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UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
La Universidad Católica de Loja
ÁREA TÉCNICA
TÍTULO DE INGENIERO EN GEOLOGÍA Y MINAS
Análisis de la estabilidad del talud de la Casa de Máquinas, utilizando el
método de elementos finitos y equilibrio límite del Proyecto Hidroeléctrico
Delsitanisagua 180MW.
TRABAJO DE TITULACIÓN
AUTOR: Ramírez Jiménez, Maritza Eugenia.
DIRECTOR: Esparza Villalba, Carmen Antonieta, M.Sc.
LOJA-ECUADOR
2016
Esta versión digital, ha sido acreditada bajo la licencia Creative Commons 4.0, CC BY-NY-SA: Reconocimiento-No comercial-Compartir igual; la cual permite copiar, distribuir y comunicar públicamente la obra, mientras se reconozca la autoría original, no se utilice con fines comerciales y se permiten obras derivadas, siempre que mantenga la misma licencia al ser divulgada. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es
Septiembre, 2016
ii
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN
Magíster.
Carmen Antonieta Esparza Villalba.
DOCENTE DE LA TITULACIÓN
De mi consideración:
El presente trabajo de fin de titulación: “Análisis de la estabilidad del talud de la Casa de
Máquinas, utilizando el método de elementos finitos y equilibrio al límite del Proyecto
Hidroeléctrico Delsitanisagua 180MW”, realizado por Maritza Eugenia Ramírez Jiménez, ha
sido orientado y revisado durante su ejecución, por cuanto se aprueba la presentación del
mismo.
Loja, marzo de 2016
f)………………………………
iii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS
“Yo Maritza Eugenia Ramírez Jiménez, declaro ser autor del presente trabajo de fin de
titulación: “Análisis de la estabilidad del talud de la Casa de Máquinas, utilizando el método
de elementos finitos y equilibrio al límite del Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua 180MW”,
de la Titulación de Ingeniero en Geología y Minas, siendo Carmen Antonieta Esparza Villalba
director del presente trabajo; y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de
Loja y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales. Además certifico
que las ideas, conceptos, procedimientos y resultados vertidos en el presente trabajo
investigativo, son de mi exclusiva responsabilidad.
Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 88 del Estatuto Orgánico de
la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textualmente dice:
“Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones,
trabajos científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo
financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”
f)..........................................................
Autor: Maritza Eugenia Ramírez Jiménez.
Cédula: 1105072597
iv
DEDICATORIA
A Dios, por permitirme llegar hasta esta etapa de mi vida, bendiciéndome con personas
buenas en mi vida. A Papá y Mamá, Ismael (+) y Lucia que han sabido formarme con buenos
sentimientos, hábitos y valores, gracias a ellos soy una mujer fuerte que ha conseguido
grandes cosas durante toda su vida, buscando siempre ser un orgullo para ellos. Este logro
es suyo..!!
A cada uno de mis hermanos, por ser con quien he compartido toda mi vida y por ser ellos
quienes han sido mí fuerza y apoyo siempre.
A mis pequeños sobrinos, por el cariño que me dan todos los días convirtiendo días oscuros
en días alegres y divertidos.
Con cariño.
Maritza Eugenia.
v
AGRADECIMIENTOS
Quiero agradecer primero a Dios, por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi
corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi vida aquellas personas que han sido
mi soporte, compañía e inspiración durante mi periodo académico y toda la vida.
Le agradezco a la Corporación Eléctrica del Ecuador. CELEC.EP- Gensur, de manera
especial al Ingeniero Roger Carchipulla, por permitirme realizar mis prácticas Pre-
Profesionales en el Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua y desarrollar mi trabajo de fin de
Titulación, así mismo le agradezco al Ingeniero Klever Uchuari tutor de mi investigación, por
compartir su conocimiento, experiencias y consejos que serán muy valiosos en mi vida
profesional. A los Ingenieros Manuel Luzuriaga, Andrés Costa, Eduardo Castillo, Liliana
Zúñiga y Paola Bueno por la ayuda técnica dada en transcurro de mis pasantías y sobre todo
por brindarme su amistad.
Le agradezco a la planta de docente de la Titulación de Geología y Minas e Ingeniería Civil
de la Universidad Técnica Particular de Loja, especialmente a la M.Sc. Carmen Esparza,
directora de la presente investigación, por su ayuda y orientación brindada en todo el proceso
de investigación. Al Ingeniero Jorge Veintimilla, por su ayuda desinteresada y consejos
brindados los cuales me ayudaron mucho en el presente trabajo. A todos los docentes de la
Titulación que contribuyeron durante toda mi vida universitaria con sus enseñanzas y
consejos, que me permitieron cumplir con una de mis metas más anheladas.
La mayor gratitud es con mi familia, especialmente mi Mami, por ser un apoyo fundamental
en mi vida, ser la persona que siempre está conmigo en todo momento, enseñarme que con
esfuerzo y dedicación se consigue grandes cosas, pero sobre todo, por ser mi Madre. A mis
hermanos los cuales me han brindado su compresión y cariño toda su vida, no sé qué haría
sin ellos, a mis pequeños sobrinos; Danny, Paula y Amy que con sus locuras hacen que mi
vida sea más divertida y menos complicada.
A mis amigos y compañeros, que me han acompañado durante esta etapa de vida,
compartiendo con ellos momentos muy agradables, animándome siempre a ser mejor.
Además a cada una de las personas que desinteresadamente me brindaron su ayuda y
confiaron en mí para la realización de la presente investigación.
vi
ÍNDICE DE CONTENIDO
CARATULA……………………….…..…………………………………………………………………………………………………….i
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN ............................ ii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS ....................................................... iii
DEDICATORIA ..................................................................................................................................... iv
AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................... v
ÍNDICE DE CONTENIDO.................................................................................................................... vi
ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................................................... viii
RESUMEN EJECUTIVO ......................................................................................................................1
ABSTRACT ............................................................................................................................................2
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................3
Objetivos. ..............................................................................................................................................4
CAPÍTULO I. GENERALIDADES ......................................................................................................5
1.1. Marco institucional. ............................................................................................................6
1.2. Marco referencial. ................................................................................................................6
1.2.1. Estudios existentes. ...................................................................................................6
1.3. Generalidades del área de estudio. ................................................................................7
1.3.1. Ubicación. ......................................................................................................................7
1.3.2. Acceso. ..........................................................................................................................9
1.3.3. Clima. ..............................................................................................................................9
1.3.3.1. Precipitación atmosférica. ............................................................................. 10
1.3.4. Geomorfología. ......................................................................................................... 10
1.3.5. Hidrografía. ................................................................................................................ 11
1.4. Marco Geológico. ............................................................................................................. 11
1.4.1. Geología regional. .................................................................................................... 11
1.4.2. Geología local............................................................................................................ 13
1.5. Descripción del proyecto. .............................................................................................. 16
1.5.1. Obras cabeceras del complejo. ............................................................................ 16
1.5.1.1. Presa. ....................................................................................................................... 16
1.5.1.2. Tipo de roca y características de la calidad de la roca. ......................... 18
1.5.2. Túnel de desvío. ........................................................................................................ 19
1.5.3. Túnel de carga. .......................................................................................................... 19
1.5.4. Chimenea de equilibrio. .......................................................................................... 21
1.5.5. Sistema de presión y casa de máquinas. .......................................................... 22
1.5.5.1. Estructuras geologicas. .................................................................................. 22
CAPÍTULO II ....................................................................................................................................... 24
vii
MARCO CONCEPTUAL ................................................................................................................... 24
2.1. Estabilidad de taludes. .................................................................................................... 25
2.1.1. Factor de seguridad ................................................................................................. 26
2.1.2. Resistencia cortante del suelo. ............................................................................ 26
2.1.2.1. Angulo de fricción. ........................................................................................... 28
2.1.2.2. Cohesión. ............................................................................................................ 29
2.1.3. Resistencia a la compresión. ................................................................................ 29
2.1.4. Módulo de Young y relación de Poisson. .......................................................... 29
2.2. Métodos de análisis de estabilidad de taludes. ....................................................... 30
2.2.1. Métodos de equilibrio al límite.............................................................................. 32
2.2.1.1. Método de Bishop simplificado. ................................................................... 33
2.2.1.2. Método de Janbú simplificado (1954). ........................................................ 35
2.2.2. Método de elementos finitos. ................................................................................ 36
2.2.2.1. Concepto general del método. ...................................................................... 36
2.2.2.2. Evaluación del factor de seguridad utilizando elementos finitos. ...... 38
2.3. Descripción del talud en zona de Casa de Máquinas. ............................................ 39
2.3.1. Condiciones geológicas del talud. ...................................................................... 39
2.3.2. Mecanismos de deformación, fracturación. ...................................................... 41
2.4. Diseño Metodológico. ..................................................................................................... 42
2.4.1. Tipo de estudio. ........................................................................................................ 42
2.4.2. Información previa a la investigación. ................................................................ 43
2.4.2.1. Métodos y técnicas para la descripción geológica-geotécnica del
talud izquierdo de la tubería de presión. ....................................................................... 43
2.4.2.2. Métodos y técnicas para el análisis de la estabilidad del talud
izquierdo de la tubería de presión. .................................................................................. 43
2.4.3. Recolección de datos. ............................................................................................. 44
2.4.3.1. Trabajos de campo. ......................................................................................... 44
2.4.3.2. Trabajos de gabinete. ...................................................................................... 44
CAPÍTULO III ...................................................................................................................................... 45
MODELACIÓN MATEMÁTICA ........................................................................................................ 45
(Calculo, interpretación y medidas de remediación) ............................................................................. 45
3.1. Parámetros de cálculo .................................................................................................... 46
3.2. Geometría inicial del talud. ............................................................................................ 49
3.3. Modelo del problema. .......................................................................................................... 50
3.3.1. Método de equilibrio al límite. ............................................................................... 50
3.3.2. Método de Elementos finitos (software Phase2). ................................................ 54
viii
3.4. Análisis de resultados obtenidos. ............................................................................... 56
3.5. Medidas de remediación. ............................................................................................... 57
3.5.1. Drenaje y subdrenaje: ............................................................................................. 57
3.5.1.1. Zanja de coronación. ....................................................................................... 57
3.5.1.2. Drenes horizontales o de penetración. ....................................................... 58
3.5.1.3. Recubrimiento o protección de la superficie. ........................................... 58
3.5.1.4. Estructuras de suelo reforzado. ................................................................... 58
CONCLUSIONES. ............................................................................................................................. 60
RECOMENDACIONES. .................................................................................................................... 62
ANEXOS. ............................................................................................................................................. 66
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1. Ubicación geográfica del proyecto hidroeléctrico Delsitanisagua. .......................... 8
Figura 1.2. Acceso al Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua. Loja- Zamora. ........................ 9
Figura 1.3. Mapa Geológico del Distrito Zamora ......................................................................... 13
Figura 1.4. Mapa geológico de la zona de Casa de Máquinas. ................................................ 15
Figura 1.5. Sitio de Presa del Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua, Eje de la presa. ...... 16
Figura 1.6. Sostenimiento final del túnel de carga con Hormigón Armado. ............................ 19
Figura 1.7. Implantación general del Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua ........................ 23
Figura 2.1. Metodología de cálculo para el análisis de taludes...¡Error! Marcador no definido.0
Figura 2.2. Esquema de fuerzas sobre una dovela en el método de Bishop ......................... 33
Figura 2.3. Esquema de fuerzas sobre una dovela en el método de Bishop ......................... 34
Figura 2.4. Fuerzas que actúan sobre una dovela en método de Janbú. ............................... 35
Figura 2.5.Forma de algunos elementos usados en el MEF bidimensional. .......................... 37
Figura 2.6. Planta de la zona de deformación y fracturación tipo fluencia en el talud de la
zanja de tubería en la zona de casa de máquinas........................................................................ 41
Figura 2.7. Talud de estudio, sector Casa de máquinas............................................................ 42
Figura 3.1. Lugar de toma de muestras, sector Casa de Máquinas. ....................................... 47
Figura 3.2. Topografía del Emplazamiento de la zona de Casa de Máquinas. ...................... 49
Figura 3.3. Perfil actual de terreno “E-E”, limitación de litología. ............................................. 50
Figura 3.4. Resultado de la modelación (método de Morgenstern-Price) Fs= 1.278 ............ 51
Figura 3.5. Resultado de la modelación (método de Morgenstern-Price con sismo) Fs=1.40
............................................................................................................................................................... 52
Figura 3.6. Resultado de la modelación (método de Bishop sin Sismo) Fs= 1.26 ............... 52
Figura 3.7. Resultado de la modelación (método de Bishop con Sismo) Fs= 1.39 ............... 53
Figura 3.8. Resultado de la modelación (método de Janbú con sismo) Fs=1.23. Profundidad
del circulo de falla=2.72m ................................................................................................................. 53
Figura 3.9. Resultado de la modelación (método de Janbú sin sismo) Fs=1.18. Profundidad
del circulo de falla= 21.66m .............................................................................................................. 54
Figura 3.10. En la figura ilustra los resultados de análisis teso-deformacional Fs= 0.70 ... 554
Figura 3.11. En la figura ilustra los resultados de análisis teso-deformacional sin
parámetros sísmicos Fs= 0.95. ........................................................................................................ 55
ix
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Coordenadas de las principales obras del Proyecto. ................................................... 8
Tabla 1.2. Cuadro de datos mensual y anual de Precipitación (año 2011) .............................. 10
Tabla 1.3. Categorización de los cuerpos hídricos ....................................................................... 11
Tabla1. 4. Resultados de identificación de Litofacies de Gneis en la etapa de factibilidad. 176
Tabla 2.1. Métodos de equilibrio limite más utilizados. .............................................................. 321
Tabla 3.1. Parámetros geomecánicos de los ensayos de laboratorio. (UU TRIAXIAL). ...... 465
Tabla 3.2. Parámetros geológicos de los suelos. ....................................................................... 476
Tabla 3.3. Parámetros geológicos de la roca. ............................................................................. 487
Tabla 3.4. Párametros tenso-deformacionales de los materiales .............................................. 56
Tabla 3.5. Valores de los factores de seguridad…………………………………………………56
RESUMEN EJECUTIVO
En la presente investigación hace referencia al análisis de la estabilidad del talud de la Casa
de Máquinas, utilizando el método de elementos finitos y equilibrio al límite del Proyecto
Hidroeléctrico Delsitanisagua 180MW. La meta principal de esta investigación es el análisis
de la estabilidad del Talud izquierdo ubicado en la zona de Tubería de Presión para lograr
esto, se recurrió a modelar el perfil del talud con la ayuda del software GeoStudio (SLOPE/W)
y el software Phase2 (versión 8.0), los parámetros geomecánicos del suelo fueron tomados
de ensayos geotécnicos realizados por la Empresa.
Los resultados obtenidos afirmaron la condición inestable del sector, obteniendo un factor de
seguridad de Fs= 1.23 (Equilibrio al límite) y Fs= 0.70 (Elementos finitos), no cumpliendo con
los criterios de estabilidad conforme a obras de envergadura de un factor de seguridad igual
o superior a 1.5. Mediante el modelamiento y un minucioso análisis se logró determinar los
principales factores condicionante y desencadenantes que afecta a la estabilidad, así mismo
posibles medidas de remediación asegurando la viabilidad del proyecto tanto técnica como
económicamente.
Palabras claves: Factor de seguridad, análisis de estabilidad, elementos finitos, equilibrio
límite.
2
ABSTRACT
This research refers to the analysis of slope stability of the Powerhouse of Delsitanisagua
180MW Hydroelectric Project, using the finite element method and limit equilibrium. The main
objective of this research is the analysis of the stability of the left batter located in the area of
penstock. To achieve this it was model the profile of the slope using GeoStudio (SLOPE / W)
software and Phase2 software (version 8.0). Geomechanical soil parameters were taken from
geotechnical tests performed by the Company.
