6 Unidad 2 Geologia Geotecnia

7/17/2019 6 Unidad 2 Geologia Geotecnia

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Ing. Teresa Velásquez Bejarano. Docente Principal de la UNALM

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINAFacultad de Ingeniería Agrícola

Departamento de Recursos Hídricos

CURSO DISEÑO DE ESTRUCTURAS IIUNIDAD 2.- Estudios Básicos.

2.3 GEOLOGIA y GEOTECNIA

PresaTicllacocha.Cuenca Alta del Rio

Cañete.

01/09/2013 Ing Teresa Velasquez Bejarano 1



Plano de delimitación de la cuenca de la Quebrada Santa Cruz y

alternativas

Eje de PresaVaso del

Reservorio

DescargaAguas Abajo

Estudios en la zonade canteras o

materiales

Estudios en el eje deBoquilla. Vaso y

descarga

Impactos dela zonainundada

BENEFICIADOSO

AFECTADOS

01/09/2013

Ing Teresa Velasquez Bejarano 2



TANCAN LAGUNACuenca alta del Rio

Pativilca

ESTRIBOS

CIMENTACION

VASO DELRESERVORIO

ZONA DE PRESAPROYECTADA

ESTRIBOS

DESCARGA

AGUAS ABAJO01/09/2013




PresaTicllacocha.Cuenca Alta del Rio Cañete.

ESPALDONES

Protección de taludesNUCLEO

CIMENTACIONESEstrato 2

CIMENTACIONESEstrato 1

ROCA01/09/2013




2.3.1 COMENTARIOS GENERALES

- Los planteamientos Preliminares identificadosutilizando las Cartas Geográficas ( Escala 1: 100,000

o 1: 25,000), Fotografías Aéreas, imágenessatelitales, son la base de los estudiosGEOLOGICOS E INVESTIGACIONES

GEOTECNICAS




2.3.2 RECONOCIMIENTO GEOLOGICO

.La GEOLOGIA es responsabilidad del Ing. Geólogo quien utilizara losplanos Topográficos y Geológicos, informes, publicaciones, Imágenes Aéreas para realizar un primer reconocimiento del Área del proyecto.

.Los requerimientos del Estudio GEOLOGICO para el proyecto de la Presason los siguientes:

Geología General de la zona de los eje de Presa. Condiciones Geológicas que puedan afectar la estabilidad

Condiciones Geológicas que afecten el movimiento del nivel freático.

Condiciones del nivel freático

Carácter general de corrientes Fluviales, pendiente y taludes del Valle,materiales del lecho.

Disponibilidad de materiales adecuados para la construcción.




2.3.3 INVESTIGACIONES GEOLOGICAS

. Los métodos de Investigación de cimentaciones geológicas desuperficie son los que proporcionan mayor información y almenor costo.

. Es el primer paso de todo estudio geológico

. Posteriormente continúan otros especialistas: Geofísicos,sismólogo, expertos en mecánica de suelos y de rocas.

. Luego de los estudios mencionados procede la interpretación delos resultados.

. También será necesario llevar a cabo los estudios geológicos

localizados como el sitio de Presa, área del vaso del reservorio,áreas aguas debajo de la presa.

.




• Proporcionan datos Básicos para los investigadores de:ESTUDIO DE CIMENTACIONESSELECCIÓN DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION

COSTOS UNITARIOS DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIONEVALUACION DE FLUJOS SUBTERRANEOSEVALUACION DEL RECURSO SUELOINVESTIGACIONES ECOLOGICAS

2.3.3.a. Que importancia tienen los estudiosGeológicos?




TERMINOLOGIA

1. Estatigrafia.- Formacion de Rocas y descripcion de lasmismas.

2. Estructura Geologica.- Describe la forma y orientacionde las estructuras geologicas (rumbo y buzamiento)

3. La historia geologica describe caracteristicas comoresistencia del material, conductividad hidraulica, periodos

y epocas

2.3.3.b. Algunos términos usados en Geologia




Fuente:Helweg




Con las divisiones de tiempo la rocas se clasifican en Consolidadas yno consolidadas, estas ultimas son los suelos.

