiempos distintos durante el vaciado rápido

G E O T E C N I A

(a) t = 1 d (86000 s)

VVmáxmáx=2.46=2.46××1010--66 m/sm/s

(b) t = 4 d (345200 s)

VVmáxmáx=4.66=4.66××1010--66 m/sm/s

Erosión local

Erosión en bordosErosión en bordosG E O T E C N I A

Inicio de la erosiónInicio de la erosión

Márgenes

TubificaciónTubificación

Resultados al final del vaciado rápido (Resultados al final del vaciado rápido (tt=5 d)=5 d)G E O T E C N I A

Gradientes hidráulicos (magnitud) al final del vaciado rápido (t=5 d)

imax = 0.499

Vectores de velocidad y reducción del gradiente hidráulico (magnitud) al final del vaciado rápido (t=5 d) debido a la construcción de un dren horizontal en el bordo

imax = 0.25 Dren Dren horizontalorizontal

G E O T E C N I A

EstratigrafíaPropiedades de los materiales

4.0m

100.0m

10.4m

6.7m7

45

6

1 2 3

Geometría simplificada

55.2 .2 Estudio considerando Estudio considerando llenadollenadoy y vaciado vaciado rápidorápido

EstratigrafíaN Material

Conductividad hidráulica “k”

Relación de vacíos “e”

1 SC0.0864 m/d

(1 10-6 m/s)0.43

2 CL0.0864 m/d(1 10-6 m/s)

0.50

3 OH0.00864 m/d(1 10-7 m/s)

0.90

4 SC0.0864 m/d

(1 10-6 m/s)0.43

5 SM0.0864 m/d

(1 10-6 m/s)0.43

6 OH0.00864 m/d(1 10-7 m/s)

0.90

7Terraplén de arcilla

0.00864 m/d(1 10-7 m/s)

0.70

Propiedades de los materiales

Arena arcillosa (SC) Arcilla arenosa de baja plasticidad(CL)Limo arcillo-arenoso orgánico de alta plasticidad (OH)Arena arcillosa (SC)

Arena limosa (SM)

Arcilla orgánica de alta plasticidad (OH)

Terraplén de arcilla

12

345

7

6

Estación pluviométric

a

Estación pluviométric

a Gaviotas

Gaviotas

G E

O T

E C

N I A

Ubicación(C

ON

AG

UA

, 20

09

)

Villaherm

osaV

illahermosa

Gaviotas

Gaviotas

Porvenir

Muelle

Pueblo

González

0.0

20

.0

40

.0

60

.0

80

.0

10

0.0

12

0.0

14

0.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

15-oct-07

16-oct-07

17-oct-07

18-oct-07

19-oct-07

20-oct-07

21-oct-07

22-oct-07

23-oct-07

24-oct-07

25-oct-07

26-oct-07

27-oct-07

28-oct-07

29-oct-07

30-oct-07

31-oct-07

01-nov-07

02-nov-07

03-nov-07

04-nov-07

05-nov-07

06-nov-07

07-nov-07

08-nov-07

09-nov-07

10-nov-07

11-nov-07

12-nov-07

13-nov-07

14-nov-07

15-nov-07

16-nov-07

17-nov-07

18-nov-07

19-nov-07

20-nov-07

21-nov-07

22-nov-07

23-nov-07

24-nov-07

25-nov-07

26-nov-07

27-nov-07

28-nov-07

29-nov-07

30-nov-07

Elevación (msnm)

Elev

ación

NA

MO

Precip

itación

(mm

)

5.4

2 m

snm

Pueblo

nuevoD

atos(C

ON

AG

UA

, 20

09

)

Condiciones de fronteraCondiciones de fronteraconsideradas en los análisisconsideradas en los análisis G E O T E C N I A

(a) Llenado

13.7 m9.6 m

Nivel máximo 16.4 mNivel inicial

10

11

12

13

14

15

16

17

18

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44

Niv

el d

e ag

ua

(m)

Tiempo (días)

Nivel inicial

Nivel máximoLlenado

Tiempo (días)

Niv

el d

e ag

ua (

m)

(b) Vaciado

Frontera impermeable

11.3 m 9.6 m

Nivel final


Nivel máximo 16.4 m 10

11

12

13

14

15

16

17

18

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44

Niv

el d

e ag

ua

(m)

Tiempo (días)

Vaciado

Nivel final

Nivel máximo

Tiempo (días)

