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I
S.E.M.R.
JORNADA TÉCNICA 2013 CIMENTACIONES DE PRESAS DE FÁBRICA EN
MEDIOS ROCOSOS
EFECTOS DEBIDOS AL DRENAJE EN CIMIENTOS DE PRESAS DE FÁBRICA CONSECUENCIA DE
EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS
Dr. Roger Bremen Dr.Giovanni Lombardi.
Lombardi Engineering Ltd.
19/04/2013
1
Efectos debidos al drenaje en cimientos de presas de fábrica consecuencia de excavaciones subterráneas
Dr. R. Bremen / Dr G. Lombardi
Madrid,17 de Abril de 2013
2 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Índice
1. Antecedentes
2. Túnel de base de San Gotardo
3. Presas afectadas
4. Fenómenos básicos
5. Cálculos / Análisis (FES)
6. Situaciones particulares
7. Conclusiones generales
19/04/2013
2
3 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Altura : 156 m
L.Coronación : 256 m
Embalse : 51 mio.m³
Año de constr : 1957
1. Antecedentes Presa de Zeuzier. Primer caso conocido de presa afectada en forma substancial por deformaciones del macizo causadas por la excavación de un túnel (1978/79).
4 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
1. Antecedentes Presa de arco de Zeuzier – Deformaciones permanentes
19/04/2013
3
5 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Presa de Zeuzier
Tunel de investigación
1. Antecedentes Presa de arco de Zeuzier – Corte geologico
6 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
1. Antecedentes Presa de arco de Zeuzier – Infiltraciones y deformaciones
19/04/2013
4
7 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
1. Antecedentes Túnel de autopista del San Gottardo (17 km) Asentamientos superficiales después de la construcción del túnel.
8 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2.Túnel de base de San Gotardo Posibles interferencias con las presas existentes en la zona
todas las presas son presas bóveda
Altura Presa
Presas Túnel Alp Transit
pozo de investigación Piora
Lötschberg Gotardo
19/04/2013
5
9 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Leyenda: Eje GBT Nivelación: en superficie subterráneo
2. Túnel de base de San Gotardo Red geodésica en superficie y subterranea
10 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Ubicación de los puntos de nivelación,
puntos taquimetría y estaciones de GPS
2. Túnel de base de San Gotardo Desplazamiento vertical absoluto a lo largo del túnel
19/04/2013
6
11 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2. Túnel de base de San Gotardo Evolución de la curva de asentamiento - Nivelación
12 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2. Túnel de base de San Gotardo Evolución de la curva de asentamiento - Nivelación
19/04/2013
7
13 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2. Túnel de base de San Gotardo Evolución de la curva de asentamiento - Nivelación
14 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2. Túnel de base de San Gotardo Evolución de la curva de asentamiento - Nivelación
19/04/2013
8
15 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2.Túnel de base de San Gotardo Evolución de la curva de asentamiento - Nivelación
16 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2.Túnel de base de San Gotardo Evolución de la curva de asentamiento - Nivelación
19/04/2013
9
17 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2. Túnel de base de San Gotardo Evolución de la curva de asentamiento - Nivelación
18 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2. Túnel de base de San Gotardo Evolución de la curva de asentamiento - Nivelación
19/04/2013
10
19 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2. Túnel de base de San Gotardo Asentamientos absolutos a lo largo del túnel
Altu
ra s
obre
el n
ivel
del
mar
[m s
.n.m
.]
coordinar [m]
Dife
renc
ia e
ntre
los
desp
laza
mie
ntos
ver
tical
es d
esde
200
2 [m
m ]
20 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2. Túnel de base de San Gotardo Asientamientos verticales Presa Nalps hasta 2011
Altu
ra s
obre
el n
ivel
del
mar
[m s
.n.m
.]
