INSTITUTO SUPERIOR POLITECNICO “JOSE ANTONIO ECHEVERRIA” FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL La Habana-Cuba Julio 2005.

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1 INSTITUTO SUPERIOR POLITECNICO “JOSE ANTONIO ECHEVERRIA” FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL La Habana-Cuba Julio 2005

2 Titulo: Modelización del fallo por estabilidad del talud aguas abajo de la presa Lebrije, mediante el método de Morgenstern- Price.

3 Autor: Andrés Paulo Guayas Ullauri. Andrés Paulo Guayas Ullauri. Tutor: MSc. Ing. Rolando Armas Novoa. Dr. Ing. Willian Cobelo Cristiá. Dr. Ing. Willian Cobelo Cristiá.

4 Problema: Realizar el análisis, mediante modelización, del fallo que ha tenido lugar en el talud aguas abajo de la presa Lebrije, en junio de 2002. Se realizan varios análisis, y para estos se utiliza el método de Morgenstern-Price. Se realizan varios análisis, y para estos se utiliza el método de Morgenstern-Price.

5 Objetivo: Es analizar la estabilidad de los taludes de las presas de tierra, indicando recomendaciones de carácter general para evitar este tipo de falla y medidas de corrección ante la misma.

6 Estabilidad de taludes

7 Introducción: Varios problemas a enfrentar por parte del ingeniero civil. Varios problemas a enfrentar por parte del ingeniero civil. Actualmente los problemas de masas de tierra son importantes. Actualmente los problemas de masas de tierra son importantes. Talud es una superficie de tierra que forma un ángulo con la horizontal. Talud es una superficie de tierra que forma un ángulo con la horizontal. Inicialmente los problemas de taludes se manejaron de forma empírica. Inicialmente los problemas de taludes se manejaron de forma empírica.

8 Correcciones:

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10 FACTORES DE LOS QUE DEPENDEN LOS ANÁLISIS DE ESTABILIDAD: La representatividad de los parámetros mecánicos del suelo (c y  ). La representatividad de los parámetros mecánicos del suelo (c y  ). El método utilizando en el cálculo del factor de seguridad. El método utilizando en el cálculo del factor de seguridad. La aproximación con que se definan los valores de las presiones intersticiales (  ) y la forma en que se manipulen estos en el método de análisis de estabilidad escogido. La aproximación con que se definan los valores de las presiones intersticiales (  ) y la forma en que se manipulen estos en el método de análisis de estabilidad escogido.

11 INCÓGNITAS DEL EQUILIBRIO DE FUERZAS Y MOMENTOS, MEDIANTE EL ANALISIS ESTÁTICO EN EL MÉTODO DE LAS DOVELAS. INCÓGNITAS DEL EQUILIBRIO DE FUERZAS Y MOMENTOS, MEDIANTE EL ANALISIS ESTÁTICO EN EL MÉTODO DE LAS DOVELAS.

12 Fuerzas actuantes en una dovela.

13 Resultante de las fuerzas interdovelas.

14 INCOGNITAS.

15 ECUACIONES PARA EL FACTOR DE SEGURIDAD.

16 MÉTODOS PARA EL CÁLCULO DE ESTABILIDAD DE TALUDES.

17 MÉTODO DE FELLENIUS.

18 MÉTODO DE BISHOP SIMPLIFICADO.

19 MÉTODO DE JANBU.

20 ANÁLISIS DE ESTABILIDD DE TALUDES EMPLEANDO EL MÉTODO DE MORGENSTERN- PRICE.

21 Factor de seguridad de momentos: Factor de seguridad de fuerzas:

22 Incógnita: Relación empírica:

23 Ejemplo:

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26 COMPARACION DE LOS MÉTODOS: MÉTODOFACTOR DE SEGURIDAD. FELLENIUS2.02 BISHOP SIMPLIFICADO2.19 JANBU2.17 MORGENSTERN-PRICE2.16

27 APLICACIÓN DEL MÉTODO DE MORGENSTERN- PRICE EN LA PRESA LEBRIJE.

28 Introducción: La presa de tierra Lebrije, situada en la Prov. de Sancti Spíritus, Cuba, fue proyectada por especialistas Soviéticos y construida por Empresas Cubanas entre los años 1968-1970. En junio del 2002, producto de intensas lluvias que originaron la elevación del nivel del embalse a la cota 107.56 m, se produjo el deslizamiento del talud aguas abajo en cotas por debajo de la primera berma. Ante el peligro de una falla catastrófica por deslizamiento fue necesario construir urgentemente una banqueta estabilizadora sobre capas de suelo grueso (drenajes).