Niv

el d

e ag

ua (

m)

Resultados para la condiciónResultados para la condiciónde flujo establecido inicialde flujo establecido inicial

G E O T E C N I A

Líneas equipotenciales (m)kN/m2Campo de presión poro

Línea superior de flujo

10.4

10.8

11.2

11.6

12.0

12.4



Vmax = 1.2×10-2

V =0.8×10-2

V =0.6×10-2

imax =0.975i =0.476

Campo de gradiente hidráulico (adimensional)

Campo de velocidadde flujo (m/d)

Grado de saturaciónGrado de saturaciónpara diferentes tiempospara diferentes tiempos G E O T E C N I A

Tiempo transcurrido = 1 día

Tiempo transcurrido = 9 días


(%)


(a) Llenado:(a) Llenado: (b) Vaciado:(b) Vaciado:

Tiempo transcurrido = 44 díasLínea dedesaturación

Tiempo transcurrido = 17 díasLínea desaturación

G E O T E C N I ALíneas de saturación

Líneas de desaturación

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

Alt

ura

(m

)

Ancho del terraplén (m)

t = 1 d

t = 9 d

t = 14 d

t = 17 d

Ancho del bordo (m)

Alt

ura

(m)

Llenado:

Vaciado: Líneas de desaturación

● Están a la presión atmosférica. ● No son líneas de flujo ni equipotenciales.● En los puntos donde son intersecadas por líneas equipotenciales, satisfacen la propiedad: h = z

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

Alt

ura

(m

)

Ancho del terraplén (m)

t = 20 d

t = 26 d

t = 34 d

t = 44 d

Ancho del bordo (m)

Alt

ura

(m)

G E O T E C N I A

Gradiente hidráulico (magnitud) Gradiente hidráulico (magnitud) en diferentes tiemposen diferentes tiempos


imax =1.242i=1.1 0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

(adim

ensi

onal

)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

Gra

die

nte

, i

(adim

ensi

onal

)

i=0.756imax =1.042

Tiempo transcurrido = 1 día

imax =1.242i=1.1


imax=1.549i=1.377

i=1.378

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Gra

die

nte

, i

(adim

ensi

onal

)

0.0

0.10.20.30.40.50.60.7

0.80.91.01.11.21.31.4

1.5

Gra

die

nte

, i

(adim

ensi

onal

)

G E O T E C N I A

Vectores de velocidad (magnitud) Vectores de velocidad (magnitud) en diferentes tiempos (m/d)en diferentes tiempos (m/d)

Día 17 del llenado

V=1.23×10-2

V=1.19×10-2Vmax=1.38×10-2

Día 44 del vaciado

V=3.54×10-3 Vmax=7.55×10-3

G E O T E C N I AConclusiones del análisis anteriorConclusiones del análisis anterior

1) En las condiciones de llenado y vaciado rápido, los valores más altos develocidades de flujo y gradientes hidráulicos ocurren en el pie del talud de aguasabajo del bordo. Los valores del gradiente hidráulico en esa zona mayores que eldenominado gradiente crítico pueden facilitar la tubificación global a través delcuerpo del bordo o a través del suelo de cimentación.

2) Durante el vaciado las velocidades de flujo y los gradientes hidráulicosgenerados cerca del talud de aguas arriba del bordo cuando el nivel del aguadesciende no son despreciables; en condiciones extremas (p.ej. lluvia intensadurante cierto tiempo) pueden facilitar la erosión local del material de esas áreasy poner en peligro la estabilidad del talud.

G E O T E C N I A

Análisis de estabilidad de taludes

considerando vaciado rápido

Análisis de estabilidad de taludes

considerando vaciado rápido6)6) considerando vaciado rápidoconsiderando vaciado rápido6)6)

G E O T E C N I AModelado numéricoModelado numérico

Vaciado rápido Malla deformada

Análisis acoplado flujo-deformación


Arena arcillosa (SC)Arcilla arenosa (CL)

Limo arcillo-arenoso orgánico de alta plasticidad (OH)

Arena arcillosa (SC)

Arena limosa (SM)

Arcilla orgánica de alta plasticidad (OH)

Análisis de estabilidad de talud

– Plaxflow– Plaxis

Método de reducción de los parámetros de resistencia(phi-c reduction method)