coordinar Y [m]
Dife
renc
ia e
ntre
los
desp
laza
mie
ntos
ver
tical
es d
esde
200
2 [m
m ]
Este Oeste
19/04/2013
11
21 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2.Túnel de base de San Gotardo Sección de la presa Nalps – Vuelco hacia el oriente
mínimo
2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Vert
ikal
bew
egun
gim
Verg
leic
hzu
2002
[mm
]
20
16
20
05
01
07
20
15
10
11
10
3
34
.6
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
2750
3000
Höh
eüb
erM
eer[
m]
703000 702500 702000 701500 701000 700500Koordinate [m]
Ost West
GBT 450 m tiefer
2009
2010
2010
Auswahl NivellementdatenStollen Sta. Maria-Nalps, Curnera-Nalps & Mauerfuss
2005
2006
2007
2008
Nicht in Auswertungeinbezogene Datenmit Bezeichnung
Ausgleichskurve
2016
Lokale Minima
Krone
Fuss
Stollen Sta. Maria - Nalps Stollen Curnera - Nalps
Altu
ra s
obre
el n
ivel
del
mar
[m s
.n.m
.]
mov
imie
ntos
ver
tical
es e
n co
mpa
raci
ón c
on 2
002
[mm
]
coordinar [m]
Dife
renc
ia e
ntre
los
desp
laza
mie
ntos
ver
tical
es d
esde
200
2 [m
m ] Oeste Este
PPT 1 22 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
Diferencias transversales
cierre -2-4 mm
2. Presas afectadas – Nalps Levantamiento superficial - Taquimetría
D
ifere
ncia
s tra
sver
sale
s [m
m]
19/04/2013
12
PPT 1 23 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
Diferencias en altitud
2006 – 2014 Δh = 6 mm
2. Presas afectadas – Nalps Levantamiento superficial - Taquimetría
Dife
renc
ias
en a
ltitu
d [m
m]
PPT 1 24 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
Diferencias transversales
2. Presas afectadas – Sta. Maria Levantamiento superficial - Taquimetría
Dife
renc
ias
trasv
ersa
les
[mm
]
19/04/2013
13
PPT 1 25 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
Diferencias en altitud
2. Presas afectadas – Sta. Maria Levantamiento superficial - Taquimetría
Dife
renc
ias
en a
ltitu
d [m
m]
26 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Presa
Extensión máxima (horizontal)
[mm]
Compresión máxima (horizontal)
[mm]
Deslizamiento (horizontal)
[mm] Nalps 10 50 20
Sta. Maria 15 35 16 Curnera 20 70 64
2. Presas afectadas Limites de los desplazamientos elásticos en la coronación
derecha
izquierda
Aguas arriba
punto de rotación
Aguas abajo
19/04/2013
14
27 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
ES:
3. Fenómenos básicos Influencia de una galería sobre un acuífero en un macizo rocoso
28 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
QTotale = f (K, P, p)
3. Fenómenos básicos Influencia de la excavación de una galería sobre el nivel freático
19/04/2013
15
29 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
RQdttV
t
t
N
2
1 0
)(Q = caudal en entrada en la galería
R = Recarga en la zona del modelo
Q
R
R
Löw, 1999
3. Fenómenos básicos Drenaje neto de las aguas en los poros
30 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
4. Cálculos / Análisis (FES) Modelo básico simplificado
asentamiento
Nivel freatico libre Nivel freatico fijo
túnel de base ( 500 m s.n.m)
19/04/2013
16
31 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
A – Distribución hidrostática
B – Distribución sin bajar el nivel freático
C – Distribución bajando el nivel freático
4. Cálculos / Análisis (FES) Distribución hidrostática
túnel de base ( 500 m s.n.m)
32 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
3. Fenómenos básicos Asentamiento característico debido al drenaje de un macizo rocoso
19/04/2013
17
33 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Qinicial = f (K, Pinicial)
Qfinal = f (K, N)
DT = ? Infiltración total
3. Fenómenos básicos Infiltraciones debidas a la excavación en una zona permeable
34 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Relación tensión-deformación de un macizo fisurado según el modelo FES
4. Cálculos / Análisis (FES) (Fractured-Elastic-Saturated Model)
19/04/2013
18
35 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
4. Cálculos / Análisis (FES) Modelación del macizo rocoso según FES
36 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
tens
ión
[MP
a]
deformación [o/oo] 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
0
50
25
75
100
125
150
trasversal
longitudinal
vertical
4. Cálculos / Análisis (FES) Relación tensión-deformación en las tres direcciones cardinales
19/04/2013
19
37 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
perm
eabi
lidad
[m
/s]
Tensión efectiva [MPa]
trasversal
longitudinal
vertical
1.E-11
1.E-10
1.E-09
1.E-08
1.E-07
1.E-06
0 10 20 30 40 50 60
4. Cálculos / Análisis (FES) Influencia de las tensiones sobre la permeabilidad del macizo rocoso en las tres direcciones cardinales
38 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
4. Cálculos / Análisis (FES) Modelo geométrico de las presas Nalps y Curnera
19/04/2013
20
39 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Embalse Nalps 1’908 m s.n.m.