29 Propiedades para los suelos. Se consideran 3 valores distintos para las propiedades geotécnicas de los suelos, estos valores son el resultado de investigaciones realizadas en distintos años y la aplicación de reingeniería. Se considera un único valor para el peso especifico saturado de los suelos de 20 kN/m 3.

30 Investigación realizada en el año 1984 por el INRH. Capa 1 (dique)Capa 2 (filtro)Capa 3 (cimiento) Fricción14º24 º15 º Cohesión47 KPa50 KPa30 KPa

31 Investigaciones realizadas en el año 2002 por el INRH. Capa 1 (dique)Capa 2 (filtro)Capa 3 (cimiento) Fricción15º24º15º Cohesión22 KPa50 KPa30 KPa

32 Sección de análisis:

33 Casos de análisis: 1.- Caso sin infiltración de agua en el cuerpo del talud.

34 2.- Caso con infiltración de agua en el cuerpo del talud.

35 3.- Caso con infiltración de agua por la mitad del cuerpo del talud.

36 4.- Caso con infiltración de agua por la parte baja del talud.

37 Resultados obtenidos para el proyecto original: InvestigaciónCota (m)CasoFactor de seguridad Año 1984 (INRH)1073.4.1.1.1.78 Año 1984 (INRH)1073.4.1.2.1.21 Año 2002 (INRH)1073.4.2.1.1.38 Año 2002 (INRH)1073.4.2.2.0.94 Año 2002 (INRH)1073.4.2.3.1.03 Año 2002 (INRH)1073.4.2.4.1.22 Mediante reingeniería1073.4.3.1.1.10 Mediante reingeniería1073.4.3.2.0.52 Mediante reingeniería1073.4.3.3.0.81 Mediante reingeniería1073.4.3.4.1.10

38 InvestigaciónCota (m)CasoFactor de seguridad Año 2002 (INRH)1043.5.1.1.1.38 Año 2002 (INRH)1043.5.1.2.0.98 Mediante reingeniería1043.5.2.1.1.10 Mediante reingeniería1043.5.2.2.0.56 Mediante reingeniería1043.5.2.3.0.88 Mediante reingeniería1043.5.2.4.1.10

39 Sección de análisis del proyecto con berma (solución adoptada).

40 Casos de análisis: 1.- Caso sin infiltración de agua en el cuerpo del talud.

41 2.- Caso con infiltración de agua siguiendo el perfil de la banqueta.

42 3.- Caso con infiltración de agua, siguiendo el perfil originado por el deslizamiento.

43 4.- Caso con infiltración de agua por la parte baja del talud.

44 Comparación de resultados obtenidos, para el proyecto con la solución adoptada. Para la cota 100m. CasoFactor de seguridad 3.6.1.11.45 3.6.1.21.08 3.6.1.31.39 3.6.1.41.45

45 Para la cota 104m. CasoFactor de seguridad 3.6.2.11.45 3.6.2.20.79 3.6.2.31.36 3.6.2.41.45

46 Para la cota 107m. CasoFactor de seguridad 3.6.3.11.45 3.6.3.20.69 3.6.3.31.34 3.6.3.41.45

47 Solución propuesta:

48 Se ha considerado para el análisis de la sección propuesta: Se considera el nivel de agua en el embalse a la cota 100 Se considera el nivel de agua en el embalse a la cota 100 Se supone que el material de la banqueta es igual al material del dique. Se supone que el material de la banqueta es igual al material del dique. uso del estudio de reingeniería realizado, (valor de fricción 23°). uso del estudio de reingeniería realizado, (valor de fricción 23°). Se analiza la sección 1-1. Se analiza la sección 1-1. Se considera comunicación del agua por la parte superior del macizo rocoso del cimiento. Se considera comunicación del agua por la parte superior del macizo rocoso del cimiento. Se considera el buen funcionamiento del filtro colocado entre la banqueta y el dique. Se considera el buen funcionamiento del filtro colocado entre la banqueta y el dique.