Las rocas consolidadas se clasifican como SEDIMENTARIAS, IGNEASY METAMORFICAS, lo que depende si fueron formadas por

sedimentos comprimidos (calizas) o formadas del núcleo de la tierra(granito) o formadas por procesos que las cambio en algo diferente(mármol).

Los depósitos no consolidados se clasifican según el proceso dedeposición (agua, glaciares, viento, descomposición)

Los depósitos no consolidados forman acuíferos importantes.

2.3.3.b. Algunos términos usados en Geología




Los datos que interesan al planificador son:

.Resistencia de la roca y suelos para plantear estructurasque requieran una buena cimentacion

.Caracteristicas de la roca y suelo para ubicar y proyectarvolumenes de materiales de construccion destinados a lapresas, Bocatomas, otras obras hidraulicas

.Caracteristicas de los acuiferos presentes.

2.3.3.c. Que datos nos interesan de laGeologia?




Caso de la Laguna Arhuaycocha




BOQUILLA DE LA LAGUNA ARHUAYCOCHA




Cola con frontis del Nevado en la Laguna ARHUAYCOCHA




Material de la Morrena frontal de Laguna ARHUAYCOCHA




LITOLOGIA




GEOMORFOLOGIA




GEODINAMICA




GEOLOGIA LOCAL DE ARHUAYCOCHA




GEOLOGIA LOCAL DE ARHUAYCOCHA




2.3.4 INVESTIGACIONES GEOFISICA

. Son Investigaciones de rápida ejecución y relativo bajo costo cuando setrata de áreas pequeñas.

. Los parámetros geotécnicos posibles de obtener por correlación apartir de las investigaciones geofísicas, necesitan ser calibrados consondeos o c alicatas ejecutadas para este fin.

. Existen varios métodos geofísicos que se aplican según sea el caso: Perfiles de resistividad geoelectrica (permiten definir el tipo de suelo

atravesando con la onda, el nivel freático, fallas, cavernas, canales defiltración de agua, porosidad y permeabilidad de los suelos)

Velocidad de onda del método de refracción sísmica (detectan la

profundidad de alteracion de la roca, localización y orientación de fallaso canales de filtración)

Metodos gravimétricos que son utiles para detectar vacios en la rocacomo las cavidades carsticas en calizas rellenas de arcillas o agua.




2.3.5 INVESTIGACIONES DEL SUBSUELO. Se realizan en profundidad, recurriendo a sondeos mecanicos o

calicatas excavadas.

. Los sondeos pueden ser realizados en material suelto o en roca.

. En los dos tipos de suelos y roca los sondeos permiten:

Estraccion de Testigos de rocas o muestras alteradas o inalteradas desuelos, para ensayos de laboratorio y su clasificacion.

Insertar implementos especiales para la observacion directa del subsuelo (camaras, video camaras, diversos instrumentos que permitanpor ejemplo, la identificacion de los suelos, o la orientacion de lasdiscontinuidades)

Insertar implementos para la investigacion indirecta del sub suelo comosondeos de calibracion geofisica.

Ensayos in situ de permeabilidad (Lugeon en roca y Lefranc o debombeo en suelos)

Determinacion de la deformabilidad y la absorcion de la lechada enroca, deformabilidad y resistencia a corte en suelo.

Determinacion del nivel freatico




2.3.5.a. EVALUACIONES GEOTECNICAS

AREA DE IMPLANTACIÓN DE LA PRESA

A) Terreno Superficial en la Zona de Cimentación

Mediante calicatas para exploración visual, toma de muestras y ensayos“in situ” B) Terreno Profundo y Basamento Rocoso

Mediante perforaciones a percusión o rotativas para toma de muestrascontinuas y ensayos especiales (SPT, permeabilidad, etc)




2.3.5.a. EVALUACIONES GEOTECNICAS

ÁREAS DE PRÉSTAMO Y CANTERAS DE ROCA

A) Áreas de Préstamo

De material impermeable (calicatas regularmente distribuídas) De materiales permeables para rellenos, filtros o agregados p. concreto

