Analisis de Red de Flujo y Estabilidad de Talud Shullucocha

DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA

ING. AGRÍCOLA

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” MAYOLO”

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELAACADÉMICO PROFESIONALDE INGENIERÍAAGRÍCOLA

TEMA

:

ANÁLISIS DE LA RED DE FLUJO Y ESTABILIDAD DE TALUDES DE LA REPRESA SHULLUCOCHA.

CURSO

:

DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA

DOCENTE

:

ING. MILLA VERGARA CESAR

ALUMNOS

: ITA CERNA LUIS ZARZOSA BEAS FRANK

HUARAZ - PERÚ

DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA

I.

ING. AGRÍCOLA

INTRODUCCIÓN En el presente informe realizaremos el análisis de la red de flujo y la estabilidad de taludes para el caso de la represa zonificada Shullucocha, para ello hicimos uso del programa GeoStudio 2012. Para el análisis de la red de flujo a través de la represa se usó el SEEP/W considerando dos casos: presa zonificada sin dren y presa zonificada con dren. Para el análisis de la estabilidad de taludes aguas arriba y aguas abajo se usó el SLOPE/W y se analizaron para tres condiciones: Embalse Vacío, Embalse Lleno y Desembalse rápido; ello para determinar el factor de seguridad que nos asegure la estabilidad de la presa.

Los alumnos

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II.

ING. AGRÍCOLA

OBJETIVOS 2.1. Objetivo general 

Realizar el análisis de las Filtraciones a través del cuerpo de la represa shullucocha y analizar la Estabilidad taludes para determinar los factores de seguridad de la represa en condiciones iniciales, embalse lleno y desembalse rápido, con la ayuda del software GeoStudio 2012 cnnnnnnnnnnnnnn (SEEP/W - SLOPE/W) ycccccccccccccccc manualmente.

2.2. Objetivo especifico 





III.

Analizar las filtraciones a través del cuerpo de la presa zonificada y el terreno de cimentación de la presa y calcular el caudal de infiltración “q” a través de la presa. Determinar el factor de seguridad para condiciones iniciales, embalse lleno y desembalse rápido en presa zonificada. Determinar el factor de seguridad para condiciones iniciales, embalse lleno y desembalse rápido en presa zonificada con filtro horizontal.

MATERIALES Y MÉTODOS

3.3

MATERIALES 

Geo Studio 2012 (SEEP/W , SLOPE/W).



AutoCAD Civil 3D 2013.



Microsoft Office Professional 2013 (Excel y Word).



Material de escritorio.



Dimensiones previas de la represa shullucocha. Nivel de Aguas Mínimas de Operaciones ( NAMINO )

4467

m.s.n.m

Nivel de Aguas Máximas de Operaciones ( NAMO )

4473

m.s.n.m

4473.40 4474.60 0.90 1.21 0.40 6.00

m.s.n.m m.s.n.m m m m m

Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias (NAME) Cota de corona Borde Libre (B.L) Borde Libre Adicional (B.L. A) Carga de Agua Sobre el Vertedero (h) Longitud Efectiva del Vertedero (L)

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ING. AGRÍCOLA 8.60 5.00 1V:2.5H 1V:2H

Altura de Presa (Hp) Ancho de la Corona (B) Taludes Aguas Arriba Taludes Aguas Abajo



m m

Datos de propiedades mecánicas del suelo (densidad, cohesión, ángulo de fricción) y datos de permeabilidad. Descripción Espaldón Núcleo Coluvial - glaciar

3.2

Densidad (KN/m3) 23.5 21.2 22

C (Kpa) 0 4.4 0

ф

K

(°) 70 27.1 40

(m/s) 1x10 8.7x10 -11 1x10

METODOLOGÍA:



Para el análisis de la red de flujo a través de la represa Shullucocha dibujamos la sección con los datos del pre dimensionamiento, luego con la ayuda del programa GeoStudio 2012 - SEEP/W, ingresamos los datos del tipo de material a usar, en este caso por ser una represa zonificada con cimentación se ingresó el valor de permeabilidad de 3 materiales diferentes para el Espaldón, núcleo y cimentación; también ingresamos el valor de la carga de agua.