The results determinated an unstable condition of the sector, obtaining a safety factor Fs =
1.23 (limit equilibrum) and Fs = 0.70 (finite elements), not meeting the criteria of stability
according to major works for wich the safety factor should be greater than or equal to 1.5. By
modeling and careful analysis it was determined the main determining and triggers factors that
affect the stability and possible remediation measures to ensure the technical and economic
feasibility of the Project.
Keywords: safety factor, stability analysis, finite element method, limit equilibrium.
3
INTRODUCCIÓN
En la implantación de una central Hidroeléctrica contempla la construcción de una serie de
obras subterráneas y en superficie, existiendo una relajación de los esfuerzos de
confinamiento y una exposición al medio ambiente, cambiándose la posición de equilibrio por
una de deterioro acelerado, siendo susceptibles a fenómenos que pueden afectar su
estabilidad, poniendo en riesgo su normal funcionamiento y a construcciones aledañas.
Esta investigación principalmente se fundamenta en analizar la estabilidad actual del talud de
la zona de casa de Maquinas del proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua 180MW. Empleando
métodos tenso- deformacionales y métodos de equilibrio al límite. Cuantificando la estabilidad
del talud con un factor de seguridad, obtenido a partir de un modelamiento matemático.
Esta memoria de investigación se desarrolla en cuatro capítulos, donde se describe en cada
uno de ellos el desarrollo de las actividades para el cumplimiento de los objetivos planteados.
El primer capítulo corresponde al marco Institucional de la Empresa, ubicación geográfica y
acceso al proyecto, su contexto geológico y descripción de las principales obras de cabeceras
del mismo. En el segundo capítulo se plasma el marco conceptual, detallando los principios y
fundamentos teóricos para la investigación en los que se basa principalmente el método de
análisis de equilibrio al límite y elementos finitos, indicando también las condiciones
geológicas de la zona de estudio, también se desarrolla el diseño metodológico, describiendo
el proceso que se lleva a cabo para el cumplimiento de los objetivos, iniciando con el análisis
de los parámetros geomecánicos del suelo, selección y modelamiento matemático del perfil
del talud con las diferentes metodologías a empleadas. La modelación matemática, se ejecuta
en el capítulo tres, realizando el cálculo del factor de seguridad, empleando el programa
GeoStudio (Slope/W) y el software geotécnico Phase2 (versión 8.0), obteniendo así los
perfiles de interpretación, para su posterior análisis y determinación de posibles medidas de
remediación en el talud. En el último capítulo se detalla las conclusiones y recomendaciones
a las que se llega una vez culminada la investigación.
Este estudio contribuirá con la Hidroeléctrica, con el cálculo del factor de seguridad del talud,
determinando posibles medidas de remediación.
4
Objetivos.
General.
- Realizar el análisis del talud de casa de máquinas del Proyecto Hidroeléctrico
Delsitanisagua, empleando métodos de equilibrio al límite y elementos finitos.
Específicos.
- Analizar las propiedades físico- mecánicas de los ensayos realizados en los estudios
existentes de factibilidad del proyecto.
- Determinar los factores condicionantes y desencadenantes que puedan afectar a la
estabilidad del talud.
- Analizar la estabilidad actual del talud, basada en la información existente,
complementando en el reconocimiento y validación de los datos en campo.
- Realizar el análisis de estabilización del talud, mediante un análisis tenso-
deformacional y empleando método de dovelas.
5
CAPÍTULO I. GENERALIDADES
6
1.1. Marco institucional.
La Empresa Pública Estratégica Corporación Eléctrica del Ecuador CELEC EP, se creó
mediante decreto Ejecutivo No 220, expedido el 14 de enero del 2010, la misma que subroga
en todos los derechos y obligaciones las de CELEC S.A e HIDRONACION S.A
El 14 de Octubre de 2011, se suscribió el contrato CELEC EP-060-2011 para la: “Construcción
de las obras civiles, ingeniería de detalle, suministro, montaje, prueba del equipamiento y
puesta en marcha de la central Hidroeléctrica Delsitanisagua”, entre la EMPRESA PÚBLICA
ESTRATÉGICA CORPORACIÓN ELECTRICA DEL ECUADOR CELEC EP, y la COMPAÑÍA
CHINA HIDROELECTRICIDAD INGENIERÍA CONSULTORIO GRUPO CO, (HYDROCHINA
CORPORATION). El mencionado contrato está basado en la configuración del Estudio de
Factibilidad, con dos turbinas Pelton de potencia unitaria 60 MW.
En junio de 2013 Hydrochina Corporation presentó una oferta para aumentar la potencia del
Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua de 120 MW a 180 MW. Las modificaciones
consideraron una turbina de 60 MW, adicional a las dos previstas en el contrato original.
Además se propusieron modificaciones en la parte final del sistema de aducción, pasando de
un sistema con tubería expuesta en la ladera para toda la altura de caída hidráulica a un
sistema mixto con pozo vertical de carga subterráneo y solo el tramo final de la aducción en
forma expuesta.
El 12 de marzo de 2014, se suscribió el Contrato complementario que contempla las
modificaciones de proyecto indicados arriba.
1.2. Marco referencial.
1.2.1. Estudios existentes.
Las investigaciones y trabajos de diseño del proyecto en la fase de pre-factibilidad se llevaron
a cabo entre diciembre de 1997 y mayo de 1998.
Entre los años 2000-2002, Unión Fenosa Internacional de España realizó las investigaciones
y diseño del proyecto para la fase de factibilidad. Los trabajos de investigación geológica se
llevaron a cabo en dos fases.
En la fase 1, el análisis técnico consistió en un reconocimiento de los datos geológicos,
geotécnicos y sismológicos mediante visitas de campo y se seleccionó un esquema que
considera la mejor condición de seguridad mediante la comparación de cuatro alternativas.
7
En la fase 2, exploraciones de campo, campañas de prospección geofísica y sus ensayos y
pruebas de laboratorio se llevaron a cabo en: el área del sitio de presa, portales de entrada y
salida del túnel de aducción, chimenea de equilibrio y el área de casa de máquinas del
esquema seleccionado, para determinar las características geológico-ingenieriles y las
propiedades físico mecánicas de los suelos y rocas en el área del proyecto.
Hydrochina International Engineering Co., Ltd firmó el contrato EPC con CELEC el 14 de
octubre de 2011, con un periodo total de construcción de 4 años, dando inicio el 29 de
noviembre de 2011. Para completar los datos faltantes previos y completar el diseño de detalle
del proyecto, se programaron investigaciones complementarias. Entre el 12 al 22 de
noviembre de 2011, un equipo de expertos y técnicos fue enviado por Hydrochina para visitar
el sitio antes de que comience el proyecto. El 17 de diciembre del 2011, una comisión de
topografía de Hydrochina arribo al sitio e inicio los levantamientos topográficos, poco después,
el 15 de enero del 2012, empezaron el mapeo geológico y la ubicación de los trabajos de
reconocimiento. La investigación con sondeos geotécnicos se inició el 10 de abril del 2012.
La mayoría de muestras de aguas y sus respectivos análisis se iniciaron el 14 de mayo; el
muestreo de suelos se inició el 31 de mayo; el muestreo y ensayos de roca se iniciaron el 9
de junio, operación sobre el terreno de la prospección geofísica se inició el 2 de junio.
Culminando hasta el 10 de septiembre del 2012 los trabajos de perforación, geofísica, ensayos
de roca, suelo y agua.
1.3. Generalidades del área de estudio.
1.3.1. Ubicación.
El proyecto está localizado en el cantón Zamora de la provincia de Zamora Chinchipe, a 50
km al este de la ciudad de Loja y a 12 km al Oeste de la ciudad de Zamora. La presa se
encuentra localizada a unos 1.420m aguas arriba de la quebrada de Los Monos y su descarga
se implementará a unos tres kilómetros aguas abajo de la desembocadura del rio Sabanillas
en el rio Zamora (ver Figura.1.1), la georreferenciación de las principales obras en el proyecto
se muestra en la tabla 1.1.
8
Tabla 1.1. Coordenadas de las principales obras del Proyecto.
DETALLE DE OBRA
COORDENADAS
DATUM: WGS84
ESTE NORTE
Obras de Toma 1 720443 9560179
Obras de Toma 2 720330 9560182
Entrada del Túnel 720362 9559707
Chimenea de Equilibrio 724558 9553923
Tubería de Presión 1 724352 9553446
Tubería de presión 2 724227 9553163
Casa de Maquinas 724114 9552912
Fuente: CELEC.EP.
Elaboración: La autora.
Figura 1.1 Ubicación geográfica del proyecto hidroeléctrico Delsitanisagua.
Fuente y elaboración. Google Maps. La Autora.
9
1.3.2. Acceso.
Para acceder al proyecto se lo debe realizar desde la ciudad de Loja utilizando la vía Loja-
Zamora a los 36.8 km hasta el sector denominado El Retorno, desde este punto para recorrer
el proyecto es necesario utilizar la vía antigua Loja-Zamora a los 5.2 km se ingresa a la
carretera construida para el acceso al sector de Presa y Ventana No 1, localizados a los 1.13
km y 1.5 km respectivamente. (Figura. 1.2)
Para llegar al frente Ventana No 2, se lo realiza desde el barrio El Retorno a los 8.9 km,
posteriormente para el ingreso a la Ventana No 3, No 4 y Chimenea de Equilibrio su acceso
es por la vía Antigua Loja-Zamora en una distancia de 3.8 km, y a partir de este punto se toma
la carretera construida para llegar a estos frentes (Ventana No 3: 2.4km, Ventana No 4: 4.3
km y Chimenea de Equilibrio: 3.9 km).
El acceso a la Casa de Maquinas se lo realiza desde la carretera Loja-Zamora (vía nueva) a
51.7km por una vía provisional de 300 m.
Figura 1.2. Acceso al Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua. Loja- Zamora.
Fuente y elaboración. Google Maps. La Autora.
1.3.3. Clima.
La zona donde el proyecto se encuentra se caracteriza por ser un clima que va desde tropical
húmedo hasta templado húmedo con temperaturas promedios de 16,69°C de acuerdo a la
estación Científica Sabanilla la cual registra este parámetro climático. El porcentaje promedio
de 10 años de registro es de 96.69% de humedad atmosférica con una evaporación calculada
para este sitio es de 1024.6 mm anuales, característico de las zonas húmedas de la parte
oriental.
10
1.3.3.1. Precipitación atmosférica.
Esta zona registra precipitaciones mayores a 150 mm por mes, característico de las zonas
húmedas de la parte oriental. La precipitación promedio anual es de 2241.3mm. Las
precipitaciones máximas en 24Hrs es de 58.4 mm en el mes de julio. El resto del año las
precipitaciones van desde 26mm a 200mm, tomados de un año al azar. (Tabla 1.2)
Tabla 1.2. Cuadro de datos mensual y anual de Precipitación
(Año 2011).
Mes Precipitación (mm)
Enero 145.6
Febrero 209.8
Marzo 90.2
Abril 229.2
Mayo 192.2
Junio 214.4
Julio 403.9
Agosto 138.4
Septiembre 213.8
Octubre 84.5
Noviembre 102.6
Diciembre 216.7
Total 2241.3
Promedio 186.775 Fuente. Estación San Francisco.
Elaboración. Adeplan CIA. LTDA
1.3.4. Geomorfología.
El área de estudio se presenta irregular con pendientes pronunciadas, es de recalcar que no
se denotan áreas planas en el sector de implantación del proyecto. La cuenca es una zona
con relieve entre fuerte y moderado con altitudes que van desde los 3400 msnm en la
cordillera oriental de los Andes hasta los 1070 msnm en la unión del Sabanillas con el Zamora.
(Adeplan cia. Ltda, 2011).
El valle del rio Zamora es estrecho, cubierto por una densa vegetación en ambos márgenes.
El rio presenta una curva hacia el margen izquierdo en el área del sitio de la presa, el tramo
del río aguas arriba de la curva se extiende en dirección SE (146°) y SW (186°) al pasar a
través del eje de la presa. El ancho de la superficie del rio es de 19m en la cota 1470m en
periodos normales, y el ancho del valle es de alrededor de 83m en el nivel normal de agua en
la cota 1491m el valle fluvial tiene una sección asimétrica en forma de v, el margen izquierdo
11
es relativamente fuerte con pendientes naturales de 53°-70°, mientras que el margen derecho
es más suave con pendientes naturales de 30°-40°, ambos márgenes son estables en estado
natural. Dos quebradas con flujo de agua se desarrollan en el margen izquierdo, la una de
aguas abajo aproximadamente a 25m del eje de la presa, la otra de aguas arriba está más
lejos del eje de la presa. (Chamba, 2015).
1.3.5. Hidrografía.
El sistema hídrico aprovechado drena por la vertiente de los Andes, pertenece al curso
superior del sistema fluvial Zamora-Santiago-Amazonas y tiene sus nacimientos en alturas
superiores a los 3400 msnm. El drenaje general del curso principal, luego de la unión Zamora-
Las Juntas es SSE, hasta la confluencia Zamora-Sabanilla. En éste último tramo en donde se
desarrolla el aprovechamiento Delsitanisagua, que en una longitud del rio de
aproximadamente 9.4 km (entre la Toma y la Casa de Máquinas), el rio desciende desde los
1425 msnm hasta los 960 msnm. El drenaje es de tipo detrítico, en la tabla. 1.3 se indica los
aportantes o afluentes los cuales has sido caracterizado de conformidad a su aporte.
Tabla 1.3. Categorización de los cuerpos hídricos
Cuerpo de Agua Tipo Categoría
Zamora Rio 1
Sabanilla Rio 2
Qda. S/N portal entrada Túnel Quebrada 3
Qda. Los Monos Quebrada 3
Qda. S/N 2 después de los Monos (La
Cascada) consentida
Quebrada 3
Fuente. CELEC EP
Elaboración. La Autora.
1.4. Marco Geológico.
1.4.1. Geología regional.
El Ecuador se encuentra en el borde continental activo de la placa Sudamericana, donde
ocurre un complejo sistema de subducción de la placa de Nazca y la Cordillera submarina de
Carnegie bajo el continente (Litherland y otros, 1994). Este proceso es responsable de la
formación de la cordillera de los Andes, la sismicidad, el vulcanismo típico al norte del país y
de los fenómenos geodinámicos presentes en el Ecuador continental (Paladines A, 1989).
12
A su vez, estos fenómenos han generado zonas morfológicas y tectónicas bien definidas:
Costa, Sierra y Oriente, que representan el antearco y el trasarco, respectivamente (Paladines
A, 1989).
La cordillera del Cóndor es una cadena montañosa oriental de la cordillera de los Andes, en
el Ecuador comprendido por el distrito de Zamora, se caracteriza porque en ella afloran
litologías que van desde pre-batolíticas a sin-batolíticas, como consecuencia de formaciones
metamórficas de sentido NNE-SSW en su flanco Oeste; la Unidad Chigüinda de edad
Paleozoica perteneciente al terreno Loja de la Cordillera Real, representada por cuarcitas,
filitas, esquistos grafiticos y pizarras; la cual limita hacia el Este con la unidad Isimanchi,
constituida de esquistos, filitas de bajo grado (entre 200-250 y 400-450°C), la Unidad Sabanilla
del Triásico representada por un conjunto de orto y paragneis de grado medio (entre 400-450
y 600-650°C) y alto grado (más de 600- 650°C); y del Jurásico como la Formación Upano,
constituidas por andesitas verdes metamorfizadas, esquistos verdes, metagrauvacas (Ver
figura 1.3). Siendo estas formaciones las más importantes en lo que corresponde a la geología
regional del distrito de Zamora (Litherland, et. al…, 1994).