Embalse Curnera 1’958 m s.n.m.
12‘144 elementos 13‘892 nodos
[m s.n.m.]
4. Cálculos / Análisis (FES) Modelo geométrico de las presas Nalps y Curnera
PPT 1 40 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
4. Cálculos / Análisis (FES) Modelo geométrico de la presa Sta. Maria
19/04/2013
21
41 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
4. Cálculos / Análisis (FES) Asentamientos verticales durante la excavación en la discontinuidad 40b
Discontinuidad 40b
Macizo de Gotardo
túnel de base
embalse de Nalps
Presa Nalps
escala
1908 [m s.n.m.]
PPT 1 42 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
desplazamiento
oeste desplazam
iento este
Sta. Maria (apertura +16 mm)
[mm]
4. Cálculos / Análisis (FES) Deformaciones horizontales – Situación final
19/04/2013
22
PPT 1 43 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
Sta. Maria
W E
GBT
4. Cálculos / Análisis (FES) Deformaciones horizontales – Situación final
[mm]
desplazamiento
oeste desplazam
iento este
PPT 1 44 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
Asentam
ientos
Sta. Maria (Asentamientos Oeste: -14 mm & Este -9 mm )
[mm]
4. Cálculos / Análisis (FES) Deformaciones verticales – Situación final
Hincham
iento
19/04/2013
23
PPT 1 45 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
Sta. Maria
W E
GBT
[mm]
4. Cálculos / Análisis (FES) Deformaciones verticales – Situación final
Asentam
ientos H
inchamiento
PPT 1 46 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
Comportamiento previo vs. previsión según el modelo FES: asentamientos
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
694'000 696'000 698'000 700'000 702'000 704'000 706'000 708'000 710'000
Ase
ntam
ient
os
2009201020112012Modell 2013
GBT Presa Nalps
4. Cálculos / Análisis (FES) Comportamiento a largo plazo – presa Nalps
[mm
]
Modelo
19/04/2013
24
47 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Nalps nord
0 200 400 600 m
123.910 223.713
5. Inyecciones Falla N° 44 - Situación al momento de la infiltración del agua (13 septiembre 2006)
48 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
5. Inyecciones Infiltración de agua (13 de septiembre del 2006)
19/04/2013
25
49 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
5. Falla N° 44 Infiltración de agua (13 de septiembre del 2006)
Evolución de la distancia entre los estribos de la presa a nivel de la coronación
50 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
5. Inyecciones Infiltración de agua (13 de septiembre del 2006)
Evolución de la distancia entre los estribos filtrada de los efectos reversibles
19/04/2013
26
51 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
5. Inyecciones Diseño de las medidas y ejecución – Zona perturbada 44 – Levantamiento geológico
eje del túnel
52 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
5. Inyecciones Diseño de las medidas y ejecución - Impermeabilización de la zona perturbada 44 – Phase 1
sección transversal reforzada con serchas metalicas
19/04/2013
27
53 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
5. Inyecciones Diseño de las medidas y ejecución - Impermeabilización de la zona perturbada 44 – Phase 2
inyecciones de impermeabilización e contactos
54 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
5. Inyecciones Diseño de las medidas y ejecución - Impermeabilización de la zona perturbada 44 – Phase 3
inyecciones de impermeabilización e contactos
pantalla inyecciones
pantalla inyecciones
19/04/2013
28
55 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
5. Inyecciones Después del cierre de las perforaciones para drenajes (Situación 02/07)
56 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
• En un macizo rocoso como para un suelo el drenaje conlleva
deformaciones superficiales. (Generalización de Terzaghi)
• El fenómeno puede ser de amplitudes significativas para túneles
profundos (cobertura > 500-600 m)
• La entidad de las deformaciones depende en forma substancial de
la cantidad de agua contenida en el macizo.
