TUBIFICACIÓN EN PRESAS DE MATERIALES DE PRESTAMO. Ms. Sc. Ing. Jorge Briones G.

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Carla Villanueva Ayala
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1 TUBIFICACIÓN EN PRESAS DE MATERIALES DE PRESTAMO Ms. Sc. Ing. Jorge Briones G.

2 EJEMPLO DE EROSION INTERNA EN PRESAS DE MATERIALES DE PRESTAMO

3 PRESAS DE MATERIALES DE PRESTAMO Presa Homogénea Presa con núcleo Central Presa CFRD o Enrocado con pantalla de concreto Presa con Núcleo impermeable de Asfalto

4 ESTABILIDAD A LA FILTRACIÓN EN LAS CIMENTACIONES DE LAS PRESAS DE MATERIALES DE PRESTAMO MOTIVOS DE FALLA 1. Agrietamiento 2. Sifonamiento mecánico (tubificación) 3. Deslizamiento del talud 4. Sismos 5. Rebase de la cortina 6. Licuación

5 ANALISIS DE ESTABILIDAD DE LAS PRESAS DE MATERIALES DE PRÉSTAMO Análisis de Filtración Análisis de Estabilidad de Taludes Análisis Tensión-Deformación Análisis Dinámico

6 FILTRACIÓN EN PRESAS DE TIERRA Luego de construida la presa, empieza el llenado del embalse y con él se inicia el proceso de filtración a través del cuerpo y cimentación de la presa, así como en sus estribos. Por tanto en el estudio del problema de filtración de una presa debe prestarse atención: Estudio de filtración a través del cuerpo y cimentación. Estudio de filtración en los laterales o estribos.

7 FILTRACIONE EN PRESAS DE MATERIALES DE PRESTAMO PROBLEMAS RESOLVER EN EL ANALISIS DE FILTRACIÓN En todo proceso de análisis de filtración se deben resolver los principales problemas: Línea superior de filtración Gradientes hidráulicos Velocidad de Filtración Caudal de filtración Muchos ingenieros proyectistas de presa piensan en forma equivocada, que el cálculo de la filtración se reduce simplemente a determinar los parámetros indicados anteriormente. Sin embargo el hallazgo de éstos simplemente constituye la Primera Etapa de cálculo de la Filtración. La Segunda Etapa, consiste en verificar si la estructura y característica del suelo, es tal, que pueda resistir a las fuerzas hidrodinámica que va a ejercer el flujo filtrante.

8 TIPOS DE EROSIÓN INTERNA

9 GRADIENTE HIDRÁULICO J H S H - Pérdida de carga en el tramo analizado S - Longitud del tramo analizado o recorrido en donde se produce la pérdida de carga. Esquema de Tubificación REFERENCIA DE RESISTENCIA Mejor resistencia a la Erosión interna Media resistencia a la Erosión interna Mala resistencia a la Erosión interna CARACTERISTICAS DE LOS SUELOS 1.Arcilla de alta plasticidad (IP>15). Bien compactada 2.Arcilla de alta plasticidad (IP>15), mal compactada 3.Arena Bien graduada o mezcla de grava y arena con finos arcillosos de media plasticidad (IP>6). 1.Arena bien graduada o mezcla de grava y arena con finos arcillosos de media plasticidad (IP>6). Bien compactado 2.Mezcla de grava, arena y limo bien graduado (IP<6) 3.Mezcla de grava, arena y limo bien graduada (IP<6). Mal compactada 1.Arena fina muy uniforme sin cohesión (IP<6). Bien compactada 2.Arena fina muy uniforme sin cohesión (IP<6). Mala compactada

10 IDENTIFICACION DE GRADIENTES HIDRAULICOS N1: Flujo Normal a la interface con ALTO GRADIENTE HIDRAULICO N2: Flujo Normal a la Interface con PEQUEÑO GRADIENTE HIDRAULICO

11 INFORMACION BASICA PARA EL ANÁLISIS DE LA EROSION INTERNA En la zona de emplazamiento de la presa se debe ejecutar una serie de calicatas cuyos resultados permitan elaborar las características de la cimentación. Para el caso del análisis de filtración se debe obtener la siguiente información básica: Perfil de la presa Ubicación del sistema de filtros Modelo geotécnico de la cimentación Granulometría curva completa (tamizado y vía húmeda) Densidad Permeabilidad de la cimentación o estratos. Con esta información y las condiciones de filtración se pasa a la etapa de análisis correspondiente.

12 CURVA GRANULOMETRICA, OBJETIVOS FILTROS La granulometría indica la distribución por tamaños de partículas de un suelo determinando la curva granulométrica por tamizado en columna de tamices de la serie normalizada. En el análisis de distintos problemas geotécnicos es relativamente frecuente utilizar los siguientes tamaños y proporciones deducidos de la curva granulométrica. Los ensayos de granulometría tienen por finalidad determinar en forma cuantitativa la distribución de las partículas del suelo de acuerdo a su tamaño. La distribución de las partículas con tamaño superior a mm se determina mediante tamizado. Para partículas menores que mm, su tamaño se determina observando la velocidad de sedimentación de las partículas en una suspensión de densidad y viscosidad conocidas. Los FILTROS Presas y cimentaciones son requeridos para realizar dos funciones básicas: a) Prevenir la erosión de las partículas del suelo del material base. b) Permitir el drenaje del agua filtrante

13 SUELOS AFECTOS A LA EROSION INTERNA Se propone la siguiente metodología para determinar cuando los suelos están expuestos a la Erosión interna. Una de estas metodologías muestra el siguiente proceso: 1. A partir de la Curva Granulométrica y utilizando las fórmulas (1) y (2), se determina si el suelo experimentará la Erosión Interna. Condición GEOMETRICA. 2. Conocida los parámetros de filtración, se determina los tamaños de fracciones a ser serán arrastradas por el flujo y en que porcentaje. Condición HIDRODINAMICA. CONDICION GEOMETRICA. El material no cohesivo se puede considerar sin afecto de Erosión Interna, si sus fracciones satisfacen la siguiente relación: d 5% N (1) n N Cu Cu 1 n d17% Si no cumple la relación (1), entonces el suelo estará expuesto a la Erosión Interna. (2)

14 SUELOS AFECTOS A LA EROSION INTERNA (continuación) CONDICION HIDRODINAMICA.- Conocido el Gradiente Hidráulico J, se calcula que tamaño de partícula d t será arrastrada del suelo por el flujo filtrante. Esto se realiza con ayuda de las siguientes fórmulas: d t J n 0 K Diseño cm (3) J k S J (4) Diseño d 0 f * (5) f * n C 5 U (8.6) K S =1.15 J n K d Cu - Coeficiente de seguridad -Gradiente hidráulico determinado por cálculo. -Porosidad - Coeficiente de permeabilidad cm/seg - Pesos específico seco del suelo kg/cm3 - Coeficiente de uniformidad. Luego de determinado el tamaño de la fracción d t, recurrimos a la curva granulométrica del material de la cimentación y se determina que porcentaje representa. Si se obtiene que el porcentaje es menor al 5%, entonces el suelo prácticamente no experimentará los efectos de la Erosión interna. Caso contrario está afecto a la Erosión interna.

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