13
Figura 1.3. Mapa Geológico del Distrito Zamora
Fuente: Prodeminca.2000.
1.4.2. Geología local
La geología encontrada en el proyecto corresponden a orto y paragneis TrϒM de mediano y
alto grado de metamorfismo, perteneciente al complejo migmático Sabanillas, además se
puede encontrar depósitos cuaternarios (QC), depósitos residuales (Qde) y depósitos
aluviales (Qal) de tiempos modernos, depositándose en ambos márgenes en el área del
proyector, cubriendo las superficies del terreno en forma de abanicos, o franjas alargadas
(Prodeminca, 2000).
14
Las rocas presentes en el proyecto, en Presa tienen una dirección N3°E a N24°E, buzando al
NW (SE, individualmente), ángulo de buzamiento entre <72°-85°, perpendicular al fuerte
buzamiento del margen derecho en el eje de la presa (curso del río).
Además de acuerdo a los informes de los testigos de perforación realizados en el eje de la
presa, hay presencia de material de zona de falla en profundidad; el núcleo está triturado y se
presentan como arenas de grano medio y fino, lo cual indica la presencia de una falla con un
ángulo fuerte de inclinación, teniendo un fuerte impacto sobre la calidad de la roca de
cimentación de la presa y la estabilidad de los taludes locales (Hydrochina Corporation, 2012).
En la zona de estudio, que corresponde a la geología de Casa de máquinas, se encuentra
localizada en la terraza del margen izquierdo del rio, 8.0 km aguas abajo de la presa, el nivel
del agua está alrededor de la cota 948 m, la topografía es relativamente suave entre las cotas
960m y 966m, la terraza se encuentra en una altura entre 12m y 18m con respecto al nivel del
agua encontrándose litologías (ver figura 1.4) como: gneis, material coluvial, aluvial y suelo
residual (Hydrochina Corporation, 2014).
- Depósitos coluviales (Qc) Se encuentran cubriendo la superficie del terreno en
forma de abanico o lente con un espesor entre 17 y 20m; el deposito coluvial está
formado principalmente por la acumulación de rocas firmes al pie de los taludes por
acción de la erosión, descarga y colapso y distribuidos ampliamente en el área del
proyecto.
Los bloques de roca representan 40%-80% compuesto principalmente por gneis,
esquistos, fragmentos de cuarzo y rocas. El resto es arenoso y limo arcilloso, plástico
no cementado, y pobremente resistente a la erosión. El deposito coluvial es de gran
tamaño (el diámetro máximo es mayor a 15m) por lo que existen cavidades entre los
bloques rocosos.
- Suelo residual (Qde) De grano fino color rojo-purpura, ampliamente distribuido
superficialmente en el área del proyecto, con un espesor general entre 2m y 6m con
una potencia máxima de 10m, formado por depósitos coluviales en los sitios bajo la
acción de la meteorización, alteración y transformación en condición natural el suelo.
15
Figura 1.4. Mapa geológico de la zona de Casa de Máquinas.
Fuente. CELEC EP.
16
1.5. Descripción del proyecto.
El Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua generador de 180 MW de potencia aprovecha el
potencial del Río Zamora localizado en el cantón Zamora de la provincia de Zamora Chinchipe,
a 50 km al este de la ciudad de Loja y a 12 km al Oeste de la ciudad de Zamora, con un caudal
medio anual de 288 m3/s aprovechables para su generación y el volumen del embalse es
604000 m3, por lo que la futura central de generación es una central de pasada. Aportará con
una energía media de 1411 GWh/año, mediante 3 turbinas tipo Pelton de 60MW cada una.
Describiendo los principales frentes de trabajo a continuación: (Figura 1.7)
1.5.1. Obras cabeceras del complejo.
Obras de cabecera incluye: Presa, túnel de desvió, túnel de carga, chimenea de equilibrio y
sistema de presión y casa de máquinas.
1.5.1.1. Presa.
Presa de hormigón tipo gravedad, 35m de altura y 115m de longitud en su coronamiento, se
encuentra localizada a unos 1420m aguas arriba de la quebrada de Los Monos en la cota
1468m y su descarga se implementara a unos tres kilómetros aguas abajo de la
desembocadura del río Sabanillas en el río Zamora (ver figura. 1.5)
Figura 1.5. Sitio de presa del Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua, eje de la presa.
Fuente. La Autora.
17
La roca del área del proyecto principalmente está conformada por gneis de edad Triásica
(TryM), depósito Cuaternarios y depósitos deluviales (Qc+dl), depósitos residuales (Qde) y
depósitos aluviales (Qal) de tiempos modernos.
De acuerdo a los resultados de identificación de litofacies llevado a cabo en la fase 2 de los
estudios de factibilidad (ver tabla 1.4), se trata de dos tipo de gneis de biotita con cuarzo y
feldespato y gneis cuarzo- feldespático.
La composición del gneis de biotita con cuarzo feldespato es la siguiente: (30%) de cuarzo
feldespato tipo sanidina (30%), biotita (25%), plagioclasa (10%), moscovita (2%). Los criales
son de tamaño inferior a 2mm y el feldespato está ligeramente alterado. El contenido de biotita
es grande en comparación al de cuarzo, la partícula mineral es fina y la roca es dura.
La composición mineral de gneis cuarzo-feldespatico es la siguiente: cuarzo (48%), feldespato
potásico (20%), plagioclasa (15%), biotita (5%), moscovita (5%). Los cristales son de un
tamaño inferior a 7,2 mm, el feldespato está ligeramente alterado a arcilla. El contenido de
biotita es pequeño en comparación al contenido de cuarzo, la partícula mineral cristalina es
gruesa, a roca es dura, fácil de romper.
Tabla 1.4. Resultados de identificación de Litofacies de Gneis en la etapa de factibilidad.
No Localización Características Petrográficas
6 Sondeo SR-1 profundidad
22m, margen izquierdo
Gneis de biotita con cuarzo feldespato: cuarzo (30%),
feldespato tipo sanidina (30%), biotita (25%), plagioclasa
(10%), moscovita (2%). Cristales < 2mm ligera alteración del
feldespato.
10 Sondeo SR-2 profundidad
25m, margen derecho
Gneis de biotita con cuarzo feldespato: cuarzo (30%),
feldespato tipo sanidina (30%), biotita (25%), plagioclasa
(10%), moscovita (2%). Cristales < 2mm ligera alteración del
feldespato.
M-14 Afloramiento: 95597700N
720500E
Gneis cuarzo-feldespatico cuarzo (48%), feldespato potásico
(20%), plagioclasa (15%), biotita (5%), Moscovita (5%),
cristales < 7,2mm. Los feldespats están ligeramente
alterados a arcillas.
Fuente. CELEC.EP.
Elaboración. La Autora.
18
1.5.1.2. Tipo de roca y características de la calidad de la roca.
Para analizar la calidad del macizo rocoso para la cimentación de la presa en el margen
izquierdo se realizó un análisis de los datos de RQD de los núcleos de perforación en ambos
márgenes y en el lecho del rio en el sitio de presa (Hydrochina Corporation, 2014).
Con los testigos de perforación recuperados se determinó el RQD para cimentación de la
presa, basándose en la recuperación modificada de los testigos RQD (rock quality
designation. Deree et al.1967).
RQD (%) Calidad de roca
<25 Muy mala
25-50 Mala
50-75 Regular
75-90 Buena
90-100 Excelente
En el Margen izquierdo, el macizo rocoso se encuentra altamente meteorizado,
moderadamente meteorizado, ligeramente meteorizado el cual se distribuye sucesivamente
bajo los coluviales y depósitos deluviales. La potencia vertical de la alta meteorización está
alrededor de 3,9m- 29,1m, la potencia del macizo rocoso moderadamente meteorizado es
4,5m-20m.
El valor medio de RQD del macizo rocoso altamente meteorizado es 14, de acuerdo a este
índice la calidad del núcleo de perforación es muy mala.
El valor promedio de RQD del macizo rocoso moderadamente meteorizado es de 16, en
general la calidad de los núcleos de perforación es evaluada como muy mala.
El valor promedio del RQD del macizo rocoso ligeramente meteorizado a fresco es 50, en
general la calidad de los núcleos de perforación son evaluados como mala a media. La
distribución del RQD de las rocas del margen izquierdo muestra que el índice de RQD es
significativamente bajo, lo cual podría estar asociado con los procesos y la tecnología de
perforación, la fuerte inclinación de la foliación y la presencia local de zonas de alteración
enriquecidas con minerales blandos o porque está atravesado por fallas y fracturas de
inclinaciones fuertes, así como el grado de erosión del macizo rocoso.
En el Margen Derecho el basamento rocoso moderadamente meteorizado tiene una potencia
3,9 m-16,9 m, macizo rocosa altamente meteorizada no se encontró en los sondeos.
19
El valor promedio del RQD del basamento es de 62 y el RQD para el basamento
moderadamente meteorizado es 16, la calidad global de los núcleos de perforación es
evaluada como muy mala a mala.
El valor promedio del RQD para el macizo ligeramente meteorizado fresco es 85, la evaluación
para la calidad global de los núcleos de perforación es buena a muy buena. En general la
calidad de la roca del margen derecho es mejor que la del lecho del rio y la del estribo
izquierdo.
1.5.2. Túnel de desvío.
El túnel de desvío se ubica en el margen derecho del área del sitio de presa, tiene una sección
de herradura con paredes verticales; las dimensiones de la sección son 6,5m x 7,0m (AxH), y
la longitud total de túnel es de 314 m. la cota de la solera en la entrada del túnel se ubica en
1469,5m y la cota de la solera de la salida es de 1463m, tanto en la entrada como en la salida
está provisto por canales abiertos (Hydrochina Corporation, 2014).
La sección de entrada al túnel de desvío se localiza 70m aguas arriba de la ataguía de aguas
arriba, el eje del túnel está orientado en dirección S17°W; el basamento está sobreyacido por
unos 15m de potencia de cobertura, el basamento tiene 7,5m a 11m de potencia, teniendo el
mismo tipo de rocas que en el área del proyecto, el macizo rocoso suprayacente es muy
delgado, dos sistemas de fracturas se desarrollan, uno es ligera fractura de descompresión y
el otro es perpendicular al curso del rio; la roca en esta sección del túnel esta moderadamente
meteorizada, el macizo rocoso tiene buena integridad, la roca circundante es clasificada como
macizo Clase III.
1.5.3. Túnel de carga.
El túnel de aducción se encuentra en el macizo montañoso del margen izquierdo,
generalmente a una profundidad entre 100m y 500m, mientras la mínima profundidad de
cobertura se ubica en sitios donde el túnel atraviesa las quebradas o planicies es alrededor
de 56m. En general, existe una distribución del suelo residual, coluvial y cuerpo deluvial en
el terreno, subyacido por basamento rocoso cuya roca tipo denominada por gneis, la máxima
profundidad de cobertura del suelo residual+ coluvial y deposito deluvial es de 18,2m.
Tomando en cuenta que la sección del túnel es pequeña, se puede inferir que el túnel entero
se excava en basamento rocoso ligeramente meteorizado a fresco y la profundidad de
20
cobertura del túnel en el basamento es tres veces mayor que el diámetro del túnel (Hydrochina
Corporation, 2014).
La roca circundante al túnel macroscópicamente ha sido dividida en secciones, basadas en
la profundidad de cobertura del túnel, meteorización de basamento y ángulo incluido entre la
foliación del macizo rocoso y el eje del túnel, una revisión y evaluación de las subsecciones
son hechas en la roca circundante al túnel en conjunto con la clasificación ingenieril del macizo
rocoso (Hydrochina Corporation, 2014).
Se podría notar que la zona de enriquecimiento o zona de alteración de minerales blandos
(mica, horblenda, etc.) distribuida a lo largo de la foliación tiene un gran impacto en la
formación de la sección de excavación del túnel y en clasificación de la calidad de la roca
circundante. Como la sección del túnel es pequeña, cuando los ángulos incluidos entre la
dirección de foliación y la dirección del túnel son más pequeñas, incluso si existen zonas
débiles o zonas alteradas con poco espesor la longitud afectada de la roca que rodea la
sección del túnel es muy grande, dando como resultado pobres condiciones para la
construcción del túnel y la disminución de la calidad de la roca circundante, lo cual afecta a la
estabilidad de túnel (Ver figura 1.6)
Fuente. La Autora.
El sostenimiento del túnel es de acuerdo a las características mecánicas y del tipo de roca,
conforme el avance de excavación (Hydrochina Corporation, 2015).
Figura 1.6. Sostenimiento final del túnel de carga con hormigón armado.
21
- Para rocas circundantes Clase II (A+B): es necesario aplicar pernos aleatorios de
anclaje de (Diámetro: 25mm y L: 2,5m), con hormigón lanzado de 5cm de espesor.
- Para rocas circundantes Clase III (C): se aplica dentro del rango de la corona de 120°
sistema de pernos de anclaje (Diámetro 25mm y L: 2,5m, espaciamiento 1,5m, pernos
aleatorios se aplica para las posiciones de reposo. Refuerzo de malla (ᵠ 6,5mm
@15cmx15cm) se plica dentro del sistema de pernos. Espesor del hormigón
proyectado es de 10cm.
- Para la roca circundante clase III (D): las medidas iniciales de soporte recomendadas
son iguales como la roca circundante clase II(C). el revestimiento permanente, con
hormigón de 30cm de espesor.
- Para roca circundante tipo IV (E): el sistema de pernos se aplicara para la mitad
superior de túnel, las otras medidas de apoyo primario recomendadas son las mismas
que para la roca circundante clase III (D). adicionar la parrilla arqueada de reforzado
en rocas pobres circundantes. El revestimiento permanente, con hormigón de 30cm
de espesor.
1.5.4. Chimenea de equilibrio.
La chimenea de equilibrio está ubicada en el PKT8+035m del túnel, 10m del lado interior de
la línea central del túnel, que tiene una sección de excavación redonda con un diámetro de
7,9m y la elevación de apertura de 1505 m
De acuerdo con los datos obtenidos por los sondeos ZK23: cobertura entre 0 y 5,7m de
potencia (sobre la cota 1508,7msnm), correspondiente a suelo residual y coluviales y
depósitos deluviales, compuestos por arcilla, arena y fragmentos de roca; gneis con
meteorización moderada de 5,7-18m (cota 1508,7-1496,4 msnm), es gneis altamente
meteorizado, está quebrado y de mala calidad; 18-30m (cota 1496,4msnm- cota 1484,4msnm)
es gneis moderadamente meteorizado, el ángulo de foliación es suave (alrededor de 25-30°)
debido a deformación por plegamiento local, favorable para la excavación de la chimenea de
equilibrio; el RQD de la roca del sondeo es muy bajo, entre 0 y 35, estructura clástica, pero la
roca es bastante dura, el halo de meteorización y la impregnación de hierro no es evidente
en la superficie del macizo, pero desarrolla fracturas y fallas, el valor bajo del RQD se relaciona
con la influencia de la estructura y el proceso bajo de ejecución del sondeo en cierta medida;
por bajo de los 30m (bajo la cota 1484,4 msnm).
El gneis está ligeramente meteorizado fresco, el ángulo de foliación del macizo esta alrededor
de 25-30°, favorable para la excavación de la chimenea de equilibrio; generalmente el valor
del RQD del sondeo va de 0-90, con un valor medio de 40; la calidad de la roca se incrementa
22
con la profundidad; hay dos sistemas de fracturas, uno con buzamientos suaves y el otro con
buzamiento pronunciados; los planos de diaclasamiento son rectos y rugosos, la estructura
del macizo rocoso es en bloque, la roca es dura y con buen integridad (Hydrochina
Corporation, 2014).