Con todos esos datos obtuvimos el gráfico de la línea de corriente superior tanto para la presa zonificada sin filtro como para la presa zonificada con filtro horizontal.

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

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Teniendo las propiedades físicas de los materiales disponibles para la construcción de la represa Shullucocha (densidad del material, Angulo de fricción ( ф), cohesión (C) y el trazo de la línea de corriente superior o línea de saturación), se realizaron los cálculos correspondientes de los factores de seguridad para los casos de presa zonificado sin filtro y presa zonificada con filtro horizontal; para cada uno de las condiciones (iniciales, embalse lleno y desembalse rápido), con el uso del GeoStudio 2012 (SLOPE/W) ingresando valores de las propiedades mecánicas del suelo, geometría de la presa y línea superior de saturación .



Ingresamos datos de las propiedades mecánicas del suelo siendo las mismas para todas las condiciones por ser de carácter académico: Descripción Espaldón Núcleo Coluvial - glaciar

Densidad (KN/m3) 23.5 21.2 22

C (Kpa) 0 4.4 0

ф

K

(°) 70 27.1 40

(m/s) 0 1x10 8.7x10 -11 1x10

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IV. RESULTADOS 4.1. PRESA ZONIFICADA Análisis de Filtraciones: Descripción

K (m/s) 0

Espaldón

1x10

Núcleo

8.7x10

Coluvial - glaciar

1x10

-9

-11

Caudal (m3/s): Núcleo = 1.99*10-8

Caudal (m3/s): Núcleo=1.8962*10-8 Longitud de drenaje (desde talud aguas abajo)=12 m. Longitud de drenaje (desde talud aguas abajo del núcleo)=3.3 m.

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ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES: PRESA ZONIFICADA SIN DREN: ANÁLISIS DE ESTABILIDAD-EMBALSE VACÍA-TALUD AGUAS ARRIBA Descripción Espaldón Núcleo Coluvial - glaciar

Condición:

Densidad (KN/m3) 23.5 21.2 22

ф

C (Kpa) 0 4.4 0

(°) 70 27.1 40

FACTORES DE SEGURIDAD Morgenstem-price

Embalse vacío talud aguas arriba

2.388

Spencer

Bishop

2.376

2.338

Jambu 2.077

Ordinary 2.142

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD-EMBALSE VACÍA-TALUD AGUAS ABAJO

condición: Embalse vacío talud aguas abajo

FACTORES DE SEGURIDAD Morgenstem-price Spencer Bishop Jambu Ordinary 1.897

1.886

1.836

1.661

1.704

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ANÁLISIS DE ESTABILIDAD - EMBALSE LLENA  – TALUD AGUAS ARRIBA Descripción Espaldón Núcleo Coluvial - glaciar

condición: Desembalse rápido

Densidad (KN/m3) 23.5 21.2 22

C (Kpa) 0 4.4 0

ф

(°) 70 27.1 40

FACTORES DE SEGURIDAD Morgenstem-price Spencer Bishop Jambu Ordinary 3.863 3.852 3.843 3.082 3.055

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD - EMBALSE LLENA  – TALUD AGUAS ABAJO

condición: Embalse Lleno

FACTORES DE SEGURIDAD Morgenstem-price Spencer Bishop Jambu Ordinary 2.113 2.113 2.049 1.686 1.603

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PRESA ZONIFICADA CON DREN: ANÁLISIS DE ESTABILIDAD - EMBALSE LLENA - TALUD AGUAS ARRIBA Descripción Espaldón Núcleo Coluvial - glaciar

condición: Desembalse rápido

Densidad (KN/m3) 23.5 21.2 22

C (Kpa) 0 4.4 0

ф

(°) 70 27.1 40

FACTORES DE SEGURIDAD Morgenstem-price spencer bishop jambu ordinary 3.876 3.865 3.856 3.090 3.064

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD - EMBALSE LLENA - TALUD AGUAS ABAJO

condición: Embalse Lleno

FACTORES DE SEGURIDAD Morgenstem-price spencer bishop jambu ordinary 2.440 2.437 2.390 1.947 1.921

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IV.

