Analisis de Estabilidad de Taludes (Presa Yanacocha)

1

I.

INTRODUCCION

Los taludes de una presa de tierra deben ser estables aun en las condiciones más desfavorables de esfuerzos que puedan presentarse en la vida de la presa. Esta condición implica que los esfuerzos cortantes originados por el propio peso de la presa y las fuerzas de filtración no deben exceder a los esfuerzos cortantes que los materiales del terraplén sean capaces de soportar. En el presente informe analizaremos la estabilidad de taludes para los diferentes tipos de presas que consideramos, las cuales son presa homogénea, presa homogénea con filtro y presa zonificada con filtro calculadas en el software geoestudio 2012.

Los alumnos

2

II.

OBJETIVOS 2.1. Objetivo General  Realizar el análisis de estabilidad de taludes y determinar los factores de

seguridad de la Presa Yanacocha con la ayuda del software GeoStudio 2012 (Geo Slope - SLOPE/W).

2.2. Objetivos Específicos:  Determinar el factor de seguridad para la presa homogénea Yanacocha en

condiciones iniciales, embalse lleno (nivel del NAMO) y embalse ecológico.  Determinar el factor de seguridad para la presa homogénea Yanacocha con filtro prisma en condiciones iniciales, embalse lleno y embalse ecoló gico.  Determinar el factor de seguridad para la presa zonificada Yanacocha en condiciones iniciales, embalse lleno y embalse ecológico.  Determinar el factor de seguridad para la presa zonificada Yanacocha con filtro horizontal en condiciones iniciales, embalse lleno y embalse ecológico.

III.

MATERIALES Y METODOS 3.1.

MATERIALES  Geo Studio 2012 (SLOPE/W) –  Manual de cálculo.  AutoCAD Civil 3D 2013.  Microsoft Office 2013 (Excel y Word).  Predimensionamiento de la presa Yanacocha  Tabla de propiedades mecánicas de los materiales disponibles para la

construcción de la presa.  Datos del informe de análisis de Red de Flujo (trazado de la línea de

saturación o línea de corriente superior).

3

3.2

METODOLOGÍA: 

Paso 1: Teniendo las propiedades mecánicas de los materiales disponibles para la construcción de la presa de la tabla N° 01

(peso unitario del material,

Angulo de fricción (ϕ) y cohesión (C)) y la línea de corriente superior o línea de saturación, determinado en el análisis de red de flujo (informe anterior ), se realizara los cálculos correspondientes de los factores de seguridad con la ayuda del software Geo Studio 2012 (SLOPE/W) siguiendo el procedimiento del manual, para la presa homogénea sin filtro y homogénea con filtro  prisma, además zonificado sin filtro y zonificada con filtro horizontal en cada uno de las condiciones (iniciales, embalse lleno y embalse ecológico).



Paso 2: Ingresamos los datos de las propiedades mecánicas del suelo en el geoslope  para las siguientes condiciones:

TABLA 01 Parámetros de resistencia cortante de los materiales

DESCRIPCION

Densidad (KN/m3)

Cohesión (Kpa)

Ángulo de fricción (ϕ)

Espaldón  Núcleo

23.5 21.2

0 4.4

70 27.1

Fluvio-glaciar

20.8

2.9

42

Fuente: Análisis y Diseño de Presas de Tierra - UNALM 

Paso 3: El caudal ecologico obtenemos de la curva H-A-V (informe anterior), considerando el 10% del NAMO.

4

TRANSITO DE AVENIDAS Cuadro Altur a-Area-Volumen 

resul. Redondeado

interpolacion

COTA (msnm)

AREA(m²)

∆ H (m)

4608

41767.44

1

VOL. ACUM.(m³)

% de caudal

0.00

ecologico

44049.85

10% 30%

 

4609.00

4608.91

4609

46332.26

1

4610.50

4610.48

4610

51027.35

1

 

92729.66

4611

54992.92

1

 

145739.79

4612

58654.67

1

 

202563.59

4613

62243.68

1

 

263012.76

4614

65785.66

1

 

327027.43

4615

69287.10

1

 

394563.81

4616

72735.20

1

 

465574.96

4617

76176.71

1

 

540030.92

4618

79508.44

1

 

617873.49

4619

82771.80

1

 

699013.61

4620

86088.59

1

 

783443.81

Volumen de Almacenamiento :

 

 

volumen 39456.381

 

118369.143

NAMO

394.56381 mmc

NAMO :

394563.81 m3

4615 msnm

IV. RESULTADOS 4.1. Presa Homogénea Teniendo la zona más crítica en el talud aguas abajo por tener mayor pendiente se realizó el cálculo del factor de seguridad:

20 18 1.697 16 2

14

   )   m    ( 12   n   o 10    i   c   a   v 8   e    l    E 6

3

TERRAPLEN

6

1

4

7

4

CIMENTACION

2 5 0 0

8 2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

Distancia (m)

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

5

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 1.631 Presa Homogénea Bishop Aguas Abajo 1.485 Janbu (condiciones 1.686 Spencer iniciales) 1.697 Morgenstern - Price

1.320 15 14 13 12 11

   ) 10   m    ( 9   n   o    i 8   c 7   a   v 6   e    l    E 5

terraplen

4 3

cimentacion

2 1 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

44

46

48

48

Distancia (m)

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 1.320 Bishop Presa Homogénea 1.208 Janbu Aguas Abajo 1.377 Spencer (Embalse lleno) 1.393 Morgenstern - Price

