presa poechos

DISEO SISMICO DE PRESASDE TIERRA Y ENROCADO

Jorge E. Alva HurtadoJorge E. Alva Hurtado

Miguel Infantes QuijanoMiguel Infantes Quijano

CURSO:CURSO:ACTUALIZACION PROFESIONALACTUALIZACION PROFESIONAL

DINAMICA DE SUELOSDINAMICA DE SUELOS

CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACION SISMICACENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACION SISMICAY MITIGACION DE DESASTRESY MITIGACION DE DESASTRES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA, LIMA, PERUUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA, LIMA, PERU

INTRODUCCION

COMPORTAMIENTO DE PRESAS DURANTE SISMOS

ANALISIS PSEUDO-ESTATICO

METODO SIMPLIFICADO DE DEFORMACIONES INDUCIDAS

ANALISIS DE ESTABILIDAD DINAMICO

CASO ESTUDIADO

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONTENIDOCONTENIDO

Se ha alcanzado un notable progreso en el entendimiento delcomportamiento de las presas de tierra y enrocado sometidas a laaccin ssmica.

- Mtodos analticos para calcular la respuesta dinmica de presas.

- Ensayos dinmicos para determinar las propiedades del suelo bajocarga ssmica.

- Mtodos de diseo para evaluar la estabilidad ssmica y el potencialde deformacin debido a sismos

INTRODUCCION

COMPORTAMIENTO DE PRESAS DURANTE SISMOS

1) Cualquier presa bien construida puede soportar sismosmoderados, con aceleraciones mximas de 0.2 g, sin daos.

2) Presas de material arcilloso con cimentacin arcillosa o rocosapueden soportar sismos fuertes con magnitudes Richter de 8.25 yaceleraciones mximas de 0.35 a 0.8 g, sin daos aparentes.

3) Presas de enrocado con pantalla de concreto se mantienen secasy son capaces de soportar sismos extremadamente fuertes, consolamente pequeas deformaciones.

4) El diseo ssmico debe concentrarse en las presas que puedensufrir daos por sismos severos o tienen cuerpos granularessaturados que pueden perder resistencia durante sismos,ocasionando movimientos.

5) El anlisis dinmico se emplea en presas de material granular,saturado y suelto a medianamente denso, sometidas a sismofuerte o sobre cimentacin del mismo tipo. En estos casos seincrementa la presin de poros durante el sismo, generndoseprdida de resistencia. El mtodo pseudo-esttico no es aplicable.

ANALISIS PSEUDO-ESTATICO

- Se utiliza el mtodo de equilibrio lmite para el anlisis deestabilidad de taludes, adicionando un coeficiente ssmico.

- El coeficiente lateral ssmico es semiemprico, que depende de lasismicidad del pas.

- Ruesta, Daz y Alva (1988) han propuesto valores del coeficientelateral ssmico para presas de tierra y enrocado en el Per. Losvalores propuestos son consistentes con las presas de tierra yenrocado diseadas y construidas en el Per y el mundo.

- El anlisis de estabilidad pseudo-esttico sirve adems paradeterminar la aceleracin de fluencia ky que se emplea en elmtodo simplificado de deformaciones inducidas.

- En una presa de tierra el anlisis de estabilidad de taludes serealiza tpicamente para alcanzar los siguientes factores deseguridad.

1) Final de construccin + sismo FS > 1.02) Infiltracin constante + sismo FS > 1.253) Desembalse rpido + sismo FS > 1.0

DISEO SISMICO DE PRESAS DE TIERRA Y ENROCADO EN EL PERU (Ruesta, Daz y Alva, 1988)

PRESA

POECHOS

TINAJONES

GALLITOCIEGO

PISHCAPACCHA

RECRETA

YURACMAYO

ANCASCOCHA

IRURO

CONDOROMA

AGUADABLANCA

CHIHUANE

PASTOGRANDE

JARUMA

PAUCARANI

TIPO DepartementoUBICACION

LatitudLongit.

EMBALSEUTIL106xM3

COTACORONAC.

M.S.N.M.

ALTURAMAX(M)

SECCION MAXIMATALUD PROMEDIOAguasArriba Abajo

AguasDIMENSIONES (m)

Corona Base Long.Crest.

METODODE

ANALISIS

COEF.

SISMICO

AO

EST.