1.5.5. Sistema de presión y casa de máquinas.
La tubería de presión y casa de máquinas se ubican alrededor de 8km aguas debajo del sitio
de la presa en línea recta, ambas obras se encuentran aguas abajo de una curva amplia en
el cauce del rio; el cauce del rio tiene una dirección SE 114°.
La tubería de presión se desarrolla a través de un tramo horizontal de 45m de longitud en la
salida del túnel.
La casa de máquinas está ubicada en una terraza en el margen izquierdo del rio Zamora. La
casa de máquinas y la terraza tiene 28,3m de ancho y 49,5m de longitud, con una profundidad
de excavación máxima en la cota 946,7msnm. En este mismo margen aguas arriba de la casa
de máquinas se ubica el cuarto de transformadores y el patio de la subestación (Hydrochina
Corporation, 2014).
1.5.5.1. Estructuras geologicas.
La foliacion de los afloramientos del basamento rocoso tiene las siguientes caracteriticas:
direccionn N10°E a N17°E, buzando al NW, con un ángulo de buzamiento entre <15°-61°,
pero algunos sondes muestran que el ángulo de buzamiento de la foliación es relativamente
suave (entre 30° y 35°). Esto está principalmente relacionado con plegamientos locales o las
deformaciones causadas por las estructutas. Durante las perforaciones hechas en la
chimenea de equilibrio, tuberia de presión y a casa de maquinas, la recuperación de muestras
es muy baja al entrar al basamento rocoso sucedido lo mismo con el RQD. Muchos sondeos
incuso alcanzan una capa de arena meteorizada en la capa profunda, lo cual es causado por
la influencia de fallas tectonicas o zonas de alteracion en a roca.
Existen dos sistemas de diaclasas (o fisuras) en el macizo rocoso: el sistema 1 es
perpendicular a la direccion de la foliación; algunas diaclasas esporádicas (o fisuras) se
encuentran ocasionalmente, pero su extensión es limitada, por lo que tienen menos impacto
sobra la calidad del macizo rocoso y la integridad de la roca en el área del proyecto
(Hydrochina Corporation, 2014).
Figura 1.7. Implantación general del Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua
Fuente. CELEC.EP
CAPÍTULO II
MARCO CONCEPTUAL
25
2.1. Estabilidad de taludes.
Dada la definición de talud como la superficie expuesta de un terreno con una pendiente conocida.
Actuando sobre esta superficie una fuerza competente de la gravedad, esta competente
gravitacional entre más grande sea, mayor es el riesgo que ocurra una falla es decir que la masa
de suelo se deslizará hacia abajo, debido a que la fuerza actuante vence a la fuerza resistente
de la resistencia al corte del suelo a lo largo de la superficie de ruptura.
La estabilidad de un talud está determinado por factores geométricos (altura e inclinación),
factores geológicos (presencia de planos y zonas de debilidad y anisotropía), factores
hidrogeológicos (presencia de agua) y factores geotécnicos relacionados con el comportamiento
mecánico del terreno.
Todos estos factores pueden determinar la condición de rotura a lo largo de una superficie de
falla. Siendo los tipos de fallas en taludes muy variados, en laderas se encuentran: fallas por
deslizamientos superficial, que se deben a fenómenos cerca de la superficie por la falta de presión
normal confinante con desplazamientos muy lentos semejantes a un flujo viscoso; fallas por
licuación cuando la presencia de agua y un movimiento vibratorio reducen las resistencias al
esfuerzo cortante del suelo, prácticamente a cero. Sin embargo una de las fallas más
preocupantes en los diferente tipos de taludes es la falla por movimiento del cuerpo del talud o
deslizamiento de tierras, dividiéndose en: fallas por rotación y fallas por traslación, las primeras
suceden a través de una superficie de falla curva y la segunda a través de un plano débil
ligeramente inclinado en el cuerpo del talud o en la cimentación. Las fallas de un talud de
deslizamiento de tierras por rotación se consideran prácticamente circuladamente cilíndrica y se
pueden clasificar como: falla de pie de talud, falla superficial y falla de base profunda.
La probabilidad de rotura y los mecanismos de esta, están controlados por factores geológicos y
geométricos, los cuales son intrínsecos a los materiales naturales. Si la resistencia se moviliza
totalmente en cualquier punto de la superficie de falla, el suelo falla localmente. Al fallar el
esfuerzo se transfiere a los puntos adyacentes los cuales a su vez tratan de fallar (Pathay, 2008;
Cramer 2003).
Mediante el cálculo de un factor de seguridad se procede al análisis de la estabilidad de talud, de
forma que se pueda definir el tipo de medidas correctoras que deben ser aplicadas en caso de
fallas potenciales. (González de Vallejo, 2010).
26
2.1.1. Factor de seguridad
Para poder establecer si un talud es estable o no, se debe interpretar el resultado obtenido que
brinda el análisis de estabilidad de taludes, el cual es conocido como el factor de seguridad. Este
factor de seguridad se define como la relación entre la resistencia cortante promedio del suelo y
el esfuerzo cortante promedio a lo largo de la superficie de falla supuesta. Ecuación 2.1.
Fórmula 2.1. Factor de seguridad.
𝑭𝒔 =𝜏𝑓
𝜏𝑑
Donde:
Fs= Factor de seguridad.
𝝉𝒇= Resistencia cortante promedio del suelo.
𝝉𝒅=Esfuerzo cortante promedio desarrollado a lo largo de la superficie potencial de falla.
El margen de estabilidad que es interpretado por medio del factor de seguridad global obtenido,
permite comparar la efectividad de una medida de implementación o estabilización y su efecto
sobre la estabilidad del talud analizado (Suárez, 2009)
Es así, que en laderas y taludes suele adoptarse valores que oscilan entre 1.2 y 1.5 o incluso
superiores dependiendo de la confianza que se tenga en los datos geotécnicos a utilizar en el
análisis, así como en la información disponible sobre los factores condicionantes y
desencadenantes que influyen en la estabilidad.
2.1.2. Resistencia cortante del suelo.
La modelación o representación matemática de fenómeno de falla a cortante, en un deslizamiento
se realiza utilizando las teorías de la resistencia de materiales.
Definiendo la resistencia del esfuerzo cortante como resistencia interna por área unitaria que la
masa de suelo que ofrece para resistir la falla y el deslizamiento a lo largo de cualquier plano
dentro de él. (Braja M.Das, Junio 1999).
27
La resistencia al esfuerzo cortante depende de la composición del suelo. Constituyendo uno de
los factores más importantes al momento de calcular del factor de seguridad.
En los suelos granulares, constituidos por partículas microscópicas, la resistencia parece derivar
exclusivamente de efectos de fricción entre los granos, mientras que, en los suelos en los que
domina la fricción coloidal, la resistencia depende de fuerzas atractivas y repulsivas ejercidas
entre ellas. De aquí la distinción entre los suelos friccionantes o granulares, que incluyen los
enrocamientos, cantos rodados, gravas, arenas, limos no plásticos y suelos cohesivos. Las rocas
y los suelos al fallar al cortante, se comportan de acuerdo con las teorías tradicionales de fricción
y cohesión según la ecuación de Coulomb.
Fórmula 2.2. Criterio de falla según Morh Coulomb, para suelos saturados
𝜏 = 𝑐′ + (𝜎 − 𝜇)𝑇𝑎𝑛𝜃∅′
Donde:
𝜏 =Esfuerzo de resistencia al corte
C’ = Cohesión o cementación efectiva.
𝜎 = Esfuerzo normal total.,
𝜇 = Presión del agua intersticial o de poros.
Cuando el grado de saturación es mayor del 85% se puede utilizar la ecuación de Coulomb para
suelos saturados, sin embargo para suelos con saturación menor del 85% se debe aplicar los
principios de la mecánica de suelos no saturados (Fredlund y Rahardjo, 1987).
Para caso de suelos no saturados, la ecuación de Coulomb se expresa de la siguiente forma
(Frendlund y Morgnstern, 19977)
Fórmula 2.3. Criterio de falla de Morh Coulomb, para suelos no saturados.
𝜏 = 𝑐′ + (𝜎𝑛 − 𝜎𝑎) tan ∅′ + (𝑢𝑎 + 𝑢𝑤)𝑡𝑎𝑛∅𝑏
28
Donde:
𝜎𝑛 = Esfuerzo normal total.
𝑢𝑎 = Presión en el aire de los poros
𝑢𝑤 = Presión en el agua de los poros, la cual comúnmente es negativa.
∅𝑏 = Angulo de fricción igual a la pendiente de la curva de succión matricial (𝑢𝑎 + 𝑢𝑤) contra
resistencia al cortante 𝜏 cuando (𝜎𝑛 − 𝜎𝑎) se mantiene constante.
El ángulo de fricción efectiva ∅′ permanece igual para todos los valores de succión. ∅𝑏 es
generalmente igual o menor que ∅′ y que se puede obtener en ensayos triaxiales o de corte
directo no saturados. (Huat y otros, 2005).
El análisis de la ecuación de Coulomb requiere predefinir los parámetros, ángulo de fricción y
cohesión, los cuales se consideran como propiedades intrínsecas del suelo.
2.1.2.1. Angulo de fricción.
El ángulo de fricción es la representación matemática del coeficiente de rozamiento, el cual es un
concepto básico de la física:
Coeficiente de rozamiento = Tan φ
Dónde:
φ = ángulo al que se da la resistencia al deslizamiento causado por la fricción que hay entre dos
superficies de contacto.
El ángulo de fricción depende de varios factores (Bilz, 1995) entre ellos algunos de los más
importantes son:
Tamaño de los granos
Forma de los granos
Distribución de los tamaños de granos
Densidad
29
2.1.2.2. Cohesión.
La cohesión es una medida de la cementación o adherencia entre las partículas de suelo.
La cohesión en mecánica de suelos es utilizada para representar la resistencia al cortante
producida por la cementación, mientras que en la física este término se utiliza para representar
la tensión.
En suelos eminentemente granulares en los cuales no existe ningún tipo de cementante o material
que pueda producir adherencia, la cohesión se supone igual a 0 y a estos suelos se les denomina
suelos no cohesivos.
2.1.3. Resistencia a la compresión.
Esfuerzo máximo que puede soportar un material bajo una carga de aplastamiento. La resistencia
a la compresión de un material que falla debido al fracturamiento se puede definir en límites
bastante ajustados, como una propiedad independiente.
Sin embargo, la resistencia a la compresión de los materiales que no se rompen en la compresión
se define como la cantidad de esfuerzo necesario para deformar el material una cantidad
arbitraria. La resistencia a la compresión se calcula dividiendo la carga máxima por el área
transversal original de una probeta en un ensayo de compresión simple.
2.1.4. Módulo de Young y relación de Poisson.
Módulo de Young, en el campo elástico de los materiales representa la relación entre el esfuerzo
y la deformación axial (en la misma dirección que la fuerza aplicada).
Fórmula 2.4. Módulo de Young.
𝐸 =𝜎
Є𝑎𝑥
30
Donde:
E: Modulo de Young (Kgf/m2)
σ: Esfuerzo (Kgf/m2)
Є𝑎𝑥: Deformación (adimensional)
Relación de Poisson, en el comportamiento elástico del material, es la relación entre la
deformación transversal de la probeta y la deformación axial.
Fórmula 2.5. Coeficiente Poisson.
𝑣 =Є𝑡
Є𝑎𝑥
Donde:
v: Relación de Poisson (adimensional)
Є𝑡: Deformación transversal de la probeta (adimensional)
Є𝑎𝑥: Deformación axial de la probeta (adimensional)
2.2. Métodos de análisis de estabilidad de taludes.
Dentro de las metodologías disponibles, existe métodos que aplican las condiciones de
desplazamientos o esfuerzos (métodos numéricos), también los que analizan de acuerdo a
estados límites las condiciones de equilibrio (métodos de equilibrio al límite), y los métodos
dinámicos para el análisis de caídos de roca y flujos, entre otros.
En los últimos años se ha conseguido introducir el análisis de las deformaciones en el cálculo de
la estabilidad de taludes, con el desarrollo de los métodos numéricos. Los resultados obtenidos
con la aplicación de estos métodos son bastante exactos y de mucha utilidad para el estudio de
la estabilidad de taludes, pues con ellos se consigue representar el comportamiento tenso-
deformacional del terreno. (Olivia A. O, 1999).
31
Los métodos de equilibrio al límite, son más sencillos de utilizar y permiten analizar los casos de
falla traslacional y de falla rotacional, así como las fallas de inclinación (Toppling) y las fallas en
cuña. Igualmente, los métodos de equilibrio al límite permiten el análisis combinado con técnicas
probabilísticas (Stead y otros, 2000). En el caso de los sistemas de falla complejos, es
conveniente utilizar metodologías de modelación que tengan en cuentan los factores que
producen los movimientos. En la figura 2.1. Se resume las metodologías utilizadas en los análisis
de estabilidad de taludes.
Para la elección del método a emplear en el análisis, se debe tener en cuenta las características
geológicas de los materiales que conforma el talud, así como el estudio de ciertas variables, como
la estratificación de los suelos, además de sus parámetros de resistencia cortante, el estudio de
la infiltración de agua que se produce en el talud; juega un papel importante dentro de la
estabilidad. (Ayala, 1986).
Figura 2.1. Metodología de cálculo para el análisis de taludes.
Fuente. Jaime Suárez, 2009.
32
2.2.1. Métodos de equilibrio al límite.
Se basan exclusivamente en las leyes de la estática para determinar el estado de equilibrio
de una masa de terreno potencialmente inestable. No tienen en cuenta las deformaciones del
terreno.
El sistema de equilibrio límite supone que en el caso de una falla las fuerzas actuantes y
resistentes son iguales a lo largo de la superficie de falla equivalentes a un factor de seguridad
de 1.0. El análisis se lo puede realizar estudiando directamente la totalidad de la longitud de
la superficie de falla o dividiendo la masa deslizada en tajadas o dovelas.
El método de equilibrio límites más utilizados y sus características, se resumen en la tabla 2.1.
Tabla 2.1. Métodos de equilibrio limite más utilizados.
MÉTODO CARACTERÍSTICAS
Ábacos de estabilidad (Janbú,
1968; Duncan, 1987)
Bastante exacto para muchos propósitos, permiten hacer análisis
rápidos.
Método ordinario de las
dovelas (Fellenius, 1927)
Solo es válido para roturas circulares, satisface el equilibrio de
momentos, no satisface el equilibrio de fuerzas.
Método de Bishop modificado
(Bishop, 1955)
Solo es válido para roturas circulares, satisface el equilibrio de
momentos, satisface el equilibrio de fuerzas verticales, no
satisface el equilibrio de fuerzas horizontales.
Procedimiento generalizado
de Janbú (Janbu, 1968)
Es válido para cualquier curva de rotura, satisface todas las
condiciones de equilibrio, permite variar la posición de las fuerzas
laterales entre dovelas.
Metdo de Morgenstern y Price
(Morgenstern y price, 1965)
Es válido para para cualquier curva de rotura, satisface todas las
condiciones de equilibrio, permite variar la orientación de las
fuerzas laterales entre dovelas.
Método de Spencer (Spencer,
1967)
Es válido para cualquier curva de rotura, satisface todas las
condiciones de equilibrio, considera las fuerzas laterales entre
dovelas paralelas
Método de Sarma (Sarma,
1973)
Satisface todas las condiciones de equilibrio, permite calcular la
magnitud del coeficiente sísmico horizontal que mantiene la masa
que tiende a moverse en un estado de equilibrio límite. Desarrolla
una relación entre el coeficiente sísmico y Fs.
Utiliza una función de distribución de fuerzas entre dovelas
(similar a Morgenstern y Price, 1965)
Fuente. (Duncan y Wright, 1980); (Abramson et. al, 2002).