G E O T E C N I A

7)7) Métodos para incrementar

la seguridad de bordos

Métodos para incrementar

la seguridad de bordos7)7) la seguridad de bordosla seguridad de bordos

Fuerzas actuantes en la estabilidad Fuerzas actuantes en la estabilidad de un taludde un talud (modificado de González, 2004)

G E O T E C N I A

Lluvia

Sobrecarga

Variación de niveles

Fuente: González, L., 2004, Ingeniería Geológica, Prentice Hall.

de niveles de agua

(Llenado/Vaciado)

a) Disminución delángulo del talud

b) Eliminación de peso en la corona e

c) Refuerzo y pesoen el pie del talud

Métodos para incrementar la Métodos para incrementar la seguridad de taludes en suelosseguridad de taludes en suelos G E O T E C N I A

ángulo del talud peso en la corona e incremento en el pie

e) Refuerzo con anclaje y muro


en el pie del talud

d) Drenaje (disminución del nivel freático)

a) Muro de pie, relleno y drenes californianos

Modificación de la geometríaModificación de la geometría G E O T E C N I A


b) Escolleras

G E O T E C N I AModificación de la geometríaModificación de la geometría

Esquema de un talud estabilizado con escolleras

Talud estabilizado con escolleras


a) Esquema de un talud con drenaje

G E O T E C N I AMedidas de drenajeMedidas de drenaje

b) Drenes transversales al

talud


a) Galería de drenaje. Inadecuado

b) Drenes horizontales. Inadecuado

c) Pozos de bombeo y drenes horizontales. Adecuado

Disposición y eficacia de los Disposición y eficacia de los sistemas de drenaje en un taludsistemas de drenaje en un talud G E O T E C N I A

d) Galería de drenaje.Inadecuado

e) Galería con drenaje vertical. Adecuado

f) Drenes horizontales. Inadecuado

g) Drenes horizontales. Adecuado

Características de los materiales:

1 Material poco permeable (10-7cm/s)2 Material permeable (10-3cm/s)3 Material de permeabilidad media (10-5cm/s)


Geotextiles, Geotextiles, geomembranasgeomembranasy y geomallasgeomallas G E O T E C N I A

a) Geotextil para separar suelos diferentes y conducir flujo b) Dren para una cimentación

o un pavimento


c) Geotextiles para drenar el agua del suelo tras un muro de retención

d) Geomateriales para reducir el flujo a través o bajo un bordo

e) Geotextil para reforzar la base de un camino, y separar de la sub-base

a) Pantalla múltiple de micropilotes

G E O T E C N I AElementos estructuralesElementos estructurales


b) Anclas


Esquema de un anclaTalud estabilizado con anclas y

concreto


c) Muros y pantallas de pilotes anclados


Esquema de un talud estabilizado con anclas y pilotes anclados


G E O T E C N I AMuros de tierra armadaMuros de tierra armada


Muretes de piedra o de sacos de arenaMuretes de piedra o de sacos de arenaG E O T E C N I A


b) Uso de gaviones para formar estructuras de retención

a) Protección de un relleno arenoso mediante gaviones y geotextiles

GavionesGavionesG E O T E C N I A


c) Muros de retención mediante gaviones

Secciones tipo según

Muros de encauzamientoMuros de encauzamientoG E O T E C N I A

a) Cantiliver o voladizo simple y tablestaca

b) Gravedad c) Celular

tipo según Linsley &

Franzini (1979)


d) Losas y machones e) Machones f) Cantiliver en T

Muro de encauzamiento


a) Sin espacio disponible para el bordo

encauzamiento según Petersen

(1986)


b) El espacio no es suficiente para dar toda la altura al bordo

a) Protección con muros de encauzamiento según Walesh (1989)


b) Sección transversal de un muro de encauzamiento según


b) Sección transversal de un muro de encauzamiento según Walesh (1989)

a) Espigón empotrado

EspigonesEspigonesG E O T E C N I A

c) Forma en planta de los espigones

Fuente: Estabilización y rectificación de ríos, Cap. 14 Manual de Ingeniería de Ríos, Maza & García, 1996, Series I. de I. UNAM

b) Espigón apoyado en la margen y en un río sin escurrimiento en estiaje

G E O T E C N I A

Formas de Formas de

proteger un proteger un

recubrimiento recubrimiento

marginal marginal

a) Recubrimiento desplantado a una elevacióninferior que la de la posible erosión


marginal marginal

contra contra

erosiónerosiónb) Trinchera rellena de enrocamiento

c) Delantal de protección

Dique marginal empleado para Dique marginal empleado para formar una nueva margenformar una nueva margen G E O T E C N I A