1.676 15 14 13 12    ) 11   m10    (   n 9   o 8    i   c 7   a   v 6   e 5    l    E 4 3 2 1 0

TERRAPLEN

CIMENTACION

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

Distancia (m)

30

32

34

36

38

40

42

50

6

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 1.634 Presa Homogénea Bishop Aguas abajo 1.611 Janbu (embalse 1.666 Spencer ecológico) 1.676 Morgenstern - Price 4.2. Presa con filtro prisma:

20

1.742

   )   m    (   n   o    i   c 10   a   v   e    l    E

terraplen filtro cimentacion

0 0

10

20

30

40

Distancia (m)

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 1.676 Presa con filtro Bishop Prisma 1.522 Janbu Aguas Abajo 1.732 Spencer (condiciones iniciales) 1.742 Morgenstern - Price

50

7

25

20

15

  n   o    i    t   a   v   e    l    E10

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

45

50

55

Distance 25

20

1.687

   )   m15    (   n   o    i   c   a   v   e 10    l    E

terraplen filtro

5

cimentacion 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Distancia (m)

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 1.619 Presa con filtro Bishop  prisma 1.473 Janbu Aguas Abajo 1.677 Spencer (Embalse lleno) 1.687 Morgenstern –  Price

8

20 18 1.736 16

   ) 14   m    ( 12   n   o    i   c 10   a   v   e 8    l    E

terrraplen

6

filtro

4

cimentacion

2 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

Distancia (m)

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 1.670 Bishop Presa con filtro prisma 1.517 Janbu Aguas Abajo (embalse 1.726 Spencer ecológico) 1.736 Morgenstern - Price 4.3. Presa Zonificada

44

46

48

50

9

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 2.082 Presa Zonificada –  Bishop Agua Abajo 1.745 Janbu (condiciones 2.154 Spencer iniciales) 2.168 Morgenstern - Price

20

2.223

   )   m    (   n   o    i   c 10   a   v   e    l    E

0 0

10

20

30

Distancia(m)

40

50

10

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 2.139 Presa Zonificada - con Bishop filtro - Aguas Abajo 1.179 Janbu (condiciones iniciales) 2.210 Spencer 2.223 Morgenstern - Price

20

2.457

   )   m    (   n   o 10    i   c   a   v   e    l    E

0 0

10

20

30

40

Distancia (m)

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 2.369 Bishop Presa Zonificada con 1.971 Janbu filtro - Aguas Abajo 2.464 Spencer (condiciones iniciales) 2.457 Morgenstern - Price

50

11

25

20

1.721

   )   m15    (   n   o    i   c   a   v   e 10    l    E

5

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Longitud (m)

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 1.625 Bishop Presa Zonificada 1.375 Janbu Aguas Abajo 1.709 Spencer (Embalse Lleno) 1.721 Morgenstern - Price

20

2.496

   )   m    (   n   o    i   c 10   a   v   e    l    E

0 0

10

20

30

Distancia (m)

40

50

12

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 2.405 Presa Zonificada –  Bishop con filtro Aguas 1.913 Janbu Abajo (embalse 2.510 Spencer lleno) 2.496 Morgenstern - Price

20

2.277

   )   m    (

  n   o 10    i   c   a   v   e    l    E

0 0

10

20

30

40

Distancia (m)

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 2.193 Presa Zonificada –  Bishop con filtro Aguas 1.828 Janbu Abajo (embalse 2.269 Spencer lleno) 2.277 Morgenstern - Price

50

13

2.080 16 14 12

   )   m    ( 10   n   o    i 8   c   a   v 6   e    l    E 4 2 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

Distancia (m)

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 1.993 Presa Zonificada Bishop Aguas Abajo 1.676 Janbu (embalse ecológico) 2.066 Spencer 2.080 Morgenstern - Price

FACTORES DE SEGURIDAD VALORES TIPO DE PRESA METODOS 2.433 Presa Zonificada Bishop Aguas Abajo 1.998 Janbu (embalse ecológico) 2.536 Spencer con dentellón 2.522 Morgenstern - Price

44

46

48

50

14

IV.

DISCUSION DE RESULTADOS:  De acuerdo a los valores obtenidos con el geoslope y los establecidos en la tabla

2 (ver anexo), podemos observar que los resultados cumplen con las condiciones establecidas, es decir que son mayores a las mínimas.  Realizando una comparación de los resultados de los factores de seguridad obtenidos podemos decir que el factor de seguridad obtenido por el método de Janbu es el más crítico.  Como los factores de seguridad obtenidos para las tres tipos de presas  presentadas (homogénea, homogénea con filtro y zonificada con filtro), cumplen los factores de seguridad mínimas; esto nos indica que el diseño es adecuado  para las tres tipos de presas; pero recomendamos como la presa aceptable la  presa zonificada ya que presenta dentellón cuya función es evitar la filtración  por la cimentación.  Los resultados de estabilidad de taludes más críticas nos indican que la presa no está sobredimensionada y por ende hay un costo económico aceptable.

V.

CONCLUSIONES Condiciones

Presa Homogénea

Condiciones iniciales

1.485

Embalse lleno

1.208

Embalse ecológico

1.611

Condiciones

Presa Homogénea con filtro

Condiciones iniciales

1.522

Embalse lleno

1.473

Embalse ecológico

1.517

15

Condiciones

VI.

ANEXO

Presa zonificada con filtro

Condiciones iniciales

1.971

Embalse lleno

1.828

Embalse ecológico

1.998