B) Canteras de Roca

Mediante voladuras (para protección de taludes exteriores de la Presa)




ENSAYO DE PERMEABILIDAD EN ROCAPOR EL MÉTODO LUGEON (tanto en

retroceso como al avance)

ENSAYO DE PERMEABILIDAD EN SUELO POREL MÉTODO LEFRANC CARGA CONSTANTE

El método Lefranc se utiliza cuando el tramo de prueba

se encuentra bajo el Nivel Freatico, caso contrario sedebe usar el método Nasberg

2.3.5.b. Perforaciones diamantina









2.3.5.d.RESULTADOS REQUERIDOS PARA ELDISEÑO DE LA PRESA

. Resultados Granulométricos

. Indice de Plasticidad

. Limite Liquido

. Limite Plastico

. Densidad Seca

. Densidad Saturada

. Cohesion efectiva

. Cohesion Total.

. Angulo de friccion efectivos. Angulo de Friccion Totales




2.3.6 TIPOS DE CIMENTACION

La cimentación de la presa comprende el lecho del cauce así como los

estribos. La cimentación debe proporcionar apoyo estable para elcuerpo de la presa en condiciones de saturación y diferentes cargasactuantes (Peso de la presa, empuje del agua almacenada, componentehorizontal del sismo, etc.); así como tener una elevada resistencia a lafiltración para evitar una pérdida excesiva de agua.

Las cimentaciones se pueden clasificar en 3 tipos:

b.1 Cimentación de roca.b.2 Cimentaciones grava y arena.b.3 Cimentaciones de limo y arcilla.

Existe un cuarto tipo representados por los depósitos fluvioglaciares,fluvioaluviales, coluviales, aluviales. Compuestos por lentesinterestratificados o estratos irregularmente estratificados compuestospor capas de arena, arcilla, arena fina, gravas de extensión y espesorvariables.




2.3.7 TRATAMIENTO DE LA CIMENTACION

• El tratamiento mínimo para cualquier cimentación consiste enla limpieza del área de cimentación de la capa superficialorgánica y otros materiales inadecuados y si la capasuperficial es relativamente delgada, se limpia hasta la rocafija.

• Cuando no se emplee un dentellón, siempre debe proyectarseuna zanja para unir la zona impermeable del cuerpo de la

presa a la cimentación. El ancho mínimo es de 6.0 m.




2.3.7 TRATAMIENTO DE LA CIMENTACION




2.3.8 CIMENTACION EN ROCA

. El principal problema que afecta las cimentaciones de roca, son las filtracionesque ocurren a través del sistema de grietas, diaclasas, planos de estratificación yplanos de fallas.

. Las medidas correctivas que se adoptan para disminuir el flujo de agua a travésde la cimentación son:

Construcción de un colchón impermeable aguas arriba del pie de presa.

Pantalla de inyecciones de una sola línea.

Las inyecciones por su costo deben aplicarse para casos específicoscuando se tengan altas filtraciones y no se pueda construir un colchón oblanket impermeable.




A. Problemas en cimentaciones de grava y arena

• Pérdidas significantes de agua a través de la cimentación.

• Fenómenos de tubificación.

• Fenómenos de Licuación de arenas limpias saturadas(generalmente finas y uniformes) con una densidad relativamenor de 50%, determinada por ensayos SPT.

2.3.9. a PROBLEMAS EN LA CIMENTACION

EN GRAVA Y ARENA




2.3.9.a PROBLEMAS EN LA CIMENTACIONEN GRAVA Y ARENA

B. Magnitud de las filtracionessubterráneas

La magnitud de las filtraciones subterráneas seestima aplicando la fórmula de Darcy.

Q = K i A

Donde:

Q=Volumen en m3 /seg y por metro de presa.

K=Coeficiente de permeabilidad obtenido con

ensayos de campo, m/seg.

i =Gradiente hidráulico = h / L ; h es la carga

hidráulica del reservorio; l es la trayectoria del flujo.

