U NIVERSIDAD NACIONAL DE S A N C RISTÓBAL DE H UAMANGA FACULTAD DE I NGENIERÍA M INAS , G EOLOGÍA Y C IVIL ROFESIONAL DE I NGENIERÍA E SCUELA DE F ORMACIÓN P ROFESIONAL C IVIL
CURSO: SOFTWARE APLICADO A LA INGENIERÍA CIVIL
TRABAJO N o 02: MODELADO DE PRESAS MEDIANTE GEO-STUDIO
D OCENTE : Ing. Angel Hugo VILCHEZ PEÑA A LUMNO : HUARCAYA FLORES, Carlos Adriel C ÓDIGO : 16125853 AYACUCHO -P - P E RÚ 2017
Índice general Capítulo 0 Lista 0 Lista de figuras
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Capítulo 0 1. INTR INTRODUC ODUCCIÓN CIÓN
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1.0.1. 1.0 .1. OBJ OBJETI ETIV VOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Capítulo 0 2. 0 2. SOLU SOLUCIÓN CIÓN DE PRO PROBLEM BLEMAS AS
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2.1. N 01 - MODELADO DE PRESA HOMOGÉNEA SIN DRÉN DE PIE . 2.1.1. 2.1. 1. Result Resultados ados Glob Globales ales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2. 2.1. 2. Result Resultados ados En el eje eje central central de la cresta . . . . . . . . . . . . . . 2.2. N 02 - MODELADO DE PRESA HOMOGÉNEA CON DRÉN DE PIE 2.2.1. 2.2. 1. Result Resultados ados Glob Globales ales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2. 2.2. 2. Result Resultados ados En el eje eje central central de la cresta . . . . . . . . . . . . . . o
o
Capítulo 0 3. CULM CULMINA INACIÓN CIÓN
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3.1. CONC CONCLUSI LUSIONES ONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Índice de figuras 2.1. Problema 01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Modelado del Problema 01 . . . . . . . . . . . . . 2.3. Condiciones de borde - Problema 01 . . . . . . . . 2.4. Carga total - Problema 01 . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Presión por poro de Agua - Problema 01 . . . . . . 2.6. Presión por carga - Problema 01 . . . . . . . . . . 2.7. Velocidades en los ejes x,y - Problema 01 . . . . . 2.8. Red de flujo - Problema 01 . . . . . . . . . . . . . 2.9. Puntos del eje analizado - Problema 01 . . . . . . . 2.10. Carga total En el eje - Problema 01 . . . . . . . . . 2.11. Presión por poro de Agua En el eje - Problema 01 . 2.12. Presión por carga En el eje - Problema 01 . . . . . 2.13. Problema 02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14. Modelado del Problema 02 . . . . . . . . . . . . . 2.15. Condiciones de borde - Problema 02 . . . . . . . . 2.16. Carga total - Problema 02 . . . . . . . . . . . . . . 2.17. Presión por poro de Agua - Problema 02 . . . . . . 2.18. Presión por carga - Problema 02 . . . . . . . . . . 2.19. Velocidades en los ejes x,y - Problema 02 . . . . . 2.20. Red de flujo - Problema 02 . . . . . . . . . . . . . 2.21. Puntos del eje analizado - Problema 02 . . . . . . . 2.22. Carga total En el eje - Problema 02 . . . . . . . . . 2.23. Presión por poro de Agua En el eje - Problema 02 . 2.24. Presión por carga En el eje - Problema 02 . . . . .
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7 7 8 9 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 15 15 15 16 16 17 17 18 18
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SOFTWARE APLICADO
Trabajo 02
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DEDICATORIA: A mis padres, por su apoyo incondicional en mi desarrollo como persona humana y profesional.