G E O T E C N I A

8)8) Recomendaciones generales

para el diseño de bordos

Recomendaciones generales

para el diseño de bordos

8.1 A nivel de diseño de bordos nuevos

8.2 Solución inmediata a problemas locales

8.3 Verificación y monitoreo de bordos existentes

Evitar filtraciones al nivel de desplante:

Ser generoso con el despalme

Construir un dentellón de ser necesario

Evitar erosión interna de los materiales del bordo

No usar materiales limosos en el cuerpo del bordo ni arcillas

dispersivas

Incorporar filtro en la sección (horizontal/chimenea) de ser necesario

Evitar asentamientos excesivos que conduzcan a pérdida de bordo libre:

No desplantar sobre suelos muy compresibles

Aspectos importantes en el Aspectos importantes en el diseño de bordos de proteccióndiseño de bordos de protección

G E O T E C N I A

No desplantar sobre suelos muy compresibles

No desplantar sobre suelos colapsables

Evitar agrietamiento:No usar materiales arcillosos plásticos en el cuerpo del terraplén

No desplantar el bordo sobre materiales de compresibilidades diferentes

Evitar falla por cortante de taludesTaludes > 2:1

No construir con materiales finos saturados

Evitar falla por cortante de la cimentaciónTaludes con menor pendiente sobre suelos blandos (hasta 5:1 en arcillas

muy blandas, turbas, etc.)

Evitar erosión al pie del talud:

Protección con enrocamiento

Protección con bloques, bolsacreto, etc.

Tablestacado

Evitar falla por cortante de taludesDar poca pendiente a los taludes


Aspectos importantes en la Aspectos importantes en la estabilidad de márgenes de ríoestabilidad de márgenes de río

G E O T E C N I A


Incorporar drenaje en la sección transversal para evitar los efectos del

vaciado rápido (camas de arena limpia con tubos drenantes perforados

de PVC o albañal envueltos en geotextil)

No sobrecargar los taludes con bordos de protección pesados

(tierra armada?)

Evitar drenaje domiciliario a través del talud

Evitar agrietamiento:

No usar materiales arcillosos plásticos en el cuerpo del talud

a) Exploración geotécnica detallada

• Bordos en las

márgenes

• Bordos de protección

Sondeos mixtos a cada 50m de separación y 30m de profundidad (o hasta encontrar estrato resistente)

Sondeos mixtos a cada 250m de separación y 30m de profundidad (o hasta encontrar estrato resistente)

b) Mejoramiento del suelo

• Bordos en las

márgenes


Ver detalles en dibujo

–Precarga

–Inclusiones

–Inclusiones


88.1 .1 A nivel de diseño de bordos nuevosA nivel de diseño de bordos nuevosG E O T E C N I A

c) Diseño “robusto” –Despalme generoso

–Dentellón–Filtros–Taludes > 2:1, etc.


• Bordos en las

márgenes


–Protección marginal–Filtros–Taludes > 2:1, etc.


d) Controlde calidad

• Bordos en las

márgenes


–Calas volumétricas

–Espesor de capas, etc.

― Bordosen las márgenes

RECUBRIMIENTO

0.15 m

22.00 m

MEJORAMIENTO DE MATERIAL

2 %2 %

-24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12

DE APOYO

EJE POLIGONAL

EJE PROYECTO

INCLUSIONES DE

MEJORAMIENTO

RECUBRIMIENTO MARGINAL

SOBREELEVACIÓN DE BORDO

• Inclusiones

‒‒‒‒Elementos de concreto prefabricado o tubos de acero‒‒‒‒Columnas balastadas‒‒‒‒Columnas de cal-cemento mezcladas in situ‒‒‒‒Micropilotes‒‒‒‒Inclusiones de mortero envueltas en geotextil‒‒‒‒Jet grouting

Mejoramiento del sueloMejoramiento del sueloG E O T E C N I A

― Bordos de protección

• Precarga

• Inclusiones

‒‒‒‒Elementos de concreto prefabricado o tubos de acero‒‒‒‒Columnas balastadas‒‒‒‒Columnas de cal-cemento mezcladas in situ‒‒‒‒Micropilotes‒‒‒‒Inclusiones de mortero envueltas en geotextil‒‒‒‒Jet grouting

‒‒‒‒Simple

‒‒‒‒Con sistema de drenaje

Suelo resistente

Bordo

Arcilla

Inclusiones

― Bordos en las márgenes

Material arcilloso

impermeable bien

compactado (sin

estratificaciones)

•Limoso

•PlásticoMejoramiento del suelo

(ej. con inclusiones)

Río

Evitar sobrecargaexcesiva

Taludes > 2 : 1(hasta 5 : 1 en arcillas muy blandas y turbas)

Recubrimiento

marginal

―Enrocamiento―Protección con

bloques, bolsacreto, tapete flexible, etc.