A=Area bruta de la cimentación a través de la cual

ocurre el flujo.

I = h / L ; A = Z x 1 = Z ( m 2 )

Q = K h Z / L m3 / seg / m.

h

Caudal defiltracion

AreaTransversal al

flujo A= Z x 1

Trayectoria delflujo





C. Fuerza de Filtración

. La fuerza de subpresionaumenta el peso sumergido WS.

. A mayor fuerza de mayor por

incremento de la velocidad delflujo.

. La fuerza de filtración tiende alevantar el suelo. Si la Fuerza desubpresion es mayor que el peso

del suelo entonces la erosiónprogresaría hacia atrás a lo largode la línea de flujo, permitiendo lasalida del agua almacenada y lafalla de la presa, produciendo elfenómeno de tubificación.





C. Tubificacion

Existen dos tipos de falla por tubificación:

En la primera, la falla ocurre por un levantamiento repentino de la

cimentación en el pie aguas abajo de la presa y generalmente ocurren enla primera vez que se llena el vaso.

En la segunda, la falla ocurre por un proceso lento y acumulativo deerosión subterránea, después que la presa ha estado en servicio untiempo.

Como es difícil determinar cuando una tubificación va a producir falla, serecomienda proyectar la estructura para que no se produzca latubificación.


2 3 9 b TRATAMIENTO EN LA CIMENTACION



2.3.9.b. TRATAMIENTO EN LA CIMENTACIONEN GRAVA Y ARENA

El tratamiento de las cimentaciones permeables se realizamediante:

Dentellones de arcilla

Cuando la profundidad del basamento rocoso sea de pocosmetros, es recomendable detener las filtraciones de lacimentación permeable por medio de un dentellón que lleguehasta el basamento rocoso u otro material impermeable.Los dentellones deben localizarse a una distancia de la línea

central de la presa, asegurando que la resistencia del materialimpermeable correspondiente al núcleo de la presa, sea cuandomenos igual a la resistencia ofrecida por el dentellón.

El ancho de la zanja del dentellón está dado por la fórmula:

B = H – Z

Donde:

B= Ancho del fondo de la zanja del dentellónH=Carga hidráulica del reservorioZ=Profundidad de la zanja del Dentellón bajo lasuperficie del terreno.





…sigue Dentel lon d e Arci l la

• El ancho mínimo B es 5 m. para permitir la operación del equipomecánico.

• En el caso que los dentellones no alcancen el material impermeable porrazones económicas, se pueden construir dentellones de arcilla parciales,pero deben tenerse en cuenta lo siguiente:

• Un dentellón que se profundice el 50 % de la profundidad del estratopermeable, solamente reducirá el 25% de las filtraciones. Para reducir el50% del volumen de filtraciones es necesario profundizar hasta el 80% dela profundidad del estrato permeable.

• Un dentellón parcial puede ser efectivo estratos superficiales permeablesde una cimentación interestratificada.


2 3 9 b TRATAMIENTO EN LA CIMENTACION




•Blanket de material impermeable

.Es una capa construída como una prolongación de la zona impermeable de la presa, haciael lado aguas arriba. El blanket o colchón se usa cuando el espesor del material permeablehace antieconómico llevar el dentellón hasta la roca o material impermeable.. Se emplean también combinados con dentellones parciales..Son efectivos para disminuir el volumen de las filtraciones, pero no se puede confiar que

reducirán completamente las fuerzas de filtración y evitar las fallas por tubificación..El espesor del blanket se puede considerar el 10% de la carga hidráulica sobre este, conun espesor mínimo de 1.00 m..La longitud será calculada considerando el porcentaje de disminución de pérdidas defiltración que se desea obtener. La mejor manera de calcular la longitud de un blanket serápor tanteos, trazando redes de flujo con diferentes longitudes y determinando la extensióndel blanket que permita obtener la filtración deseada.

. También, la longitud del Blanket se obtiene aplicando la fórmula de Dachler y Cambefort.