33
El método de equilibrio límite se basa en pruebas sucesivas, donde se escoge una superficie
potencial de deslizamiento y se determina el factor de seguridad contra deslizamiento
a lo largo de esa superficie. Se selecciona diferentes superficies y se repite el análisis
hasta que se encuentre la superficie que tiene el factor más bajo de seguridad, conocido
como superficie crítica (Galera & Velasco, 2004). Con este análisis se determina si existe
suficiente resistencia en los suelos del talud para soportar los esfuerzos de cortante que
tienden a causar la falla o deslizamiento, efectuando la relación entre las fuerzas que tienen
al movimiento con las fuerzas que se oponen al mismo.
2.2.1.1. Método de Bishop simplificado.
Es el más conocido y aplicado al momento de realizar el análisis de estabilidad de una
superficie de falla circular, tanto para suelos cohesivos como para suelos friccionantes.
El método de Bishop asume que las fuerzas internas entre dovelas son horizontales, no
considera fuerzas de cizalladura o de corte entre las dovelas (Figura.2.2)
El análisis de equilibrio se presenta en momentos los cuales son referentes al centro del
círculo, así como también el equilibrio de fuerzas se considera en dirección vertical, todas las
fuerzas cortantes entre dovelas son cero (Braja M. Das, 2001). (Figura 2.3).
Figura 2.2. Esquema de fuerzas sobre una dovela en el método de Bishop
Simplificado.
Fuente. Suárez, 2009.
34
La modelación matemática del análisis de estabilidad de taludes referente al método de
Bishop simplificado, se presenta en las formulas siguientes:
Fórmula 2.4. Bishop (no existe nivel freático)
𝐹𝑆 =Σ(𝐶 ∗ 𝑏 + 𝑊𝑛 ∗ 𝑡𝑎𝑛𝜙) ∗ 𝑚𝛼
Σ𝑊𝑛 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝛼
Fórmula 2.5. Bishop (existe nivel freático)
𝐹𝑆 =Σ(𝐶 ∗ 𝑏 + (𝑊𝑛 − 𝑢 ∗ 𝑏) ∗ 𝑡𝑎𝑛𝜙) ∗ 𝑚𝛼
Σ𝑊𝑛 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝛼𝑛
Donde:
α= Ángulo de inclinación de la base con respecto a la horizontal.
Wn= Peso total de cada dovela.
b= ancho base de cada dovela.
U= Presión de poros: hw*ɣw
hw= Altura del nivel freático.
ɣw= Peso específico del agua.
C= Cohesión.
Ф= Ángulo de fricción.
Figura 2.3. Esquema de fuerzas sobre una dovela en el método de Bishop
Simplificado.
Fuente. Suárez, 2009.
35
2.2.1.2. Método de Janbú simplificado (1954).
El método de Janbú analiza cualquier superficie de falla, el equilibrio para su análisis se
presenta en fuerzas, y además se asume que no hay fuerza cortante entre dovelas las mismas
que tienen posición horizontal. (Figura 2.4). Satisface el equilibrio de esfuerzos y no de
momentos. Su análisis tiene un ajuste mejor contrastado al de campo, además de superficies
curvas, se puede realizar superficies poligonales (Braja M.Das, 2001).
Figura 2.4. Fuerzas que actúan sobre una dovela en método de Janbú.
Fuente. Suarez, 2009.
Para su análisis se emplea un factor de corrección, el mismo que depende de la curvatura de
la superficie de falla, el mismo que sirve para tener en cuenta el posible error que se puede
presentar. Dependiendo de la experiencia del ingeniero se puede presentar la suposición del
factor de corrección, pero en algunos casos es preferible hacer la lectura de dicho factor
directamente del ábaco.
De acuerdo con Janbú, el factor de seguridad se lo encuentra de la siguiente manera:
Fórmula 2.6. Janbú (No existe nivel freático)
𝐹. 𝑆 =𝑓𝑜Σ {[𝑐 ∗ 𝑏 + 𝑊𝑛 ∗ 𝑇𝑎𝑛𝜙]
𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑚𝛼 }
Σ(𝑊𝑛 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝛼)
36
Fórmula 2.7. Janbú (existe nivel freático)
𝐹. 𝑆 =𝑓𝑜Σ {[𝑐 ∗ 𝑏 + (𝑊𝑛 − 𝑢𝑏)𝑇𝑎𝑛𝜙]
𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑚𝛼 }
Σ(𝑊𝑠𝑒𝑛𝛼)
Dónde:
𝜶: Ángulo de inclinación de la base con respecto a la horizontal.
W= Peso total de cada dovela.
u= Presión de poros. = hw*ᵞw.
hw= Altura del nivel freático.
ᵞw= Peso específico del agua.
C= Cohesión.
Φ= Ángulo de fricción.
𝒇𝒐= Factor de corrección.
2.2.2. Método de elementos finitos.
2.2.2.1. Concepto general del método.
El Método de Elementos Finitos trata de un método general para la solución de problemas de
contorno gobernados por ecuaciones diferenciales ordinarias o parciales. Las aplicaciones
que utilizan el MEF, calculan las tensiones y deformaciones en el seno de una masa de terreno
haciendo una discretización de la misma con elementos de formas variadas, siendo las más
sencillas triangulares o rectangulares (Figura 2.5). Cada elemento se caracteriza a efectos
deformacionales por sus módulos de elasticidad y de Poisson en los casos más sencillos,
pudiendo complicarse el estudio cuando se adoptan relaciones tenso-deformacionales de tipo
no lineal (Oliva A. O., 1999).
37
Fuente. Gavilanes, 2004
La idea básica del método es dividir la geometría del problema en elementos pequeños
(nodos), dentro de los cuales la solución puede considerarse conocida (Soriano,1985).
Una vez dividido el problema se realizan ecuaciones de equilibrio, compatibilidad y relaciones
constitutivas a cada elemento y se construye un sistema de ecuaciones. El sistema de
ecuaciones puede ser resuelto utilizando algebra lineal o algún método no lineal.
El número de ecuaciones del sistema será proporcional al número de nodos, ya que son estos
los que contienen las incógnitas.
A continuación se presentan de manera resumida las ecuaciones en las que se fundamenta
el MEF, bajo condiciones de deformación o tensión plana.
1. Las deformaciones (ԑ) están relacionadas con los desplazamientos (δ) mediante la
siguiente ecuación:
Fórmula 2.8. Relación deformación- desplazamiento.
{ԑ} = [B]{ԑ}
Los desplazamientos dentro de un elemento son usualmente aproximados por polinomiales
simples que son conocidas como funciones de interpolación. Las deformaciones están
numéricamente relacionadas a los desplazamientos a través de definiciones analíticas.
2. Asumiendo una respuesta linealmente elástica durante un proceso de carga o
descarga, las tensiones(σ) están relacionadas con las deformaciones (ԑ) por medio de
las relaciones tenso-deformacionales adoptadas de acuerdo con el problema:
Figura 2.5 Forma de algunos elementos usados en el MEF bidimensional.
38
{𝜎} = [𝐷]{𝛿}
Donde la matriz [D], es la matriz de las relaciones constitutivas del material, y que
en el caso elástico, se denomina matriz elástica y se determina con base en la ley
de Hooke, siendo diferente para el caso de tensión plana y deformación plana.
3. Las fuerzas (F) están relacionadas con los desplazamientos (δ) por:
Fórmula. 2.9. Relación Fuerza- desplazamiento.
{𝐹} = [𝑘]{δ}
La matriz de rigidez k de un elemento puede ser obtenida con base a
consideraciones energéticas:
Fórmula.2.10. Matriz de rigidez.
[𝑘] = ∭𝑣[𝐵]𝑇[𝐷][𝐵]𝑑𝑥𝑑𝑦𝑑𝑧
Los elementos individuales son ensamblados con la ayuda de la computadora,
para formar representaciones numéricas de toda la región considerada. Esta
colección ensamblada de elementos y nodos es la malla. El proceso de ensamblaje
genera un gran sistema algebraico de ecuaciones que relacionan la fuerza total a
cada elemento en la malla, así:
Fórmula. 2.11. Vector de fuerzas nodales.
{𝐹} = [𝐾]{∆}
Donde, {F} es un vector de fuerza nodales, [K] es la matriz de rigidez global, y {∆}
es el vector de desplazamientos nodales. Es usual encontrar que mallas de
elementos finitos en análisis bidimensionales contenga algunos miles de nodos.
Por ejemplo una malla conteniendo 2.500 nodos, genera una matriz [K] de 5.000
por 5.000. Afortunadamente métodos como la eliminación de Gauss permiten
resolver los más complejos sistemas de ecuaciones.
4. El MEF permite el cálculo de tensiones y deformaciones principales en cada elemento.
2.2.2.2. Evaluación del factor de seguridad utilizando elementos finitos.
Ugai (1989) desarrollo un método para calcular el factor de seguridad utilizando el criterio de
Morh- Coulomb por medio de elementos finitos. El factor de seguridad es evaluado realizando
una reducción gradual de los parámetros de resistencia al cortante c’ y Ф’ del suelo e
39
induciendo a una falla del análisis. Inicialmente, la fuerza de gravedad se aplica en estado
elástico para obtener la primera distribución de esfuerzos en todo el talud. Luego la reducción
gradual de la resistencia va a producir un esfuerzo residual en lo elementos fallados y así se
evalúa la fuerza residual.
2.3. Descripción del talud en zona de Casa de Máquinas.
2.3.1. Condiciones geológicas del talud.
El talud estudiado se divide en el talud de roca y el talud de suelo por la diferencia de roca
expuesta. El talud de roca se ubica en la zanja de tubería aguas arriba, cuyo macizo rocoso
es de gneis altamente meteorizado.
El talud de suelo se ubica en la parte aguas abajo, es la capa de los materiales coluviales y
deluviales, la superficie terrestre consiste en suelos residuales. La excavación en el talud de
roca es 1:1.3 (37°); en el talud de suelo, se construyen 3 bermas, entre los cuales, la altura
es de 10m en las cotas 1003m~983msnm, la relación de pendiente 1:1.3 (37°). En las cotas
993m~983msnm, la relación de pendiente 1:2.2 (24°). En las cotas 993~ 983msnm, la relación
de pendiente 1:2.5 (22°). En las cotas 973~962.4msnm, la relación de pendiente de diseño es
1:1.8 y la excavación in situ es 1:1 el grado de inclinación integral después de la excavación
es de 25° (Ensayos de Laboratorio Talud Casa de Máquinas, 2015).
La capa cubierta del cuerpo de fracturación y deformación se arrastra a lo largo del lecho
rocoso, la línea de excavación es el límite aguas arriba, la quebrada es el límite aguas abajo,
la apertura de cizallamiento en el borde anterior se ubica en la plataforma 962.4m, la superficie
de fractura en el borde posterior está cerca de la cota.1003msnm. La dirección general del
arrastre es SW205°, los bordes se deforman al sentido de la cara libre de excavación. El
alcance de la fracturación y deformación: el ancho promedio horizontal es de unos 40 metros,
la longitud promedio alargada de unos 80metros, el espesor promedio deslizado es de unos
18 metros. Estimando con el método de la sección promedia, la cantidad total es
aproximadamente de 33000 m3, la cantidad en zona I es alrededor de 1300 m3, en la zona II,
cerca de 30000m3 (Ensayos de Laboratorio Talud Casa de Máquinas, 2015).
- Talud de roca.
En el talud de roca, la litología del lecho rocoso es el gneis Triásico con una ocurrencia de
foliación (Gneissosity) tendencial a NE10° inclinada a NW cuyo ángulo de inclinación es (<24°-
36°) en la zanja de tubería por debajo de la berma 983msnm y a NE45°, inclinada a NW, cuyo
40
ángulo de inclinación es 40°-48° por encima de esta berma (Ensayos de Laboratorio Talud
Casa de Máquinas, 2015).
- Talud de suelo.
El talud de suelo consiste en suelos residuales y suelos coluviales. Según lo expuesto por los
sondeos, Sondeo C-1, Sondeo C-2, Sondeo C-3, Sondeo C-4, Sondeo C-5, Sondeo C-6
respectivamente, la capa de suelo residual tiene un espesor de 14m~20.6m, la base rocosa
ubicada debajo está representada de intensa a moderadamente meteorizada, cuyos macizos
rocosos son más fracturados (Ensayos de Laboratorio Talud Casa de Máquinas, 2015).
Sondeo C-1
El suelo presente en este sondeo es una arena limosa (SM) de acuerdo al sistema unificado
de clasificación de suelos (SUCS). Presenta cohesión de 0.02 Kg/cm2, ángulo de fricción
interna del suelo de 14°, densidad seca máxima de 2034 Kg/m3, con un óptimo contenido de
humedad de 15.89%, gravedad especifica en 2.702, porosidad de 0.45 y grado de saturación
de 58 %.
Sondeo C-2
El suelo presente en este sondeo es una arena limosa húmeda (SM) de acuerdo al sistema
unificado de clasificación de suelos (SUCS). Presenta cohesión de 0.23 Kg/cm2, ángulo de
fricción interna del suelo de 13°, densidad seca máxima de 2066 Kg/m3, con un óptimo
contenido de humedad de 14.20%, gravedad especifica en 2.742, porosidad de 0.39 y grado
de saturación de 50 %.
Sondeo C-3
El suelo presente en este sondeo es una arena limosa SM, húmeda, de acuerdo al sistema
unificado de clasificación de suelos (SUCS). Presenta cohesión de 0.33 Kg/cm2, ángulo de
fricción interna del suelo de 20°, densidad seca máxima de 2122 Kg/m3, con un óptimo
contenido de humedad de 14.07%, gravedad especifica en 2.741, porosidad de 0.34 y grado
de saturación de 56 %.
Sondeo C-4
El suelo presente en este sondeo es una arena limosa SM, húmeda, de acuerdo al sistema
unificado de clasificación de suelos (SUCS). Presenta cohesión de 0.37 Kg/cm2, ángulo de
fricción interna del suelo de 13°, densidad seca máxima de 2199 Kg/m3, con un óptimo
contenido de humedad de 11.85%, gravedad especifica en 2.683, porosidad de 0.30 y grado
de saturación de 95%.
41
Sondeo C-5
El suelo presente en este sondeo es una arena limosa SM de plasticidad media, húmeda, de
acuerdo al sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS). Presenta cohesión de 0.36
Kg/cm2, ángulo de fricción interna del suelo de 13°, densidad seca máxima de 1955 Kg/m3,
con un óptimo contenido de humedad de 19.10%, gravedad especifica en 2.710, porosidad
de 0.42 y grado de saturación de 86%.
Sondeo C-6
El suelo presente en este sondeo es una arcilla limosa arenosa CL-ML de baja plasticidad,
húmeda. Presenta cohesión de 0.30 Kg/cm2, ángulo de fricción interna del suelo de 6°,
densidad seca máxima de 2083 Kg/m3, con un óptimo contenido de humedad de 13.73%,
gravedad especifica en 2.649, porosidad de 0.39 y grado de saturación de 78%.
2.3.2. Mecanismos de deformación, fracturación.
A través de la investigación geológica detallada para las fracturas de tensión generadas, el
desprendimiento y la deformación en la zona parcial en el talud, según el tipo de daño, las
características de forma de fracturación, deformación y la litología, se divide en la zona de
deslizamiento de la roca en el talud (zona I) y la zona de fluencia de suelo en el talud (zona II)
Figura 2.6.
Figura 2.6. Planta de la zona de deformación y fracturación tipo fluencia en el talud de la zanja de tubería en la zona de casa de máquinas.
Fuente y elaboración. AutoCad 2010. La Autora.
42
Fuente. La Autora.