―Espigones―Tablestacado

Filtro

Geotextil tejido de alta resistencia (en suelos muy blandos)

Diseño “Diseño “robustorobusto” de bordos” de bordosG E O T E C N I A

― Bordos de protección

•Plástico

•Arcilla expansiva(ej. con inclusiones)

Material arcillosoimpermeable, bien

compactado(sin estratificaciones)

Filtro para control de erosión interna

LimosoPlásticoArcilla expansiva

DentellónFiltro para control de vaciado rápido

NAF (original)

Nivel de agua máximo

Taludes > 2 : 1(hasta 5 : 1 en arcillas muy blandas y turbas)

Mejoramiento del suelo

(ej. con inclusiones)

Geotextil tejido de alta resistencia (en suelos muy blandos)

InclusionesInclusiones

ETAPA 2

Perforación hasta la

profundidad de

proyecto

ETAPA 1

Colocación y nivelación

de maquinaria

ETAPA 3

Colado del elemento

con concreto

ETAPAS 4 y 5

Limpieza del barreno.

Colocación del material

de relleno de la punta

superior

―En bordos de

― Bordos en las márgenes

‒‒‒‒Reconstrucción total (diseño robusto; en caso necesario, reforzamiento del suelo)

Reparación de tramo dañado:

• Sustitución del material que ya ha fallado.

• Reforzamiento del suelo, en caso necesario.

• Reconstrucción del bordo con características señaladas antes

(taludes >2:1; filtros; material bien compactado; etc.)

• Colocación de protección marginal.

88.2 .2 Solución inmediata a problemas localesSolución inmediata a problemas localesG E O T E C N I A

―En bordos de protección que ya han fallado

‒‒‒‒

caso necesario, reforzamiento del suelo)

‒‒‒‒Restitución de la continuidad (con trinchera impermeable)

Trinchera de material impermeable para dar continuidad

Dentellón

a) Calidad de la compactaciónde bordos

Penetrómetro Dinámico Ultraligero (Pénétromètre Autonome Numérique Dynamique Assisté –PANDA–)

88..3 3 Verificación y monitoreo de Verificación y monitoreo de bordos existentesbordos existentes

G E O T E C N I A

b) Permeabilidadde bordos

Prueba USBR E-19

• Medir asentamientos ‒‒‒‒ Nivelacionestopográficas

• Medir deformaciones y desplazamientos horizontales

‒‒‒‒ Nivelaciones topográficas

‒‒‒‒ Inclinómetros‒‒‒‒ Deformímetros

G E O T E C N I A

88.3 .3 Verificación y monitoreo de Verificación y monitoreo de bordos existentesbordos existentes

c) Instrumentación

• Medir esfuerzos verticales (ejercidos por el bordo sobre el suelo natural y su distribución con la profundidad)

• Medir presiones de poro bajo el bordo (conocer evolución

de la consolidación del terreno natural, así como el factor de seguridad)

‒‒‒‒Piezómetros

‒‒‒‒Celdas de presión

Instrumentación de un taludInstrumentación de un taludG E O T E C N I A

Control de asentamientos

Movimientos

Superficie del talud deslizado

Control de aperturade fisuras


Movimientos horizontales

Inclinómetros

Zona de rotura

Micrómetro deslizante

Control de levantamientos

Gracias Gracias Gracias Gracias Gracias Gracias Gracias Gracias

por su por su por su por su por su por su por su por su

atenciónatenciónatenciónatenciónatenciónatenciónatenciónatención

Gracias Gracias Gracias Gracias Gracias Gracias Gracias Gracias

por su por su por su por su por su por su por su por su

atenciónatenciónatenciónatenciónatenciónatenciónatenciónatención

UNAMUNAM

Presentacion Resumida g Auvinet Potamologia 260811

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Transcript of Presentacion Resumida g Auvinet Potamologia 260811