D

B B KoH

Qo1

88.0

1

Donde : Q o=Gasto de filtración m3 /seg Ko=Permeabiliad m/seg. (depósito permeable) H=Carga agua embalse, m. B=Ancho de la presa, m. B1=Longitud del colchón impermeable, m. D=Espesor del depósito permeable, m.




Filtros y Blanket de drenaje:

. Se colocan aguas arriba de la cimentación permeable con el objeto de permitirla descarga de las filtraciones y controlar la ocurrencia de fallas por tubificación.

. Se incluyen Blanket horizontal de drenaje en los siguientes casos:

Cimentaciones permeables relativamente homogéneas que no tienendentellones efectivos de arcilla.

Cimentaciones permeables cubiertas por capas delgadas impermeables.





Drenes de talón y zanjas de drenaje Tienen la función de recoger y evacuar el agua de filtración captada por el blanketpermeable a través de un tubo de descarga exterior. Los drenes son tubos de 6”

de diámetro mínimo.

Pozos de drenaje

Se emplean cuando el espesor de la capa impermeable sobre suelos areno-gravosos es menor que la carga h del reservorio.

Para evitar la ocurrencia de fenómenos de erosión interna se recomienda que laprofundidad de los pozos debe ser igual a la carga hidráulica del reservorio.

Si el estrato impermeable es igual o mayor que la carga hidráulica del reservorio,no necesita tratamiento de la cimentación para evitar la tubificación.

Si el estrato impermeable es menor que la carga hidráulica del reservorio yademás es muy grueso para proyectar zanjas de drenaje, o la cimentación

permeable está estratificada, entonces es necesario instalar pozos de drenaje.





2.3.10. TRATAMIENTO EN LA CIMENTACIONEN LIMO Y ARCILLA

La solución más práctica para las cimentaciones de limo y arcilla saturadas es diseñar presas contaludes más inclinados, con el propósito de aumentar la superficie de deslizamiento, y disminuir losesfuerzos cortantes que actúan en ella, para incrementar el factor de seguridad contra deslizamiento.

Materiales Teniendo en cuenta los materiales disponibles, el proyectista debe estudiar varias secciones de presasconsiderando la inclusión de los suelos que podrían explotarse para la construcción.

El diseño de la estructura así como el análisis de los costos para cada caso, permitirá seleccionar laalternativa económica.

Por ejemplo, si se tienen dos tipos de materiales para conformar la estructura de la presa: una arenaarcillosa y un limo de baja plasticidad; el ingeniero proyectará una sección homogénea con la arenaarcillosa, considerando un filtro en el pie del talud aguas abajo, lo cual debe dar a la estructura una

aceptable estabilidad, si se asume que la cimentación es una roca sana poco agrietada.

De otro lado el proyecto de la presa considerando el limo de baja plasticidad debe tener un filtro verticalunido a otro en la base, dado que este material es susceptible a la tubificación.




2.3.11.RESUMEN DE LOS TIPOS DECIMENTACION Y SOLUCIONES


2 3 11 RESUMEN DE LOS TIPOS DE



2.3.11.RESUMEN DE LOS TIPOS DECIMENTACION Y SOLUCIONES


PRESA DE ENROCADO CON NÚCLEO IMPERMEABLE DE ARCILLA



PRESA DE ENROCADO CON NÚCLEO IMPERMEABLE DE ARCILLA

AtaguíaMI

Fuente: Marsal


B) PRESAS DE TIERRA



Tipo Homogénea

)

Fuente: Marsal




de inspección y drenaje

o coronamiento

del coronamiento

Tierra Compactada (semipermeable)

mínimo

Presa desde su cimentación

más Rip Rap

más grama

Tipo Zonificada

Núcleo

o filtros gruesos o dren

finos

NAMO: Nivel Máximo Ordinario; NAME: Nivel Máximo Extraordinario; NAMI: Nivel Aguas Mínimas

Z = Altura máxima de la presa desde el cauce

del ríoh = Altura máxima de agua en el reservorio




GRACIAS POR SU ATENCION

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