2.4. Diseño Metodológico.
2.4.1. Tipo de estudio.
La presente investigación es de carácter descriptivo- cualitativo, con base en la información
bibliográfica recolectada e investigación de campo de los estudios de pre factibilidad y
ensayos de suelos del talud izquierdo de la zona de tubería de presión, datos que fueron
proporcionados CELEC EP. e Hydrochina International Engineering Co., Ltd.
Es un estudio descriptivo, porque se analizará las propiedades geomecánicas del material que
conforma el talud y su estabilidad.
Es cualitativo, porque se basa en el análisis subjetivo e individual de cada uno de los
parámetros, haciendo que la investigación sea interpretativa.
Figura 2.7. Talud de estudio, sector Casa de máquinas.
43
2.4.2. Información previa a la investigación.
Se inicia la investigación con la revisión de informes técnicos proporcionados por CELEC-EP,
así como bibliografía relacionada, tales como:
Informe geológico de factibilidad y pre-factibilidad.
Diseño y topografía de las diferentes zonas del proyecto a escala (1:1250),
georreferenciados al sistema de coordenadas proyectadas WGS 1984 UTM zona 17S.
Cartas geológicas a escala (1:1000).
Estudios similares en Hidroeléctricas.
Libros, tesis y web grafía relacionada al tema de estudio.
Estudios geomecánicos del proyecto.
2.4.2.1. Métodos y técnicas para la descripción geológica-geotécnica del talud
izquierdo de la tubería de presión.
La metodología utilizada para la descripción geológica geotécnico considera los siguientes
aspectos:
a. Reconocimiento visual del talud.
b. Identificación de factores desencadenantes que afecten a la estabilidad del talud.
c. Análisis detallado de los ensayos de laboratorio (parámetros geomecánicos del
suelo.)
2.4.2.2. Métodos y técnicas para el análisis de la estabilidad del talud izquierdo
de la tubería de presión.
Existen varios procedimientos para realizar el análisis de la estabilidad en taludes, para el
caso de estudio se utilizara las metodologías que apliquen para fallas estructuralmente no
controladas que corresponden a métodos de equilibrio al límite y métodos numéricos
(elementos finitos).
Se utiliza el método de equilibrio al límite para realizar el análisis de estabilidad del talud,
mediante el análisis de esfuerzo de deslizamiento potencial y de acuerdo con el equilibrio de
fuerza (momento) de deslizador, se establece la expresión del factor de seguridad para
realizar la evaluación cuantitativa. En este cálculo se utiliza el software “GeoStudio-slope/w”
para analizar la estabilidad del talud, aplicando el criterio de resistencia de Morh-Coulomb.
44
Aplicando los métodos numéricos de elementos finitos, se utiliza el programa Phase 2 de la
casa comercial Rocscience. El método esencialmente divide la masa de suelo en unidades
discretas que se llaman elementos finitos. Estos elementos se interconectan en sus nodos y
en bordes predefinidos. El método típicamente utilizado es el de la formulación de
desplazamientos, el cual presenta los resultados en forma de esfuerzos y desplazamientos a
los puntos nodales.
Un análisis por elementos finitos debe satisfacer las siguientes características:
1. Debe mantenerse el equilibrio de esfuerzos en cada punto, el cual es realizado
empleando la teoría elástica para describir los esfuerzos y deformaciones. Para
predecir el nivel de esfuerzos se requiere conocer la relación esfuerzo -
deformación.
2. Las condiciones de esfuerzos de frontera deben satisfacerse. (Jaime Suarez,
2002).
2.4.3. Recolección de datos.
2.4.3.1. Trabajos de campo.
El análisis de la estabilidad del talud se lo realizará utilizando los parámetros geológicos
geotécnicos del suelo que conforma el talud, cuyos valores serán accesibles para su cálculo,
el reconocimiento y visualización in situ del talud, será de primordial para el reconocimiento
de litologías presentes.
2.4.3.2. Trabajos de gabinete.
Durante esta etapa, se compilará los informes de los ensayos de laboratorio de las muestras
tomadas en campo, analizándola, Expresando a manera de cuadros, mapas y planos para su
fácil análisis e interpretación.
La información seleccionada será analizada mediante varios programas que se señalan a
continuación:
1. Para realizar el perfil geométrico del talud se procederá por medio del programa
AutoCad.
2. Para la modelización matemática del talud con el método de equilibrio al límite se
usara el programa GeoStudio/slope.
3. Para la modelización matemático utilizando elementos finitos se empleará el
software geotécnico Phase2.
45
CAPÍTULO III
MODELACIÓN MATEMÁTICA
(Calculo, interpretación y medidas de remediación)
46
3.1. Parámetros de cálculo
De acuerdo a los resultados de los ensayos de laboratorio se obtuvo los parámetros
geomecánicos del suelo como son: peso específico, ángulo de fricción interna y cohesión de
cada una de las litologías presentes en el talud de estudio. Conforme la geología local de la
zona de influencia los suelos que conforman principalmente el talud son: depósitos coluviales
y aluviales. Indicando sobre la cota Arriba de EI. 995m: Suelos gruesos son dominantes;
Debajo de EI. 995m: Suelos finos son dominantes (ver figuras 3.2 y 3.3) observándose en la
tabla 3.1 los resultados de los ensayos de laboratorio y en la figura 3.1 el lugar de toma de
muestra.
Tabla 3.1. Parámetros geomecánicos de los ensayos de laboratorio. (UU TRIAXIAL).
Código de la muestra Ángulo de fricción (°) Cohesión (c) Kpa
C01 14 20
C02 13 23
C03 20 33
C04 13 37
C05 13 36
C06 6 30
Promedio 13.2 29.8
Fuente. Ensayos de laboratorio. CODICER. CELEC EP.
47
Figura 3.1. Lugar de toma de muestras, sector Casa de Máquinas.
Fuente. Ensayos de laboratorio. CODICER. CELEC EP.
La figura.3.1 indica que todos los lugares de toma de muestras se encuentran cercanos a la
cota 995m, realizando ensayos UU triaxiales de las muestras tomadas en época lluviosa.
Arriba de la cota 995 msnm, donde la cobertura está formada por suelos granulares, se aplican
los parámetros de la tabla 3.2, por debajo de la cota 995 msnm donde la cobertura está
formada por suelos finos se toma los promedios de los ensayos de la tabla 3.1.
Tabla 3.2. Parámetros geotécnicos de los suelos.
Estado natural Bajo lluvias
Meteorización Peso
específico
(KN/m3)
c’
(KPa)
ϕ’ (°) Peso
específico
(KN/m3)
c’
(KPa)
ϕ’ (°)
Cobertura arriba de
la 995m (Qc+dl)
18 30 28 20 25 27
Cobertura debajo
de 995m (Qc+dl)
16 35 16 18 32 14
Continua tabla 3.2
48
Fuente. Informe de análisis de laboratorio. CELEC.EP
Para los materiales sueltos en el talud de roca, se aplica los parámetros obtenidos de los
ensayos de laboratorio (ver tabla 3.3.)
Tabla 3.3. Parámetros geológicos de la roca.
RMR Hoek-Brown Classification Módulo de
deformación
Erm(GPa)
Sigci (Mpa) GSI mi D
II 95 71 28 0.7 7.048
III 65 51 25 0.7 2.288
IV 20 31 23 0.7 0.749
Fuente. Informe de análisis de laboratorio. CELEC. EP
Nota: El peso específico de la roca es considerado de acuerdo a los informes de campo de
la Empresa de 26.5 KN/m3
Tabla 3.4. Parámetros tenso-deformacionales de los materiales.
Meteorización Peso
específico
(MN/m3)
Módulo de
Young
(MPa)
Coeficiente
de Poisson
Ángulo de
fricción (°)
Cohesión
(MPa)
Suelo Coluvial 0.018 35 0.3 13.2 0.0296
Deposito Aluvial 0.022 30 0.35 35 0.005
Roca fuertemente
meteorizada
0.265 749 0.4 30.33 0.18
Fuente y elaboración. Ensayos de laboratorio CELEC.EP. La Autora.
Continuación de la tabla 3.2
Estado natural Bajo lluvias
Meteorización Peso
específico
(KN/m3)
c’
(KPa)
ϕ’ (°) Peso
específico
(KN/m3)
c’
(KPa)
ϕ’ (°)
Arena, grava y
guijarros (Qal)
22 0 40 22 0 40
Escombros
rellenados
20 0 35 21.0 0 35
Materiales
sueltos
20 15 27 --- --- ---
49
3.2. Geometría inicial del talud.
De acuerdo a las características geomecánicas de cada una de las litologías presentes en el
talud, indicadas en las tablas 3.1, 3.2, 3.3; así como criterios de: longitud, altitud y cercanía al
lugar donde se realizaron sondeos, se selecciona el perfil E-E’ (figuras 3.2- 3.3.) situado aguas
abajo de la Zanja de la tubería de presión. En base a este modelo se realiza los análisis de
estabilidad con las diferentes metodologías, definiendo su geometría inicial mediante el
levantamiento topográfico realizado por la Empresa.
Figura 3.2. Topografía del emplazamiento de la zona de Casa de Máquinas.
Fuente. La Autora.
50
Figura 3.3. Perfil actual de terreno “E-E”, limitación de litología.
Fuente y Elaboración. AutoCad, La Autora.
3.3. Modelo del problema.
3.3.1. Método de equilibrio al límite.
Con el método de equilibrio límite, se realizar el análisis de estabilidad del talud, mediante el
análisis de esfuerzos de deslizamiento potencial y de acuerdo con el equilibrio de fuerzas
(momentos) de deslizador, se establece la expresión del factor de seguridad para realizar la
evaluación cuantitativa.
En este cálculo se utiliza el Método de Morgenstern- Price, con el software GeoStudio
(Slope/W), para analizar la estabilidad del talud. Aplicando para cada uno de los suelos el
criterio de resistencia de Mohr-Coulomb.
En el software Slope/W permite crear la geometría del talud dibujándola en la pantalla, escoger
un método del análisis, especificar las propiedades del suelo y controlar la superficie de falla,
existiendo varios opciones de superficie de falla, dibujando el radio de la superficie del
deslizamiento en el cual se propone la superficie de falla y definiendo la ubicación de entrada
51
y salida del deslizamiento. Calculando el respectivo coeficiente de seguridad, donde al
finalizar el proceso muestra en la pantalla el valor más bajo del coeficiente de seguridad.
En el análisis se toma los parámetros geomecánicos de los suelos en estado saturado,
obteniendo así los siguientes perfiles de interpretación.
Modelo de cálculo Morgenstern-Price sin sismo
Figura 3.4. Resultado de la modelación (Método de Morgenstern-Price) Fs= 1.278
Fuente y elaboración. GeoStudio slope/W. La Autora.
Roca fuertemente meteorizada
Deposito Aluvial
Deposito Coluvial
1.278
Distance
0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160
Ele
vatio
n
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
52
Modelo de cálculo Morgenstern-Price con sismo.
Figura 3.5. Resultado de la modelación (método de Morgenstern-Price con sismo) Fs= 1.40
Fuente y elaboración. GeoStudio slope/W. La Autora
- Modelo de cálculo de Bishop sin Sismo.
Figura 3.6. Resultado de la modelación (método de Bishop sin Sismo) Fs=1.26
Fuente y elaboración. GeoStudio slope/W. La Autora
Roca fuertemente meteorizada
Deposito Aluvial
Deposito Coluvial
1.79 1.88 1.74 1.65 1.54 1.52
1.70 1.61 1.63 1.66 1.64 1.57 1.54 1.49
1.55 1.51 1.54 1.56 1.50 1.57 1.48
1.55 1.48 1.45 1.51 1.45 1.44 1.49
1.48 1.42 1.42 1.42 1.40 1.511.40
Distance
0 1 6 3 2 4 8 6 4 8 0 9 6 1 1 2 1 2 8 1 4 4 1 6 0
Elev
atio
n
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
Roca fuertemente meteorizada
Deposito Aluvial
Deposito Coluvial
1.26
Distance
0 1 6 3 2 4 8 6 4 8 0 9 6 1 1 2 1 2 8 1 4 4 1 6 0
Elev
ation
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
53
- Modelo de cálculo de Bishop con Sismo.
Figura 3.7. Resultado de la modelación (método de Bishop con Sismo) Fs= 1.39
Fuente y elaboración. GeoStudio slope/W. La Autora.
- Método de Janbú con Sismo.
Figura 3.8. Resultado de la modelación (método de Janbú con sismo)
Fs= 1.23. Profundidad del círculo de falla: 26.72m.
Fuente y elaboración. GeoStudio slope/W. La Autora.
Roca fuertemente meteorizada
Deposito Aluvial
Deposito Coluvial
1.78 1.88 1.74 1.65 1.54 1.51
1.69 1.58 1.61 1.64 1.64 1.57 1.54 1.49
1.52 1.48 1.51 1.55 1.50 1.57 1.48
1.53 1.44 1.42 1.48 1.44 1.43 1.48
1.44 1.38 1.39 1.41 1.39 1.501.39
Distance
0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160
Elev
atio
n
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Roca fuertemente meteorizada
Deposito Aluvial
Deposito Coluvial
1.45 1.54 1.44 1.44 1.39 1.38
1.42 1.30 1.34 1.38 1.37 1.36 1.42 1.36
1.30 1.25 1.29 1.30 1.29 1.41 1.38
1.34 1.25 1.22 1.29 1.24 1.26 1.40
1.28 1.21 1.22 1.23 1.23 1.411.23
Distance
0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160
Elev
atio
n
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
54
- Método de Janbú sin Sismo.
Figura 3.9. Resultado de la modelación (método de Janbú sin sismo)
Fs= 1.18. Profundidad máxima del círculo de falla. 21.66m
Fuente y elaboración. GeoStudio slope/W. La Autora
3.3.2. Método de Elementos finitos (software Phase2).
Para el análisis por el método de equilibrio al límite se empleó el software geotécnico Phase2
8.0 para determinar el factor de seguridad, realizando un análisis tenso-deformacional
asociando parámetros de cohesión, fricción y peso específico, además sus características
tenso-deformacionales que están dadas por el módulo elástico (E), y el coeficiente de Poisson.
(ѵ). (tabla 3.4)
En este análisis se realizó dos corridos del programa, el primero corresponde utilizando
parámetros de sismicidad. Las intensidades máximas reportadas en la zona de estudio indican
que la misma no ha sido sometida a intensidades mayores a 7, lo que significa que las
aceleraciones horizontales que debe haber experimentado el proyecto por sismo históricos,
estaría en el orden de 100 a 130 gales (0.12g a 0.13g) y las aceleraciones verticales en el
orden de 50 a 85 gales (0.06 g a 0.08 g). El segundo corrido toma únicamente los parámetros
geomecánicos del suelo y de la roca fuertemente meteorizada.
Roca fuertemente meteorizada
Deposito Aluvial
Deposito Coluvial
1.18
Distance
0 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160
Ele
vatio
n
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
55
Figura 3.10. En la figura ilustra los resultados de análisis tenso-deformacional Fs= 0.70
Elaboración y fuente. Software geotécnico Phase2 versión 8.0. La Autora.
Figura 3.11. En la figura ilustra los resultados de análisis teso-deformacional sin parámetros sísmicos
Fs= 0.95.
Elaboración y fuente. Software geotécnico Phase2 versión 8.0. La Autora.