6. Conclusiones generales
19/04/2013
29
57 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
• En la análisis del comportamiento deformativo de un macizo
rocoso en grande escala, el aporte de la fracturación es
determinante. El modelo FES intenta una simulación de dichos
fenómenos.
• La calibración de los parámetros determinantes (permeabilidad,
porosidad y recarga de la falda) son particularmente difíciles.
6. Conclusiones generales
58 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Gracias por su atención
6. Conclusiones generales
19/04/2013
30
59 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Altu
ra s
obre
el n
ivel
del
mar
[m s
.n.m
.]
Dife
renc
ia e
ntre
los
desp
laza
mie
ntos
ver
tical
es d
esde
200
2 [m
m ]
coordinar [m]
1.Situación: Túnel de base de San Gotardo Diferencia entre los desplazamientos verticales 2010-2011
60 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
1.Situación: Túnel de base de San Gotardo Desplazamientos verticales Presa Nalps Sur hasta 2011
Eje GBT
Altu
ra s
obre
el n
ivel
del
mar
[m s
.n.m
.]
coordinar Y [m]
Dife
renc
ia e
ntre
los
desp
laza
mie
ntos
ver
tical
es d
esde
200
2 [m
m ]
ENE OSO Nivelación Puntos taquimetría GPS
19/04/2013
31
PPT 1 61 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
Nivelación de la presa Año Oeste [mm]
Este [mm]
ΔOeste-Este [mm]
2010 8 2 6
2011 13 10 3
2012 15 9 6
2. Presas afectadas – Sta. Maria Levantamiento superficial - Nivelación
PPT 1 62 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
Nivelación de la presa Año Oeste [mm]
Este [mm]
ΔOeste-Este [mm]
2010 35 41 - 6
2011 39 44 - 5
2012 43 47 - 4
2. Presas afectadas – Nalps Levantamiento superficial - Nivelación
19/04/2013
32
63 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Zangerl 2003 Zona de falla
3. Fenómenos básicos Mecanismo de deformación
túnel
fracturas
matriz rocosa
(roca intacta)
PPT 1 64 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013
Secciones de cálculo VT Val Termine SL Sta. Maria lago SB Presa Sta. Maria NS Nalps South elementos: 23‘564 nodos : 26‘598
4. Cálculos / Análisis (FES) Modelo geométrico de la presa Sta. Maria
19/04/2013
33
65 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
4. Cálculos / Análisis (FES) Ejemplos de asentamientos verticales cerca de la presa Nalps
lago de Nalps
túnel de base
[m s
.n.m
.]
66 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1
Parámetros preliminares: Filtración neta de poros, ΔVN Coeficiente de Biot por las Fracturas y la Matriz, αf,M
Parámetros secundarios: Variación de la presión entre los poros (extensión, magnitud) Rigidez de la fractura & Resistencia de corte Porosidad de las fracturas y de la matriz Rigidez de la matriz y coeficiente de Poisson
Parámetros terciarios: Transmissividad de las zonas de falla Absorpción especifica del macizo y caudal especifico Recarga de la napa freática & Otras condiciones de borde
5. Inyecciones Parameters Controlling Surface Deformations