TierraZonificada

TierraZonificada

TierraZonificada

TierraZonificada

TierraZonificada

TierraZonificada

TierraZonificada

TierraZonificada

TierraZonificada

TierraZonificada

TierraZonificada

TierraZonificada

Enrocadopantalla de

acero

Enrocadopantalla deconcreto

Piura

Lambayeque

Cajamarca

Ancash

Ancash

Lima

Ayacucho

Ayacucho

Arequipa

Arequipa

Puno

Moquegua

Tacna

Tacna

4 40

8 30

6 40

79 25

7 14

79 15

10 00

77 1010 10

77 20

11 45

76 15

14 55

73 5014 30

74 15

15 25

71 20

16 15

71 20

16 10

69 50

16 40

70 3517 2269 5717 40

69 505

9

145

237

43

200

59

65

44

267

45

400

300

830 108

216

412

4157

4021

4318

3430

4065

4121

3671

3880

4525

4498

4543 24

22

10

25

45

92

49

40

53

48

50

102

37

48 1:2.25

1:3.0

1:2.35

1:1.8

1:3.5

1:2.5

1:2.5

1:1.5

1:2.5

1:1.7

1:2

1:2.3

1:2.5

1:2 1:2

1:2

1:2

1:1.7

1:1.75

1:2.25

1:1.5

1:2

1:2

1:3

1:1.75

1:2.25

1:2.5

1:2.25 8

9

15

8

12

8

10

9

12

5

8

3.5

8

8

240

250

527

220

280

300

215

173

400

160

120

44

109

100

600

2440

782

425

2900

580

174

383

510

70

177

180

130

130

Por defor-macin

Fellenius

BishopKrey

AnlisisDinmico

Deform.Inducidas

BishopQuad-4

Fellenius

Cua Des-lizante

Bishop

BishopModificado

Fellenius

Bishop

Deform.Inducidas

*

0.25

0.15

0.10

*

*

0.12

*

0.20

0.15

0.15

0.20

0.15

0.15

1965

Fellenius

1971

1975

1985

1982

1984

1984

1982

1967

1972

1986

1987

1980

1978

Estudio

concluido

ESTADO

ACTUAL

Construida

Construida

Construida

Estudio

concluido

Construida

Enconstruccin

Enconstruccin

Construida

Construida

Estudio

concluido

Construida

Construida

Construida

ECUADOR COLOMBIA

BRASIL

BO

LIV

IA

OCEANO

PACIFICO IIII

III

COEFICIENTE SISMICO

PRESAS DETIERRA ENROCADO

PRESAS DEZONA

II

III

0.15 - 0.25

0.10 - 0.15

0.05 - 0.10 0.05

0.05 - 0.10

0.10 - 0.20

CHILE

II

PROPUESTO PARA PRESASPEQUEAS Y MEDIANAS

I

RUESTA, ET AL (1988)

I

III

METODO SIMPLIFICADO DE DEFORMACIONES INDUCIDAS

- La deformacin permanente se emplea como criterio de diseo.

- Mtodo racional simple, se aplica a presas constitudas por suelos arcillososcompactos, arenas secas y suelos granulares densos. Poco potencial de desarrollode presin de poros, deformaciones pequeas, el material retiene su resistenciaesttica.

- Se basa en el clculo de deformaciones permanentes, con la evaluacin derespuesta dinmica.

- La falla ocurre en una superficie de deslizamiento bien definida concomportamiento elstico hasta la falla y luego comportamiento perfectamenteplstico.

- Propuesto originalmente por Newmark y modificado por Makdisi y Seed.

1) Determine la aceleracin de fluencia, la que produce FS = 1.0.

2) Determine las aceleraciones producidas por el sismo en la presa por respuestadinmica. Se utiliza el mtodo de elementos finitos o vigas de corte. Tiempo-historia de aceleraciones promedio para varias superficie potenciales de falla.

3) Cuando la aceleracin inducida excede la calculada, ocurrirn movimientos; lamagnitud se evala con doble integracin.

El mtodo se ha aplicado a presas de altura de 30-60 mts., de suelo arcillosocompactado o material granular muy denso.