49 Factor de seguridad mínimo = 1.19 Diferencia de áreas = 262.21 m 2

50 Conclusiones: El talud aguas abajo de la Presa Lebrije, sufrió el deslizamiento debido al incremento en la cota del embalse a 107m. El talud aguas abajo de la Presa Lebrije, sufrió el deslizamiento debido al incremento en la cota del embalse a 107m. La roca sobre la cual descansa el cimiento del talud está fracturada, dando como resultado el referido aumento de la presión de agua en la base del talud. La roca sobre la cual descansa el cimiento del talud está fracturada, dando como resultado el referido aumento de la presión de agua en la base del talud. El talud aguas abajo de la Presa Lebrije, era inestable incluso con la cota en el embalse de 104m, según las propiedades geotécnicas de los suelos obtenidas por la investigación del año 2002, por lo que el recrecimiento de la presa estaba. El talud aguas abajo de la Presa Lebrije, era inestable incluso con la cota en el embalse de 104m, según las propiedades geotécnicas de los suelos obtenidas por la investigación del año 2002, por lo que el recrecimiento de la presa estaba. Los estudios de las propiedades geotécnicas de los suelos realizadas en distintas fechas, tienen variaciones importantes. Los estudios de las propiedades geotécnicas de los suelos realizadas en distintas fechas, tienen variaciones importantes. las investigaciones del año 2002 por el INRH son las que más se apegan al comportamiento de los suelos. las investigaciones del año 2002 por el INRH son las que más se apegan al comportamiento de los suelos. La consideración que se hace con respecto a la línea de corriente superior, es el caso más desfavorable para la estabilidad La consideración que se hace con respecto a la línea de corriente superior, es el caso más desfavorable para la estabilidad La presa es estable para la cota 107m siempre y cuando se garantice el buen funcionamiento del filtro colocado entre el talud original y la berma. La presa es estable para la cota 107m siempre y cuando se garantice el buen funcionamiento del filtro colocado entre el talud original y la berma.

51 Recomendaciones: Para garantizar el perfecto funcionamiento de la presa durante su vida útil, se debe proveer de un correcto mantenimiento y funcionamiento al filtro colocado entre la berma construida como solución y el talud original. Para garantizar el perfecto funcionamiento de la presa durante su vida útil, se debe proveer de un correcto mantenimiento y funcionamiento al filtro colocado entre la berma construida como solución y el talud original. Se debe realizar la instalación de nuevos piezómetros en los lugares que no se han podido colocar. Se debe realizar la instalación de nuevos piezómetros en los lugares que no se han podido colocar. Realizar un nuevo análisis para las propiedades geotécnicas de los suelos, para de esta manera tener certeza sobre estos valores. Realizar un nuevo análisis para las propiedades geotécnicas de los suelos, para de esta manera tener certeza sobre estos valores.

52 CONCLUSIONES GENERALES: 1.- La presa es estable con banqueta construida para la cota en el embalse de 100m, aún en la condición crítica, ya que para esta se obtiene un valor mínimo en el factor de seguridad de 1.08, según Morgenstern-Price. 1.- La presa es estable con banqueta construida para la cota en el embalse de 100m, aún en la condición crítica, ya que para esta se obtiene un valor mínimo en el factor de seguridad de 1.08, según Morgenstern-Price. 2.- La banqueta presentada como solución (anexo 3) representa para el proyecto una economía mayor que la banqueta que se adoptó como solución. 2.- La banqueta presentada como solución (anexo 3) representa para el proyecto una economía mayor que la banqueta que se adoptó como solución. 3.- El método de Morgenstern-Price, es mucho más depurado que los métodos tradicionales, ya que este refleja fielmente los estados tensionales que actúan sobre la masa deslizante. 3.- El método de Morgenstern-Price, es mucho más depurado que los métodos tradicionales, ya que este refleja fielmente los estados tensionales que actúan sobre la masa deslizante.

53 RECOMENDACIONES GENERALES: 1.- Se recomienda dar mantenimiento y garantizar el perfecto funcionamiento del filtro colocado entre el perfil del talud original y la berma adoptada como solución 1.- Se recomienda dar mantenimiento y garantizar el perfecto funcionamiento del filtro colocado entre el perfil del talud original y la berma adoptada como solución 2.- Tener un registro de las lecturas en los piezómetros, y si es posible instalar otros piezómetros en los lugares donde se dificulto esta labor, para tener datos sobre la ocurrencia de las variaciones de los datos. 2.- Tener un registro de las lecturas en los piezómetros, y si es posible instalar otros piezómetros en los lugares donde se dificulto esta labor, para tener datos sobre la ocurrencia de las variaciones de los datos. 3.- Cuando se tenga duda acerca del valor obtenido para el factor de seguridad mínimo, se puede chequear este valor con el cociente de la fuerza tangencial sobre la fuerza normal, teniendo que ser este valor menor a la tangente del ángulo de fricción interna para demostrar que la función escogida es razonable con la verdadera función. Si no ocurre esto se debe cambiar el tipo de función escogida. 3.- Cuando se tenga duda acerca del valor obtenido para el factor de seguridad mínimo, se puede chequear este valor con el cociente de la fuerza tangencial sobre la fuerza normal, teniendo que ser este valor menor a la tangente del ángulo de fricción interna para demostrar que la función escogida es razonable con la verdadera función. Si no ocurre esto se debe cambiar el tipo de función escogida.