1
1
Critical SRF: 0.01
0.70
0.70
0.70
0.70
0.70
1.40
0.00
1.40
3.50
7.00
0.13
0.07
Strength Factor
0.00
0.70
1.40
2.10
2.80
3.50
4.20
4.90
5.60
6.30
7.00
7.70
8.40
9.10
9.80
10.50
11.20
11.90
12.60
13.30
14.00
10
20
10
00
98
09
60
94
0
-40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
1
1
Critical SRF: 0.01
0.95
0.95
0.95
1.90
Strength Factor
0.00
0.95
1.90
2.85
3.80
4.75
5.70
6.65
7.60
8.55
9.50
10.45
11.40
12.35
13.30
14.25
15.20
16.15
17.10
18.05
19.00
10
20
10
00
98
09
60
94
0
-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
56
3.4. Análisis de resultados obtenidos.
El análisis de los resultados se basó en contrastar los factores de seguridad obtenidos de las
diferentes modelaciones matemáticas. A continuación se presentan los factores de seguridad.
Tabla 3.5. Valores de los factores de seguridad.
Método Factor de Seguridad
Con Sismo Sin Sismo
Janbú 1.23 1.18
Bishop 1.39 1.26
Morgenstern Price 1.4 1.27
Phase2 (versión 8.0) 0.70 0.95 Fuente. La Autora.
Para proceder al análisis y contraste de resultados se tomará los valores obtenidos por los
dos programas propuestos. En lo que respecta a la metodología de equilibrio límite
(SLOPE/W), se toma como representativo el método de Janbú (diseñado para superficies no
necesariamente circulares); mientras que la metodología de elementos finitos (Phase2), se
caracteriza por un análisis tenso-deformacional. Aunque los valores registrados por cada una
de las metodologías son diferentes, notamos que coinciden en la determinación de la
superficie de falla, definiendo la misma zona inestable pero con sus limitantes, por supuesto.
De los perfiles obtenidos mediante el método de equilibrio límite, se puede observar que las
superficies de falla son similares, cortando el estrato conformado por coluviales y aluviales
pero sin llegar al límite de la roca fuertemente meteorizada; esto se debe a que el estrato que
conforman el cimiento tiene un espesor considerable, además que el ángulo de fricción interna
y cohesión propia de este tipo de roca influye para que la superficie de falla no corte en su
totalidad el estrato.
Según los resultados de las modelaciones matemáticas y las características geologías de los
materiales presentes en el talud, se trataría de una falla de talud infinito. Donde la superficie
de rotura está definida por el contacto prácticamente paralelo al talud, entre el terreno
superficial (coluvial o suelo residual) y la roca subyacente a una profundidad de 26.72m.
Siendo este tipo de fallas características para este tipo de talud.
Uno de los factores principales que ocasionan esta falla son las deficientes características
geotécnicas del suelo. Por otra parte las lluvias constantes que en el sector ocurren provocan
la saturación del suelo lo cual contribuye al deslizamiento.
57
3.5. Medidas de remediación.
Para que exista una estabilidad en taludes es necesario reducir las fuerzas actuantes o
incrementar las fuerzas resistentes. Es común que existan varios factores que determinen las
fuerzas actuantes y resistentes, requiriendo varios métodos de estabilización para lograr un
efecto combinado. Las fuerzas actuantes pueden reducirse de varias formas:
- Excavando el material de un sector apropiado del talud.
- Construyendo un sistema de drenaje para reducir las presiones hidrostáticas.
Las fuerzas resistentes pueden incrementarse de varias formas:
- Drenaje para aumentar la resistencia de los materiales.
- Eliminación de estratos débiles o zonas potenciales de falla.
- Estructuras de contención.
- Refuerzo del suelo.
3.5.1. Drenaje y subdrenaje:
La colocación de drenajes como una medida de remediación en la estabilización taludes tiene
como finalidad el control de las aguas superficiales, subterráneas y sus efectos, además
contribuye a la disminución de las fuerzas que producen el movimiento y aumentar las fuerzas
resistentes. Existe una gran cantidad de técnicas para el manejo de las aguas de los taludes.
Los sistemas más comunes para el control del agua son:
Zanjas de coronación o canales colectores (drenaje superficial).
Subdrenes de zanja o subdrenes interceptores.
Subdrenes horizontales o de penetración.
3.5.1.1. Zanja de coronación.
El objetivo principal de la zanja en la corona de un talud es interceptar el agua superficial por
medio de la construcción de cunetas, para que drene las aguas ladera abajo desde mayores
alturas, evitando la erosión del talud.
Evitando su construcción cerca del borde superior del talud, a una separación mínima de 3
metros de la corona, impidiendo que se convierta en una zona propensa a un deslizamiento
cuando se realiza cortes de suelos in situ.
De acuerdo a la topografía de la zona las dimensiones de la zanja pueden variar,
generalmente para las áreas pequeñas de drenaje se recomienda una zanja rectangular
58
mínimo de 40 centímetros de ancho y 50 centímetros de profundidad, estas cunetas deben
de ser de hormigón con una resistencia de 21 Mpa, de acuerdo a las recomendaciones dadas
por el proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua. Estableciendo en lo posible su localización a lo
largo de una curva de nivel, a fin de garantizar un correcto drenaje y que estén lo
suficientemente atrás de las grietas de tensión en la corona.
3.5.1.2. Drenes horizontales o de penetración.
Los drenes horizontales o de penetración buscan abatir el nivel freático hasta donde se
incremente la estabilidad del talud al valor deseado, penetran la zona freática y permiten el
flujo por gravedad del agua almacenada por encima de la superficie de falla, consistiendo en
una tubería perforada colocada mediante una perforación profunda subhorizontal o
ligeramente inclinada (5% al 20% de pendiente de inicio) y espaciamientos típicos de 1 a 5
metros.
Comúnmente sus longitudes varían de 10 a 40 metros. La pendiente debe ser tal que al
profundizar el dren no este sobre la cota del nivel de agua.
3.5.1.3. Recubrimiento o protección de la superficie.
Los recubrimientos son técnicas cuyo objetivo es la protección de la superficie del talud
previniendo la infiltración de agua, la ocurrencia de fenómenos de erosión y manteniendo el
suelo parcialmente seco. Incluyendo como medidas de protección al concreto lanzado, los
bloques de mampostería, la protección con rocas y el recubrimiento con productos sintéticos.
Complementando estos recubrimientos con prácticas de cobertura de vegetal.
Aunque el factor de seguridad no se modifica teóricamente, en la práctica si se produce un
efecto estabilizante al mantener las fuerzas de succión o presiones negativas, producidas por
las filtraciones de agua las cuales actúan como fuerzas resistentes que tratan de impedir las
fallas cortantes.
3.5.1.4. Estructuras de suelo reforzado.
Las estructuras de suelo reforzado consisten en la colocación de capas de refuerzo en el
proceso de conformación de terraplenes con taludes de pendiente altas. Internamente deben
su resistencia al refuerzo y externamente actúan como estructuras masivas por gravedad. Son
fáciles de construir. Utilizan el suelo como su principal componente y pueden adaptarse
fácilmente a la topografía.
59
Tipos de refuerzos utilizados.
Los muros y taludes de suelo pueden ser reforzados con láminas o mallas metálicas o
geosintéticos (geotextiles o geomallas).
Refuerzos metálicos.
- Tiras de láminas metálicas: las láminas comercialmente disponibles son corrugadas
por ambos lados, tienen un ancho de aproximadamente 50 milímetros (2 pulgadas) y
espesor de 4 milímetros.
- Tiras de mallas metálicas soldadas: las mallas de acero utilizadas generalmente
tienen espaciamientos longitudinales entre 6 y 8 pulgadas, y transversales de 9 a 24
pulgadas.
Los refuerzos de geosintéticos.
Son generalmente muy económicos y fáciles de construir. Sin embargo, existe un principal
problema detectado, es la gran magnitud de las deformaciones, lo cual representa un
problema para su utilización en estructuras importantes. Generalmente se utilizan productos
elaborados con polímeros.
- Geomallas de polietileno de alta densidad: comúnmente consisten en mallas uniaxiales,
las cuales son ofrecidas comercialmente en hasta 6 diferentes resistencias.
- Geomallas de poliéster cubierto con PVC: generalmente consisten en Geomallas que
están caracterizadas por una tenacidad alta de fibras de poliéster en el sentido
longitudinal.
- Geotextiles de polipropileno o poliéster: son geotextiles tejidos de alta resistencia, los
cuales se utiliza principalmente para la estabilización de taludes. Se han utilizado tantos
geotextiles de poliéster como polipropileno
60
CONCLUSIONES.
Al momento de dar solución a la inestabilidad de un talud, es necesario para cualquier
obra de estabilización tener en cuenta tres factores primordiales como son: la seguridad,
funcionalidad y la economía de la obra.
Analizando las propiedades físico-mecánicas de los material (coluviales y aluviales), se
deduce que el tipo de falla presente en el talud correspondería a una falla de talud infinito.
Siendo este tipo de fallas características para este tipo de talud, presentándose la falla
paralela a la superficie del talud, influyendo los valores de estas propiedades en el factor
de seguridad obtenido.
De acuerdo a las precipitaciones de la zona (150mm por mes), el contenido de agua
presente en la masa de suelo contribuye a la disminución de la estabilidad del talud,
saturando el suelo y disminuyendo la resistencia del terreno, siendo este el principal factor
condicionante que afecta a la estabilidad del talud. Así mismo existen factores
desencadenantes como; las sobrecargas estáticas y las cargas dinámicas que se ejercen
sobre el talud, modificando la distribución de las fuerzas y generando condiciones de
inestabilidad. Entre las primeras está el paso de maquinaria pesada que transitan en el
túnel sub-horizontal, contribuyendo al aumento de las fuerzas desestabilizadoras, las
cargas dinámicas se debe principalmente a los movimientos sísmicos y a las vibraciones
producidas por las voladuras realizadas cercanas al talud.
De acuerdo al análisis de los perfiles de interpretación mediante el método de equilibrio
límite se obtuvo un factor de seguridad de Fs= 1.23 (Método de Janbú), indicando su
inestabilidad, dado que no cumple con los criterios de estabilidad conforme a obras de
envergadura Fs= 1.5. Teniendo coherencia con las observaciones realizadas en campo.
Realizando el análisis tenso-deformacional se determinó un Factor de seguridad Fs= 0.70
bajo condiciones sísmicas y un factor de seguridad Fs= 0.95 sin condiciones sísmicas.
Deduciendo al talud como inestable conforme a su factor de seguridad, existiendo mayor
inestabilidad del talud empleando condiciones sísmicas.
Una forma de corroborar el análisis realizado por el método de equilibrio límite es
empleando el software geotécnico Phase2, obteniendo factores de seguridad diferentes,
Fs= 0.70 (elementos finitos) y Fs= 1.23(equilibrio límite) dado que el método tenso-
deformacional proporciona una mayor cantidad de información acerca del talud
analizado, a diferencia del método tradicional de equilibrio límite, es decir da mayor
información acerca de esfuerzos en cualquier punto del terreno, deformaciones y el
comportamiento general del talud, conociendo con exactitud cuál es el punto con mayor
esfuerzo o con mayores deformaciones. Concluyendo que la mejor metodología a
emplear en el análisis de taludes es el método tenso-deformacional.
61
Para mejorar la estabilidad del talud y como una medida de remediación, se propone la
correcta colocación y ubicación de drenes, incluyendo zanjas de coronación y drenes
horizontales o subdrenes. Realizando un recubrimiento o protección de la superficie,
evitando así futuros desplazamientos.
62
RECOMENDACIONES.
- Se recomienda un tipo de mantenimiento al talud efectuándose al menos cada 3 meses
en condiciones normales, pero los intervalos pueden variar dependiendo de reportes de
peligro, movimientos sísmicos constantes, intensidad de lluvias y construcciones
realizadas conforme el avance del proyecto, realizando monitoreos permanentes.
- Realizar trabajos definidos como mantenimiento primario el cual se describe a
continuación:
Limpieza el talud especialmente de las bermas de la vegetación muerta o en riesgo
de desprendimiento y material suelto, removiendo el material suelto cuando el
volumen sea bajo (la conformación de las bermas deben tener del 1 a 1.5% de
pendiente hacia la cuneta).
Realizar en lo posible la reforestación con especies vegetales endémicas del sector
en zonas de material suelto, para mitigar posibles deslizamientos producidos por
efecto de la erosión y la colocación de un geotextil a lo largo de las bermas inferiores
del talud.
Limpieza de canales y drenajes de cualquier tipo que tenga el talud, especialmente
en la corona y el pie del talud, teniendo mucha precaución donde existen
nacimientos de agua o desfogue de aguas subterráneas, proporcionando una
circulación libre del agua, para no causar estancamientos que puedan provocar
inestabilidad en el talud.
- Para un mejor análisis de estabilidad es necesario una visualización en campo de la
geometría y tipo de movimiento de masa, para tener criterio al momento de realizar las
modelaciones en los diferentes programas.
- Se deberá tomar a consideración las medidas de remediación para evitar
desplazamientos futuros por agentes externos; en el caso del agua, esta se infiltra dentro
de la masa de suelo segregando las partículas pudiendo llegar a producir un efecto
interno (tubificación), que a largo plazo ocasione que la erosión que se genera dentro
del talud sean causantes del fallo del mismo. Como medida a este fenómeno es
recomendable la correcta ubicación y construcción de cunetas de coronación que
conduzcan el agua fuera del área del talud.
- Se recomienda continuar con este tipo de prácticas pre-profesionales a Proyectos
Estratégicos a fines con la especialización, adquiriendo experiencia laboral, plasmando
los conocimientos adquiridos en las aulas y poniéndolo en práctica en campo.
- Un cálculo confiable del factor de seguridad depende de la precisión con la que se
cuantifique los parámetros geotécnicos de los suelos usados en la construcción del
63
talud; por lo que se deben efectuar los ensayos requeridos para cada estado de carga
al que se verán sometidas las mismas, procurando siempre alcanzar un diseño que
optimice la seguridad y el gasto económico de la obra.
64
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ambiental del Proyecto Hidroeléctrico Delsitanisagua 180 MW. Zamora- Ecuador.
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Edición. Madrid, España.
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65
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Bucaramanga- Colombia.
Suárez Díaz J. (2009). Deslizamientos, Análisis Geotécnico. Volumen 1. Ediciones UIS
Bucaramanga- Colombia.
ANEXOS.
67
Anexo.1. Mapa topográfico de la zona de Casa de Maquinas
68
69
Anexo 2. Resultado de los Ensayos de Laboratorio.
70
PROYECTO: Central Hidroeléctrica Delsitanisagua
DOC#: COD-15-INF-025 FECHA: Junio de 2015
ESTUDIO: Ensayos de Laboratorio Talud Casa de Máquinas
PAG: Página 1 de 11 REV: A
CARLOS ROMÁN Y ADOLFO VALAREZO ESQUINA DIAGONAL AL COLEGIO ADOLFO VALAREZO TELÉFONO: 072579098 – 0994648254
LOJA – ECUADOR
Documento: PROYECTO: Central Hidroeléctrica Delsitanisagua
ESTUDIO: Ensayos de Laboratorio Talud Casa de Máquinas
Código del Documento: COD-15-INF-025
Revisión: Fecha: Elaborado por: Revisado por : Aprobado por :
A JUN-2015 Pablo Torres Bailón Pablo Torres Bailón Pablo Torres Bailón
71
PROYECTO: Central Hidroeléctrica Delsitanisagua
DOC#: COD-15-INF-025 FECHA: Junio de 2015
ESTUDIO: Ensayos de Laboratorio Talud Casa de Máquinas
PAG: Página 2 de 11 REV: A
1. INTRODUCCIÓN
Con las muestras alteradas recuperadas en campo, se realizaron ensayos de laboratorio para clasificar e identificar todos los materiales muestreados y determinar sus propiedades índice y físico – mecánicas, de acuerdo a normas nacionales e internacionales.
2. TRABAJOS DE LABORATORIO
En campo se realiza la toma de 6 muestras alteradas tomadas a 1.00 metro de profundidad. La ubicación y la profundidad de toma fueron determinadas por Técnicos de Hydrochina.