VARIACION DE LA RELACION DE ACELERACION MAXIMAVARIACION DE LA RELACION DE ACELERACION MAXIMACON LA PROFUNDIDAD DE LA MASA DESLIZANTECON LA PROFUNDIDAD DE LA MASA DESLIZANTE

y / h

Mtodo deElementosFinitos

Viga de Corte(rango de todoslos datos)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.01.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

kmax / max

Promedio detodos los datos

VARIACION DE DESPLAZAMIENTOPROMEDIO NORMALIZADO CONACELERACION DE FLUENCIA

VARIACION DE DESPLAZAMIENTO PERMANENTENORMALIZADO CON ACELERACION DE FLUENCIARESUMEN DE DATOS

1.0

0.001

0.001

0.001

0.1

1

10

M~8

M~7

M ~ 6

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

ky / kmax

1

0.1

0.01

0.4

10

0.001

0.0001

0 0.6 0.80.2

7 1/2

6 1/2

M~8 1/4

U

/

k

m

a

x

g

T

o

-

S

e

g

u

n

d

o

s

ky / kmax

U

/

k

m

a

x

g

T

o

-

S

e

g

u

n

d

o

s

Evaluacin de Esfuerzo Estticos

Anlisis de Respuesta Ssmica

Procedimiento Recomendado

ANALISIS DE ESTABILIDAD DINAMICO

CASO ESTUDIADOCASO ESTUDIADO

Estudio de Factibilidad de la Presa Palo Redondo delProyecto Chavimochic.

Alternativa Presa de Enrocado con Pantalla de Concreto.

Ubicada en Quebrada Palo Redondo, volumen total de 370millones de metros cbicos, longitud de coronacin de 770metros y altura de 95 metros.

Coeficiente lateral ssmico = 0.20.

Sismo de diseo con aceleracin mxima de 0.38g ymagnitud de Richter de 7.5 para un perodo de retorno de 500aos.

Tiempo historia de registro en Lima, sismo de 1974.

Parmetros conservadores de resistencia cortante de losmateriales y modelo hiperblico esfuerzo-deformacin.

Parmetros dinmicos de la literatura.

SECCIN TRANSVERSAL DE LA PRESAPALO REDONDO

12.00 m 345.00 m.s.n.m. (Nivel de Coronamiento)341.00 m.s.n.m. (NAMO)

250.00 m.s.n.m.(Terreno Natural)

20.00 m

11

1 1.75 1 1.50

Material del Cuerpo de Presa

Material de Cimentacin

Bloque Estabilizador

Material de Transicin

Pantalla de Concreto

ANLISIS DE ESTABILIDAD ESTTICOTALUD AGUAS ARRIBA (EOC)

PROGRAMA : SLOPE/W

MTODO : BISHOP

FACTOR DE SEGURIDAD : 1.53

Materiales (KN/m) () C(KPa)Material de Cimentacin 21 36 0

Material del Cuerpo de Presa 21 38 0

Bloque Estabilizador 22 42 0

Material de Transicin 20 36 0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450200

220

240

260

280

300

320

340

360

C

o

t

a

(

m

.

s

.

n

.

m

.

)

Distancia (m)

ANLISIS DE ESTABILIDAD ESTTICOANLISIS DE ESTABILIDAD ESTTICOTALUD AGUAS ABAJO (EOC)TALUD AGUAS ABAJO (EOC)

PROGRAMA : SLOPE/W

MTODO : BISHOP

FACTOR DE SEGURIDAD : 1.44

Materiales (KN/m) () C(KPa)Material de Cimentacin 21 36 0

Material del Cuerpo de Presa 21 38 0

Bloque Estabilizador 22 42 0

Material de Transicin 20 36 0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450200

220

240

260

280

300

320

340

360

C

o

t

a

(

m

.

s

.

n

.

m

.

)

Distancia (m)

ANLISIS DINMICO DE RESPUESTASSMICA

- MTODOS UNIDIMENSIONALES

- MTODOS BIDIMENSIONALES

- PROCEDIMIENTOS SIMPLIFICADOS

MDULO CORTANTE PARA GRAVAS(Seed et. al., 1984)

Rango de valores

10-4 10-3 10-2 10-1 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Deformacin Cortante, (%)

M

d

u

l

o

c

o

r

t

a

n

t

e

a

d

e

f

.

c

o

r

t

a

n

t

e

M

d

u

l

o

c

o

r

t

a

n

t

e

m

x

i

m

o

AMORTIGUAMIENTO DE GRAVAS(Seed et al., 1984)

10-310-4 10-2 -110

Datos para gravas y suelos gravosos

10

4

8

12

16

20

24

Valores promedio para arenas

Lmite superior e inferior para arenas

R

a

z

n

d

e

A

m

o

r

t

i

g

u

a

m

i

e

n

t

o

(

%

)

Deformacin Cortante, (%)

-0.40

-0.20

0.00

0.20

0.40

0 10 20 30 40 50 60

A

c

e

l

e

r

a

c

i

n

(

g

)

ACELEROGRAMA DEL SISMO DE LIMA-PER 10/74COMP. N 82 W

Tiempo (s)

max = 0.38 g

ESPECTRO DE RESPUESTA NORMALIZADO DEACELERACIONES HORIZONTALES

SISMO : LIMA - PER 10/74 COMP. N 82 W

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

Periodo (seg)

5%

10%

15%

20%

A

c

e

l

.