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Capítulo 1 SOFTWARE APLICADO
INTRODUCCIÓN
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Es de suma importancia, en absolutamente cualquier obra de ingeniería de la construcción, el análisis adecuado de las propiedades de los suelos, para poder condicionar una construcción y poder superar los riesgos que puedan presentarse. Las propiedades mecánicas de los suelos condicionan el diseño de la estructura desde sus cimientos, por ello es imprescindible el estudio de la mecánica de suelos. En el caso de obras hidráulicas tales como presas, es importante diseñar bajo condiciones que garanticen su operación continua durante su periodo de diseño. Por lo tanto es importante modelar estas estructuras para aproximarnos a una realidad muy cercana, con el objetivo de prever supuestos inconvenientes que pudieran suscitar. En este sentido, se han desarrollado diferentes métodos para modelar de estas estructuras. La creación de programas computacionales hacen este análisis mucho mas sencillo y dinámico. En el presente trabajo, se exponen los resultados desarrollados en la herramienta computacional ”GEO-STUDIO”, en la cual se hace el modelado de una presa homogénea y una presa con drén de pie, con la cual se obtuvieron los diferentes parámetros que se requieren para su saber su comportamiento real. En esta oportunidad e muestran las diferentes presiones obtenidas, las lineas de flujo y lineas equipotenciales . Este análisis es bi-dimensional, es decir se analiza una sección longitudinal con un ancho unitario dentro de un cuerpo sólido trapezoidal.
1.0.1. OBJETIVOS 1
Modelar Presas en programas computacionales (GEO-STUDIO).
2
Utilizar el programa GEO-STUDIO para calcular las diferentes presiones.
3
Utilizar el programa GEO-STUDIO para GRAFICAR las redes de flujo, líneas de flujo y líneas equipotenciales.
4
Desarrollar capacidades críticas y analíticas acerca del programa y sus aplicaciones, limitaciones y capacidades.
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Capítulo 2 SOFTWARE APLICADO
SOLUCIÓN DE PROBLEMAS
Trabajo 02
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2.1 N o 01 - MODELADO DE PRESA HOMOGÉNEA SIN DRÉN DE PIE Modelar la presa homogénea sin drén de pie, con las siguientes características:
Figura 2.1: Problema 01 Cuyas propiedades son: 1
Altura de N.F. = 11m.
2
Altura de presa H = 12m.
3
Cuerpo homogéneo: γ 5 3x10 cm/s.
= 1,67kg/m3
,φ
= 27
◦
, C
= 0,10kg/cm2
, Kx
=
Ky
=
−
SOLUCIÓN: Se ha resuelto el problema mediante la aplicación de GEO-STUDIO: Primero se pasa a realizar la introducción de todos los datos y el modelado de la estructura en la aplicación SEEP/W la cual esta diseñada específicamente para este tipo de problemas.
Figura 2.2: Modelado del Problema 01
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SOFTWARE APLICADO
Trabajo 02
Ademas de insertar los datos sobre las propiedades de los materiales, es también de suma importancia introducir correctamente las condiciones de borde. En el modelado de presas (seep/w) las condiciones difieren significativamente de las condiciones que colocamos en el estudio de taludes (sigma/w). Las condiciones de borde que se usó en este caso fueron 3: 1
Condición de presión cero (punto)
2
Condición de filtración potencial (linea)
3
Condición de carga de agua (linea)
Figura 2.3: Condiciones de borde - Problema 01
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SOFTWARE APLICADO
Trabajo 02
2.1.1. Resultados Globales 2.1.1.1. Carga Total
Figura 2.4: Carga total - Problema 01
2.1.1.2. Presión por poro de Agua
Figura 2.5: Presión por poro de Agua - Problema 01
2.1.1.3. Presión por carga
Figura 2.6: Presión por carga - Problema 01
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SOFTWARE APLICADO
Trabajo 02
2.1.1.4. Velocidades en direcciones x,y
Figura 2.7: Velocidades en los ejes x,y - Problema 01
2.1.1.5. Red de flujo
Figura 2.8: Red de flujo - Problema 01
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SOFTWARE APLICADO
Trabajo 02
2.1.2. Resultados En el eje central de la cresta 2.1.2.1. Selección de los Puntos del Eje
Figura 2.9: Puntos del eje analizado - Problema 01
2.1.2.2. Carga Total
Figura 2.10: Carga total En el eje - Problema 01
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Trabajo 02
2.1.2.3. Presión por poro de Agua
Figura 2.11: Presión por poro de Agua En el eje - Problema 01
2.1.2.4. Presión por carga
Figura 2.12: Presión por carga En el eje - Problema 01
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Trabajo 02
SOFTWARE APLICADO
2.2 N o 02 - MODELADO DE PRESA HOMOGÉNEA CON DRÉN DE PIE Modelar la presa homogénea con drén de pie, con las siguientes características:
Figura 2.13: Problema 02 Cuyas propiedades son: 1
Altura de N.F. = 11m.