ING. AGRÍCOLA

DISCUSIÓN DE RESULTADOS: 

Los caudales unitarios calculados con el GeoStudio 2012 SEEP/W en el análisis de la red de flujo fueron los siguientes: Condición sin dren:       Condición con dren:     



Los factores de seguridad obtenidos con el programa Geostudio 2012 (SLOPE/W), se muestra en el siguiente cuadro resumen de los F.S. calculados para los diferentes métodos: Presa Zonificada sin dren FACTORES DE SEGURIDAD condición: Morgenstern-Price Spencer Bishop Jambu Ordinary Embalse vacío talud aguas arriba 2.388 2.376 2.324 2.077 2.142 Embalse vacío talud aguas abajo 1.897 1.886 1.836 1.661 1.704 Embalse lleno 2.113 2.113 2.049 1.686 1.603 Desembalse rápido 3.863 3.852 3.843 3.082 3.055 Presa Zonificada con dren FACTORES DE SEGURIDAD condición: Morgenstern-Price Spencer Bishop Jambu Ordinary Embalse vacío talud aguas arriba 2.388 2.376 2.324 2.077 2.142 Embalse vacío talud aguas abajo 1.897 1.886 1.836 1.661 1.704 Embalse lleno 2.44 2.437 2.390 1.947 1.921 Desembalse rápido 3.876 3.865 3.856 3.09 3.064







Como podemos observar en la condición crítica de embalse llena para la presa zonificada sin dren el valor del factor de seguridad por el método ordinario (1.603) supera el valor mínimo establecido (1.5) para esa condición, pero como sabemos que en el proceso constructivo a veces no se llega a tener un talud exacto es por eso que procedimos a analizar en la condición con dren horizontal. Para la Presa zonificada con dren horizontal, el valor del factor de seguridad en la condición crítica de embalse llena por el método ordinario (1.921) supera en mayor magnitud al valor mínimo establecido (1.5) por lo que consideramos como adecuada para nuestro diseño. Para el resto de condiciones los valores del factor de seguridad superar el mínimo establecido, lo cual nos indica que la represa Shullucocha es estable con las dimensiones dadas.

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V.

ING. AGRÍCOLA

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

Es de vital importancia el trazo de la línea superior de flujo a través de la presa, ya que nos da una visión aproximada de cómo se mueve el fluido y el caudal que atraviesa por la presa.



Los valores del factor de seguridad obtenidos en las diferentes condiciones superan los valores mínimos permisibles de los factores de seguridad.



Obtuvimos valores elevados en los casos de desembalse rápido, ya que el talud aguas arriba es 1:2.5, esto es debido fundamentalmente a que trabajamos con las mismas características físicas de los materiales para las diferentes condiciones, lo cual en la práctica se tienen que hacer estudios de suelos para obtener un resultado más real.



Para evitar cometer muchos errores en el factor de seguridad en estabilidad de taludes, recomendamos que se deban obtener los valores en los laboratorios de mecánica de suelos para obtener la cohesión, ángulo de fricción y peso específico y no de tablas, ya que no se especifica muy bien los rangos de valores, y solamente podríamos usarlos como valores referenciales.

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VII.

ING. AGRÍCOLA

BIBLIOGRAFÍA:



ANÁLISIS DE ESTABILIDAD Y FILTRACIONES  – UNALM.Pdf



ANEXO DE ESTABILIDAD Y RED DE FLUJO DE LA REPRESA CHUQUIMARAN.Pdf

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VIII.

ANEXO

ING. AGRÍCOLA