E

s

p

e

c

t

r

a

l

A

c

e

l

.

M

x

i

m

a

ANLISIS BIDIMENSIONAL DERESPUESTA SSMICA

- Anlisis Esttico de Esfuerzo-Deformacin

- Anlisis Dinmico

XY

MALLA DE ELEMENTOS FINITOS

PRESA PALO REDONDO

PARMETROS HIPERBLICOS DE LOSMATERIALES DE LA PRESA PALO

REDONDO

Parmetro Cimentacin Cuerpo dePresa

BloqueEstabilizador

Material deTransicin

(KN/m) 21.00 21.00 22.00 20.00

sat (KN/m) 22.00 22.00 23.00 21.00

Ko 0.50 0.80 0.80 0.80

K 500 550 600 500

Kur 600 660 720 600

n 0.70 0.80 0.80 0.70

Rf 0.70 0.70 0.70 0.70

Kb 800 1000 1200 800

m 0.30 0.30 0.30 0.30

c (KN/m) 0.00 0.00 0.00 0.00

() 36 38 42 36

() 0 0 0 0

ESFUERZOS CORTANTES ESTTICOS

PROGRAMA : FEADAM84

xy (KPa)

-3.30E+002

-3.00E+002

-2.00E+002

-1.50E+002

-5.00E+001

+0.00E+000

+1.00E+002

+2.00E+002

+2.50E+002

+3.10E+002

ESFUERZOS CORTANTES MXIMOS


PROGRAMA : QUAD4M xy max (KPa)

+0.00E+000

+4.00E+001

+8.00E+001

+1.20E+002

+1.40E+002

+1.60E+002

+1.80E+002

+2.00E+002

+2.20E+002

+2.40E+002

ACELERACIONES MXIMAS


PROGRAMA : QUAD4MAceler. Max. (g)

+2.50E-001

+2.75E-001

+3.00E-001

+3.25E-001

+3.50E-001

+4.00E-001

+4.50E-001

+5.00E-001

+6.00E-001

+6.65E-001

Principales implementaciones efectuadas en el Programa :

Trabaja bajo entorno WINDOWSModelo lineal equivalente para el anlisis linealCriterios para la evaluacin de mdulos dinmicosCurvas de propiedades proporcionadas por el usuarioMtodos de Wilson Newmark de integracin en el tiempoMatriz de masa consistente y concentradasAmortiguamiento variableBordes viscososGeneracin de archivo neutro

GEOSOFTPrograma de Anlisis Esttico y Dinmico

de Estructuras Geotcnicas

Desarrollado en el CISMID - FIC - UNI

Ac

e

l

e

r

a

c

i

n

(

g

)

A

c

e

l

e

r

a

c

i

n

(

g

)

A

c

e

l

e

r

a

c

i

n

(

g

)

Tiempo (s)

AcelerogramaCalculado en la Cresta

PROGRAMA : GEOSOFT

AcelerogramaCalculado en la Cresta

PROGRAMA : QUAD4M

Acelerograma en laBase Rocosa

SISMO : LIMA 10/74 N82W

COMPARACIN DE ACELEROGRAMAS CALCULADOSEN LA CRESTA CON PROGRAMAS BIDIMENSIONALES


max = 0.38 g

max = 0.66 g

max = 0.60 g

0 5 10 15 20 25-0.80

-0.40

0.00

0.40

0.80

-0.80

-0.40

0.00

0.40

0.80

-0.80

-0.40

0.00

0.40

0.80

PROCEDIMIENTO SIMPLIFICADOPARA CALCULAR LA MXIMAACELERACIN EN LA CRESTA

(Makdisi y Seed, 1977)

max To ave G Amortig.(g) (seg) (%) (T/m) (%)

1 1.1039 0.7498 0.0648 23780.20 13.69

2 1.1254 0.7386 0.0644 24503.52 13.43

3 1.1277 0.7374 0.0644 24581.96 13.40

4 1.1279 0.7373 0.0644 24590.87 13.40

5 1.1280 0.7373 0.0644 24591.89 13.40

ITER.

