ANEJO Nº 3 ESTABILIDAD DEL SISTEMA DE SELLADO

Transcripción

1 ANEJO Nº 3 ESTABILIDAD DEL SISTEMA DE SELLADO ANEJO Nº 3 ESTABILIDAD DEL SISTEMA DE SELLADO 1

2 ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN MÉTODO DE CÁLCULO HIPÓTESIS Y DATOS DE PARTIDA CÁLCULO Y RESULTADOS OBTENIDOS CONCLUSIONES RESISTENCIA A LA TRACCIÓN DEL SISTEMA DE SELLADO... 7 ANEJO Nº 3 ESTABILIDAD DEL SISTEMA DE SELLADO 2

3 1.- INTRODUCCIÓN El objeto del presente anejo es el cálculo, comprobación y dimensionamiento del sistema de sellado propuesto para los taludes del vertedero objeto del presente proyecto. Dicho dimensionamiento y comprobación se realizarán desde el punto de vista de la estabilidad del talud y se calcularán en función de la pendiente del mismo y de las distintas capas propuestas para su sellado. Normalmente, los mecanismos de deslizamiento en recubrimientos de vertederos son planares, es decir, se producen en el contacto entre las distintas capas de que se compone el sellado. No obstante, el mecanismo de deslizamiento varía en función de si se usan capas granulares para el sellado o el mismo se realiza mediante lámina. En el primero de los casos se debe tener en cuenta que la superficie de contacto crítica se encuentra entre la arcilla y la capa de drenaje inmediatamente superior, ya que es por donde discurrirá el agua filtrada a través de las capas permeables (grava y tierra vegetal), al ser la arcilla impermeable. En este caso, se debe tomar en consideración la presión de agua, a través del concepto de parámetros efectivos de un suelo; se suelen utilizar métodos como el de talud infinito, deslizamiento en cuña o métodos de equilibrio límite. En el caso objeto del presente proyecto se ha optado por un sistema de sellado compuesto por una capa de arcilla y un geo-dren por lo que la superficie crítica de contacto se encuentra ubicada entre esta lámina y su estructura de soporte (arcilla) sobre la cual descansa. En dicha situación el efecto del agua es nulo, ya que la cohesión interna de la lámina no se ve afectada por dicho elemento. En este caso se utilizará un método de cálculo basado en el equilibrio de un bloque sobre la superficie del talud, deslizando sobre la superficie crítica. 2.- MÉTODO DE CÁLCULO Como se ha indicado anteriormente se considera como método para la comprobación de la estabilidad de taludes, por las condiciones que presenta la solución adoptada en el presente proyecto, un método por estado límite de equilibrio. ANEJO Nº 3 ESTABILIDAD DEL SISTEMA DE SELLADO 3

4 Este método se basa en comprobar la estabilidad de un bloque, considerando como bloque el paquete de sellado, deslizando por un talud que forme un ángulo β con la horizontal sobre una superficie crítica de deslizamiento. La superficie que se considera crítica en este caso es la superficie de contacto entre el geo-dren y su capa inmediatamente inferior, ya que en el caso de producirse el deslizamiento de la lámina el talud quedaría sin impermeabilización y, por tanto, el sistema de sellado no cumpliría su cometido. Así, el modelo de cálculo sería el que se muestra en la figura siguiente: V W G J F d δ Donde: G : Peso del paquete de sellado por encima de la superficie crítica de deslizamiento S: Fuerza desestabilizadora calculada como S=G' sen β J: Fuerzas debidas al agua. J=γ w V w sen β γ w : Peso específico del agua V w : Volumen de agua en el suelo F d : Resistencia de diseño de la geomalla de refuerzo F d Fk = A γ F k : Tensión nominal o resistencia a corto plazo de la geomalla de refuerzo A: Factor de minoración por fluencia (s/din 4084 de 1,1 a 1,4) ANEJO Nº 3 ESTABILIDAD DEL SISTEMA DE SELLADO 4

5 de datos γ: 1, 75 (EBGEO) Factor de seguridad defectos de fabricación y extrapolación T: Fuerza de rozamiento calculada como: T= G cos β tg δ δ: Coeficiente de rozamiento entre materiales que conforman la superficie crítica de deslizamiento Mediante las leyes elementales de la física y equilibrando las fuerzas que actúan sobre el bloque anteriormente grafiado, se obtiene que el factor de seguridad contra el deslizamiento de dicho bloque viene dado por la siguiente expresión: η = ( d T + F ) (S + J) Este coeficiente de seguridad cuantifica cuanto mayores son las fuerzas estabilizadoras del talud con respecto a las fuerzas desestabilizadoras. Así, un coeficiente de seguridad mayor que 1 indicaría que el bloque de sellado está en equilibrio con respecto al talud considerado y a las fuerzas desestabilizadoras incluidas en el cálculo. No obstante, al tratarse de métodos aproximativos y que dependen de parámetros difícilmente cuantificables como puede ser el coeficiente de rozamiento entre superficies δ, no se puede considerar el método como exacto al 100% y, por ello, se busca siempre un coeficiente de seguridad mayor. Este coeficiente de seguridad comúnmente aceptado como correcto es de 1,2. Por ello, se buscarán aquellas superficies que, en contacto, sean capaces de conferir al talud un coeficiente de seguridad de 1,2 como mínimo. 3.- HIPÓTESIS Y DATOS DE PARTIDA Como datos de partida, y según el modelo anteriormente expuesto, se considerarán los siguientes: Talud máximo de 9 metros de altura con una pendiente media de 35º con la horizontal Capa de sellado por encima de la superficie crítica: ANEJO Nº 3 ESTABILIDAD DEL SISTEMA DE SELLADO 5