Para complementar la información obtenida en campo, se realizaron ensayos de laboratorio con muestras alteradas, representativas del sondeo. Los ensayos realizados son:
ENSAYO
NORMA
Determinación del contenido de agua NTE INEN 690 ASTM D2938
Análisis granulométrico NTE INEN 696 Y 697
ASTM D422
Determinación del Límite Líquido NTE INEN 691 ASTM D4318
Determinación del Límite Plástico NTE INEN 692 ASTM D4318
Peso Específico del Suelo ASTM D584
AASHTO T 100
Ensayo de Compactación Proctor (Densidad Seca Máxima)
ASSHTO T-99
Porosidad y Saturación
N/A
Ensayo de Compresión Triaxial UU
ASTM D2850
Tabla # 2.1. Nombre de ensayos y Normas aplicables.
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2.1. Contenido de Humedad (NTE INEN 690 – ASTM D2938)
Este ensayo determina la cantidad de agua que contiene el suelo. En las siguientes fotos se pude observar los materiales y equipos necesarios para realizar esta prueba:
Figura 2.1. Equipo y materiales para determinar el
contenido de humedad. Figura 2.2. Peso del material húmedo
Figura 2.3. Secado del material en el horno Figura 2.4. Peso del material seco
2.2. Granulometría (NTE INEN 692 – ASTM D4318)
Este método permite, mediante tamizado, determinar la distribución por tamaños de las partículas mayores que 0,075 mm, de una muestra de suelo.
Figura 2.5. Equipo y materiales para realizar el análisis
granulométrico del suelo. Figura 2.6. Peso del material retenido en cada tamiz.
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2.3. Límite Líquido (NTE INEN 692 – ASTM D4318)
Humedad expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en horno, de un suelo remoldeado en el límite entre los estados plástico y semisólido. Corresponde a la humedad necesaria para que bastones cilíndricos de suelo de 3mm de diámetro se disgreguen en trozos de 0,5a 1cm. de largo y no puedan ser reamasados ni reconstituidos.
Figura 2.7. Equipo y materiales para determinar el límite
líquido. Figura 2.8. Peso del material húmedo en un
punto
Figura 2.9. Secado del material en el horno Figura 2.10. Peso del material seco
2.4. Límite Plástico (NTE INEN 692 – ASTM D2938)
El límite Líquido, es la humedad, expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en horno, de un suelo remoldeado en el límite entre los estados líquido y plástico. Corresponde a la humedad necesaria para que una muestra de suelo remoldeada, depositada en la taza de bronce de la máquina Casagrande y dividida en dos porciones simétricas separadas 2 mm entre sí, fluya y entren en contacto en una longitud de 10 mm, aplicando 25 golpes.:
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Figura 2.11. Equipo y materiales para determinar el límite plástico.
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Figura 2.12. Peso del material húmedo en el límite plástico
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Figura 2.13. Secado del material en el horno Figura 2.14. Peso del material seco
2.5. Gravedad Específica del Suelo (ASTM D854 – AASHTO T100)
Este método establece el procedimiento para determinar, mediante un picnómetro, la densidad de partículas sólidas de suelos compuestos por partículas menores que 5 mm.
Figura 2.15. Equipo y materiales para determinar el peso
específico del suelo. Figura 2.16. Peso del material para ensayo
Figura 2.17. Remoción del aire del agua Figura 2.18. Peso final y secado al horno de la muestra
2.6. Compactación Proctor Estándar (ASTM D698 - AASHTO T99)
Este método establece el procedimiento para determinar la relación entre la humedad y la densidad de un suelo compactado en un molde normalizado, mediante un pisón de 2,5 Kg. en caída libre desde una altura de 305 mm, con una energía específica de compactación de 0,59 J/cm³ (6 kgf cm/cm3).
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Figura 2.19. Equipo y materiales para determinar la densidad seca máxima y el óptimo contenido de
humedad. .
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Figura 2.21. Compactación del material
Figura 2.22. Pesado y secado al horno.
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2.7. Porosidad y Grado de Saturación
Con este ensayo se define el valor de porosidad a partir de la relación entre el volumen de huecos y el volumen total del elemento considerado. Y el grado de saturación como la relación entre el peso del agua que contiene la muestra en estado natural y el que contendría si estuviera saturado.
Figura 2.23. Equipo y materiales para determinar la
porosidad y el grado de saturación. Figura 2.24. Preparación de la muestra remoldeada.
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Figura 2.25. Llenado de los poros con agua Figura 2.26. Pesado final de la muestra con los
poros llenos de agua. 2.8. Ensayo de Compresión Triaxial (ASTM 2850)
Este método se refiere a la determinación de los parámetros de resistencia de los suelos mediante el ensayo de compresión triaxial. El método realizado es el ensayo no consolidado no drenado (UU). Los parámetros obtenidos son el ángulo de fricción interna (ø) y la cohesión (C). Para el presente caso se realizó el ensayo a partir de muestras remoldeadas llegando a producir el peso unitario, la humedad y la estructura del suelo deseadas.
Los resultados obtenidos de Límites y Granulometría, se utilizaron para realizar la clasificación de los suelos de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), según la norma ASTM D2487. En la siguiente tabla se puede observar un resumen de los ensayos realizados y en el Anexo Nº 2 se presentan todos los resultados de los ensayos de laboratorio.
Sondeo
Prof. (m)
Humedad Natural
(%)
Límite Líquido
Límite Plástico
Índice de Plasticidad
GRANULOMETRÍA
Clasificación SUCS N° 4 N° 10 N° 40 N° 200 Grava Arena Finos
C-1 1.00 23 34 29 5 97 89 74 42 3 55 42 SM
C-2 1.00 16 NP NP NP 94 80 56 23 6 71 23 SM
C-3 1.00 13 NP NP NP 70 51 30 15 30 55 15 SM
C-4 1.00 19 31 26 5 80 69 50 27 20 53 27 SM
C-5 1.00 25 45 27 18 91 82 62 43 9 48 43 SM
C-6 1.00 19 26 19 7 91 85 78 51 9 40 51 CL-ML
Tabla # 2.2. Resultados de los Ensayos realizados.
Sondeo
Cohesión (Kg/cm²)
Ángulo de
Fricción Interna
(°)
Densidad Seca
Máxima (Kg/m³)
Óptimo Contenido de
Humedad (%)
Gravedad Específica
Peso Específico
Aparente del suelo seco
(g/cm³)
Peso específico del suelo
seco (g/cm³)
Porosidad
Grado de Saturación
C-1 0.02 14 2034 15.89 2.702 1.23 2.24 0.45 0.58
C-2 0.23 13 2066 14.20 2.742 1.31 2.16 0.39 0.50
C-3 0.33 20 2122 14.07 2.741 1.73 2.62 0.34 0.56
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C-4 0.37 13 2199 11.85 2.683 1.70 2.42 0.30 0.95
C-5 0.36 13 1955 19.10 2.710 1.55 2.67 0.42 0.86
C-6 0.3 6 2083 13.73 2.649 1.74 2.85 0.39 0.78
Tabla # 2.3. Resultados de los Ensayos realizados.
82
Anexo 3. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD MEDIANTE EL MÉTODO DE EQUILIBRIO LÍMITE
3.1. Corrido del programa GeoStudio (Slope/w)
83
FILE INFORMATION
- Revision Number: 16 Date: 3/5/2016
Time: 23:36:33
File Name: perfil casa de maquina final.gsz
Directory: D:\Escritorio\perfiles phase 8.0 tesis\
Last Solved Date: 3/5/2016
Last Solved Time: 23:36:38
- Project Settings
Length(L) Units: meters
Time(t) Units: Seconds
Force(F) Units: kN
Pressure(p) Units: kPa
Strength Units: kPa
Unit Weight of Water: 9.807 kN/m³
View: 2D
- Analysis Settings
- SLOPE/W Analysis _con_sismo
Description: Analisis_Talus_Casa_de_Maquinas_con sismo
Kind: SLOPE/W
Parent: SLOPE/W Analysis
Method: Morgenstern-Price
- Settings Apply Phreatic Correction: No
Side Function
Interslice force function option: Half-Sine
PWP Conditions Source: Piezometric Line
Use Staged Rapid Drawdown: No
- Slip Surface Direction of movement: Left to Right
Use Passive Mode: No
Slip Surface Option: Grid and Radius
Critical slip surfaces saved: 1
Optimize Critical Slip Surface Location: No
- Tension Crack Tension Crack Option: (none)
- FOS Distribution FOS Calculation Option: Constant
84
- Advanced Number of Slices: 30
Optimization Tolerance: 0.01
Minimum Slip Surface Depth: 0.1 m
Optimization Maximum Iterations: 2000
Optimization Convergence Tolerance: 1e-007
Starting Optimization Points: 8
Ending Optimization Points: 16
Complete Passes per Insertion: 1
Driving Side Maximum Convex Angle: 5 °
Resisting Side Maximum Convex Angle: 1 °
- Materials
Deposito Coluvial Deposito Aluvial
Roca fuertemente
meteorizada
Model: Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb
Unit Weight: 18 kN/m³ 22 kN/m³ 26.56 kN/m³
Cohesion: 29.8 kPa 5 kPa 180 kPa
Phi: 13.2 ° 35 ° 30.33 °
Phi-B: 0 ° 0 ° 0 °
Piezometric Line: 1 1 1
- Slip Surface Grid
Upper Left: (43.07692, 128) m
Lower Left: (43.07692, 96) m
Lower Right: (123.07692, 96) m
Grid Horizontal Increment: 7
Grid Vertical Increment: 4
Left Projection Angle: 0 °
Right Projection Angle: 0 °
- Slip Surface Radius
Upper Left Coordinate: (110.76923, 12.8) m Upper Right Coordinate: (12.30769, 12.8) m Lower Left Coordinate: (113.54, 29.98) m Lower Right Coordinate: (12.30769, 76.8) m Number of Increments: 7
85
Left Projection: No Left Projection Angle: 135 ° Right Projection: No Right Projection Angle: 45 °
- Slip Surface Limits
Left Coordinate: (0, 100) m Right Coordinate: (160, 23.46) m
- Critical Slip Surfaces
Slip Surface
FOS Center (m) Radius (m) Entry (m) Exit (m)
1 310 1.23 (111.648, 128) 97.31 (18.4537, 100) (131.944, 32.8299)
- Slices of Slip Surface: 310
Slip Surfac
e
X (m) Y (m) PWP (kPa) Base Normal
Stress (kPa)
Frictional Strength
(kPa)
Cohesive Strength
(kPa)
1 310 18.646865 99.37256 -312.65399 -41.548837 -9.7451918 29.8
2 310 20.14 95.126385 -276.21759 1.4806938 0.34729359 29.8
3 310 23.315 87.42564 -211.76333 72.756427 17.064866 29.8
4 310 26.065 81.725345 -165.45718 132.30486 31.031826 29.8
5 310 29.48397 76.081095 -122.02946 203.85839 47.814554 29.8
6 310 32.18897 71.827345 -89.744139 195.21129 136.68842 5
7 310 34.5 68.797825 -68.09227 207.97909 145.62853 5
8 310 36.935 65.65455 -45.891797 219.2191 153.49886 5
9 310 37.91 64.511615 -38.541752 225.37731 157.81089 5
10 310 40.83846 61.332665 -18.954244 246.80787 172.81673 5
11 310 43.47324 58.56598 -2.2479365 262.30577 183.66848 5
12 310 45.67478 56.510905 9.1943247 257.70814 174.01125 5
13 310 49.41 53.238255 27.030315 282.64758 178.98513 5
14 310 53.27 50.18365 42.756377 339.32383 207.65876 5
15 310 57.13 47.4298 55.530964 391.92017 235.54226 5
16 310 59.385 45.91692 62.055112 421.38767 251.60736 5
17 310 61.496665 44.635145 66.839835 430.32355 254.51404 5
18 310 65.07 42.585985 73.762007 437.99724 255.04025 5
19 310 68.643335 40.731225 78.777001 441.30383 253.84402 5
20 310 72.09 39.11202 81.9498 434.8733 247.1197 5
21 310 74.83 37.931775 83.423934 436.16828 246.99425 5
22 310 76.385 37.3056 83.830497 448.35438 255.24237 5
23 310 78.88 36.398305 83.529183 447.43115 254.8069 5
24 310 82.92 35.05136 81.845674 435.8213 247.8564 5
25 310 86.96 33.897065 78.269495 419.46761 238.90949 5
26 310 91 32.92839 72.875289 398.40975 227.94168 5
86
27 310 94.065 32.297675 66.809946 390.13018 226.39126 5
28 310 96.925 31.827815 58.268771 374.31654 221.29903 5
29 310 100.555 31.341645 46.345902 333.10262 200.78921 5
30 310 104.185 30.9937 33.070309 287.63478 178.24796 5
31 310 107.095 30.802765 21.563107 256.02057 164.16888 5
32 310 108.275 30.74852 16.669391 247.79221 161.83394 5
33 310 110.192 30.718145 8.1538365 227.79929 153.7974 5
34 310 112.782 30.69955 -3.5715911 199.48513 139.68099 5
35 310 115.3775 30.77886 -10.2632 168.09949 117.70453 5
36 310 119.0525 30.989585 -17.187564 119.70899 83.821139 5
37 310 122.22 31.275195 -24.175577 74.324297 52.042433 5
38 310 124.2726 31.51511 -29.241535 49.653185 34.767535 5
39 310 126.6126 31.86141 -35.729995 37.309238 8.7508029 29.8
40 310 130.025 32.458415 -48.101594 19.096483 4.4790397 29.8
41 310 131.88175 32.816795 -56.146914 7.1020327 1.6657667 29.8
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Anexo.4. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS
FINITOS.
- Anexo. 4.1. Modelización del talud en el MEF, geometría, materiales, mallado y
condiciones de contorno.
- Anexo. 4.2. Corrido del modelo con parámetros sísmicos
An
exo. 4
.1. M
od
elización
del talu
d e
n el M
EF, geom
etría, mate
riales, mallad
o y
con
dicio
nes d
e con
torn
o.
1
1
Critical SRF: 0.01
0.70
0.70
0.70
0.70
0.70
1.40
0.00
1.40
3.50
7.00
Material Name ColorInitial Element
LoadingUnit Weight
(MN/m3)ElasticType
Young'sModulus
(MPa)
Poisson'sRatio
FailureCriterion
MaterialType
TensileStrength(MPa)
DilationAngle(deg)
Friction Angle(peak) (deg)
Friction Angle(residual) (deg)
Cohesion(peak)(MPa)
Cohesion(residual)
(MPa)
PiezoLine
Hu
suelo coluvialField Stress and
Body Force0.018 Isotropic 35 0.3
MohrCoulomb
Plastic 0 0 13.2 0.001 0.0298 0.001 Staged 1
Deposito AluvialField Stress and
Body Force0.022 Isotropic 30 0.35
MohrCoulomb
Plastic 0 0 35 0.001 0.005 0.001 Staged 1
Roca fuertemente meteorizadaField Stress and
Body Force0.02656 Isotropic 749 0.4
MohrCoulomb
Plastic 0 0 30.33 0.001 0.18 0.001 Staged 1
0.13
0.07
Strength Factor
0.00
0.70
1.40
2.10
2.80
3.50
4.20
4.90
5.60
6.30
7.00
7.70
8.40
9.10
9.80
10.50
11.20
11.90
12.60
13.30
14.00
10
25
10
00
97
59
50
92
59
00
-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275
An
ex
o. 4
.2. C
orrid
o d
el m
ode
lo c
on p
ará
me
tros s
ísm
ico
s.
90
Anexo 5. Plano de tratamiento para el Talud Izquierdo de la Zanja de Tubería de la zona de
Casa de Maquinas.
91