RESULTADOS AL FINAL DE 5 ITERACIONES


DEFORMACIONES PERMANENTES

- MTODO DE NEWMARK (1965)

- MTODO DE MAKDISI Y SEED (1977)

- MTODO DE SARMA (1975)

MTODO DE NEWMARK

- Determinar la aceleracin de fluencia

- Clculo de las aceleraciones inducidas

- Clculo de las deformaciones permanentes por

integracin de las aceleraciones

Ac

e

l

e

r

a

c

i

n

(

g

)

V

e

l

o

c

i

d

a

d

(

c

m

/

s

)

D

e

s

p

l

a

z

a

m

.

(

c

m

)

Tiempo (s)

APLICACIN DEL MTODO DE NEWMARK

TALUD AGUAS ARRIBA


H

y

Relacin y / H : 0.25

Acel. Mx. cresta : 0.66 g

Coef. Fluencia (Ky) : 0.29 g

Coef. Mximo (Kmax) : 0.74 g

Desplazamiento (cm) : 41.20 cm

-0.80

-0.40

0.00

0.40

0.80

0.0

15.0

30.0

45.0

60.0

0 10 20 30 40 50 600.0

9.0

18.0

27.0

36.0

45.0


MTODO DE NEWMARK


A. TALUD AGUAS ARRIBA max = 0.665 g

y / HKy

(g)

0.25 0.29 0.7391 1.1116 0.39 41.1960

0.50 0.27 0.4820 0.7249 0.56 13.2533

0.75 0.25 0.3368 0.4915 0.76 1.4984

1.00 0.23 0.2576 0.3874 0.89 0.0936

Kmax

(g)

Kmax

max

Ky

Kmax

Desplaz.

(cm)


MTODO DE NEWMARK


B. TALUD AGUAS ABAJO max = 0.665 g

y / HKy

(g)

0.25 0.32 0.4653 0.6998 0.69 1.5323

0.50 0.29 0.2370 0.3564 1.22 0.0000

0.75 0.26 0.1707 0.2567 1.52 0.0000

1.00 0.23 0.1652 0.2485 1.39 0.0000

Kmax

(g)

Kmax

max

Ky

Kmax

Desplaz.

(cm)

MTODO DE MAKDISI Y SEED

- Determinar la aceleracin de fluencia

- Clculo de la aceleracin mxima inducida (Kmax)

- Clculo de las deformaciones permanentes



A. TALUD AGUAS ARRIBA max = 1.128 g

Ms = 7.5

y / HKy

(g)

0.25 0.29 0.85 0.959 0.302 99.86

0.50 0.27 0.60 0.677 0.399 34.27

0.75 0.25 0.44 0.496 0.504 13.28

1.00 0.23 0.35 0.395 0.583 5.71

Kmax

(g)

Ky

Kmax

Desplaz.

(cm)


Kmax

max



B. TALUD AGUAS ABAJO max = 1.128 g

Ms = 7.5

y / HKy

(g)

0.25 0.32 0.85 0.959 0.334 90.15

0.50 0.29 0.60 0.677 0.428 26.92

0.75 0.26 0.44 0.496 0.524 11.13

1.00 0.23 0.35 0.395 0.583 6.00

Kmax

(g)

Ky

Kmax

Desplaz.

(cm)


Kmax

max

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El anlisis de Estabilidad Pseudo-Esttico se aplica a presas o diquesde enrocado, rellenos cohesivos y arenas densas compactadas.

El anlisis de Estabilidad Dinmico Riguroso se aplica a presas odiques de arenas medianamente densas o cimentacin similar. Sedebe considerar el mtodo de anlisis y la interpretacin deresultados.

El anlisis riguroso requiere determinar los esfuerzos estticosiniciales y la respuesta dinmica con el sismo de diseo. El mtodo deelementos finitos simula la secuencia de construccin y lascondiciones de esfuerzos existentes antes del sismo y la respuestadinmica posterior.

El anlisis de Estabilidad Post-Sismo se utiliza en casos de licuacinde suelos y prdida de resistencia cortante del suelo. Este caso no hasido tratado en esta presentacin.

La presa Palo Redondo, de enrocado con pantalla de concreto tieneuna gran capacidad de resistir sismos muy fuertes con pequeasdeformaciones.

El Mtodo Simplificado de Deformaciones Permanentes se aplicaconservadoramente al caso de la presa Palo Redondo.

presa poechos

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