6 Tierra vegetal de 0,36 m en vertical (30 cm de espesor) Geo-dren de fibras trenzadas Altura de agua acumulada por encima de la superficie crítica de deslizamiento: No se considera por ser la situación crítica Asimismo, las hipótesis de partida son las siguientes: Lámina de PEAD lisa sobre geotextil de protección. Lámina de PEAD rugosa sobre geotextil de protección Lámina de PEAD lisa sobre cama de arena Lámina de PEAD rugosa sobre cama de arena 4.- CÁLCULO Y RESULTADOS OBTENIDOS Para el cálculo del factor de seguridad y, por tanto, la comprobación de la estabilidad del talud considerado con la solución adoptada se ha utilizado el método y expresiones anteriormente mencionadas. Así, una vez realizados los cálculos necesarios se obtiene un coeficiente de seguridad de 0,24. Como se puede observar, debido a la elevada pendiente que presenta el talud (35º con la horizontal) si únicamente se consideran las fuerzas estabilizadoras y desestabilizadoras del talud, el coeficiente de seguridad frente al deslizamiento de la capa de sellado es inferior a la unidad, lo que supone que el talud no es estable. No obstante, se deben considerar que los geocompuestos que se utilizarán para el sellado del talud estarán anclados en su parte superior mediante una zanja de dimensiones 0,5x0,5 m rellena de hormigón, lo que proveerá al sistema de sellado de un sistema adicional de seguridad. Así, considerando además de las fuerzas estabilizadoras y desastibilizadoras del talud, el sistema adicional de seguridad frente al deslizamiento de la capa de sellado que provee su anclaje en cabecera del talud, el factor de seguridad es claramente superior a 1,2. ANEJO Nº 3 ESTABILIDAD DEL SISTEMA DE SELLADO 6

7 No obstante, en el cálculo de estabilidad de taludes se ha tenido en cuenta, tal y como se ha mencionado anteriormente, que el talud está drenado, es decir con una acumulación de agua nula, ya que esta situación es la más desfavorable. Esto es debido a que el efecto estabilizador de la componente vertical del peso de agua es mayor que el efecto desestabilizador de la componente paralela al talud del mismo, por lo que en caso de no ser así se aumentaría la seguridad del talud. 5.- CONCLUSIONES Por tanto, teniendo en cuenta las consideraciones y cálculos expuestos anteriormente se recomienda como solución para la impermeabilización del talud con el fin de asegurar una adecuada estabilidad de taludes la compuesta por: Lámina de PEAD de 2 mm rugosa Doble Geotextil de protección de 300 gr/m 2 Tierra Vegetal en un espesor de 30 cm Geo-dren de fibras trenzadas para el drenaje del talud 6.- RESISTENCIA A LA TRACCIÓN DEL SISTEMA DE SELLADO Para el cálculo de la fuerza de rozamiento y de la fuerza desestabilizadora del terreno, se requiere conocer los datos del peso de la tierra vegetal (G ), que se estima en 450 Kg/m2 (4.410 N/m2), la pendiente del terreno (β) sobre el que se colocara la lamina de polietileno, que en nuestro caso será de 35º (0,66289 rad) una vez retirados los residuos previstos, y el ángulo de rozamiento (δ) entre las superficies, que se estima en 10º. A continuacion se calculan la fuerza de rozamiento y fuerza desestabilizadora a partir de los datos indicados: Fuerza de rozamiento (T)= G *cos β *tg δ = 614,12 N/m 2 Fuerza desestabilizadora (S) = G *sen β = 2.529,47 N/m 2 ANEJO Nº 3 ESTABILIDAD DEL SISTEMA DE SELLADO 7

8 Por último, para el cálculo de la resistencia de diseno de las laminas de sellado, se requieren además como datos, un factor de seguridad (η), que será de 1,2, y las fuerzas debidas al agua que se calculan a continuacion: Fuerzas debidas al agua (J) = Pw*VW*sen β; siendo Pw el peso especifico del agua (1000 Kg/m 3 ) y VW el volumen de agua en el suelo (0,1 m 3 ); J = 58,78 Kg/m 2 (576 N/m 2 ). Finalmente, la resistencia de diseño de las laminas de sellado (Fd) es la siguiente: Fd= [η*(s+j) - T= [1,2*(2.529, )] 614,12 = 3112,44 N/m 2 La resistencia de las laminas de sellado comerciales suele rondar los MPa, y por tanto soportan sobradamente la resistencia de diseño calculada. ANEJO Nº 3 ESTABILIDAD DEL SISTEMA DE SELLADO 8