2
Altura de presa H = 12m.
3
Cuerpo homogéneo: γ 5 3x10 cm/s.
= 1,67kg/m3
,φ
= 27
◦
, C
= 0,10kg/cm2
, Kx
=
Ky
=
−
SOLUCIÓN: Se ha resuelto el problema mediante la aplicación de GEO-STUDIO: Primero se pasa a realizar la introducción de todos los datos y el modelado de la estructura en la aplicación SEEP/W la cual esta diseñada específicamente para este tipo de problemas.
Figura 2.14: Modelado del Problema 02
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SOFTWARE APLICADO
Trabajo 02
Ademas de insertar los datos sobre las propiedades de los materiales, es también de suma importancia introducir correctamente las condiciones de borde. En el modelado de presas (seep/w) las condiciones difieren significativamente de las condiciones que colocamos en el estudio de taludes (sigma/w). Las condiciones de borde que se usó en este caso fueron 3: 1
Condición de presión cero (linea)
2
Condición de filtración potencial (linea)
3
Condición de carga de agua (linea)
Figura 2.15: Condiciones de borde - Problema 02
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Trabajo 02
2.2.1. Resultados Globales 2.2.1.1. Carga Total
Figura 2.16: Carga total - Problema 02
2.2.1.2. Presión por poro de Agua
Figura 2.17: Presión por poro de Agua - Problema 02
2.2.1.3. Presión por carga
Figura 2.18: Presión por carga - Problema 02
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SOFTWARE APLICADO
Trabajo 02
2.2.1.4. Velocidades en direcciones x,y
Figura 2.19: Velocidades en los ejes x,y - Problema 02
2.2.1.5. Red de flujo
Figura 2.20: Red de flujo - Problema 02
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SOFTWARE APLICADO
Trabajo 02
2.2.2. Resultados En el eje central de la cresta 2.2.2.1. Selección de los Puntos del Eje
Figura 2.21: Puntos del eje analizado - Problema 02
2.2.2.2. Carga Total
Figura 2.22: Carga total En el eje - Problema 02
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Trabajo 02
2.2.2.3. Presión por poro de Agua
Figura 2.23: Presión por poro de Agua En el eje - Problema 02
2.2.2.4. Presión por carga
Figura 2.24: Presión por carga En el eje - Problema 02
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Capítulo 3 SOFTWARE APLICADO
CULMINACIÓN
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3.1 CONCLUSIONES 1
El programa GEO-STUDIO tiene una herramienta llamada SEEP/W especialmente diseñada para modelar presas.
2
Es posible modelar Presas de diferente tipologia, es cuestión de usar las condiciones de borde adecuadas.
3
El dren de pie ayuda significativamente a aumentar el gradiente hidráulico, pues hace que el agua pierda altura recorriendo menor distancia horizontal.
4
Por lo anterior, el dren de pie ayuda a mejorar la estabilidad de la presa, ya que genera una parte seca (mayor rigidez).
5
Se puede analizar independientemente las tensiones producidas por el propio suelo y las tensiones producidas por las sobrecargas.
6
Las tensiones totales insitu (solo efectos del suelo) se calculan con el total de las masas, es decir con el peso específico saturado de los suelos, obviamente mientras se encuentren debajo del nivel freático.
7
El programa GEO-STUDIO resulta ser una herramienta de calculo imprescindible en la mecánica de los suelos, pues es una herramienta fácil de usar y muy dinámica.
8
Los resultados varían ligeramente, pero con mucha importancia, dependiendo a la manera en que el analista distribuye las ’regiones’, ’materiales’, tipos de analisis’, etc. Por lo cual el analista debe ser experimentado o debe estar bien preparado.
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Bibliografía [1] BRAJA M. DAS Fundamentos De Ingeniería Geotecnia [2] Roy Whitlow Fundamentos De Mecánica de suelos [3] GEOSLOPE-GEOSTUDIO Manual Básico del usuario GEO-STUDIO 2012 SEEP/W
[4] https : //www.youtube.com/watch?v = 5lY nf 1bY DRst = 10s [5] https : //www.youtube.com/watch?v = qN v8u83 Xf 4 [6] https : //www.youtube.com/watch?v = Q 0Y F d3P P m4k
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