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El agua en el terreno en los modelos geomecánicos

Dr. Alejo O. SfrisoUniversidad de Buenos Aires materias.fi.uba.ar/6408 asfriso@fi.uba.arSRK Consulting (Argentina) latam.srk.com asfriso@srk.com.arAOSA www.aosa.com.ar asfriso@aosa.com.ar

El agua en el terreno en los modelos geomecánicos

Tres niveles de acoplamiento1. Presión hidrostática 2. Flujo desacoplado

– Estacionario– Transitorio

3. Flujo acoplado con deformación– Carga no drenada– Etapas sucesivas

carga – consolidación– Acoplamiento completo,

procesos simultáneos2

El a

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Nivel de acoplamiento 0: El agua “no existe”

La presión de poros es nula en todo el modelo• El único efecto del agua es modificar el peso (𝛾", 𝛾#, 𝛾$%&) • No existen niveles freáticos o piezométricos• El terreno incorpora el agua en su peso unitario húmedo

(𝛾#) o saturado (𝛾$%&), no hay suelo sumergido (∄𝜸*)• El efecto de la succión se “simula” con cohesión

La deformación del terreno no induce presiones de poro

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Nivel de acoplamiento 1: Presión hidrostática

La presión de agua es función del nivel freático 𝒅𝒇• Sin succión

𝑢 = /0

𝛾1 𝑧 − 𝑑5→ 𝑧 < 𝑑5→ 𝑧 ≥ 𝑑5

• Con succión

𝑢 = /𝑢 𝑆:

𝛾1 𝑧 − 𝑑5→ 𝑆: < 100%→ 𝑆: = 100%

No se resuelve el equilibrio de la fase fluida: puede generar presiones efectivas incorrectasSolo use “niveles freáticos” horizontales

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Nota sobre “niveles freáticos” en Plaxis

En Plaxis: niveles piezométricos para cada bloqueseco | nivel global | nivel propio | interpolación

Si nivel “global” cruza borde de malla: presión exterior

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Interpolación

Custom

Global

Custom

Global

(Waterman 2014)

Nota sobre “niveles freáticos” en Plaxis

En Plaxis: niveles piezométricos para cada bloqueseco | nivel global | nivel propio | interpolación

Si nivel “global” cruza borde de malla: presión exterior

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Interpolación

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Custom

Custom

Global

(Waterman 2014)

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Flujo (estacionario|transitorio) con matriz porosa rígidaParámetros materiales: • Permeabilidad saturada • Curva 𝑘>?$%& 𝑢• Condiciones iniciales

– Presión del agua en el dominio y bordes

• Condiciones de borde– Bordes impermeables– Presión impuesta

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Nivel de acoplamiento 2: Flujo estacionario o transitorio desacoplado

Borde impermeable

Potencialimpuesto

Potencialimpuesto

Nivel de acoplamiento 2: Flujo (estacionario o transitorio) desacoplado

Los modelos pueden incluir pozos de bombeo o inyección, interfaces impermeables, drenes, aporte de precipitación

Las presiones de filtración son efectivas: inducen deformación del terreno (nivel 2, deformación no afecta flujo)

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SRK Consulting Page 5

usterin/asfriso G-A0U0-ME04-A Tramo 1 14-abr-16

5.2 Acciones externas Se consideraron las siguientes acciones actuando sobre la caverna:

x Peso propio del suelo; x Presión del agua por freática; x Presión del agua en el Puelche; x Sobrecarga uniforme en superficie de 10kPa.

5.3 Presiones de agua Todos los modelos fueron realizados en condiciones drenadas, es decir, sin que se generen ni disipen presiones de agua debido a deformaciones elasto-plásticas. Tampoco se consideró acoplamiento hidromecánico, de manera que todas las presiones de agua se calculan de manera independiente al inicio de cada fase.

El abatimiento del nivel freático fue modelado de manera detallada en el documento de SRK G-A0U0-ME03.

Para todos los modelos presentados en este documento, el abatimiento del nivel freático se modeló de manera simplificada. Se asignaron niveles freáticos independientes para el Pampeano medio y para el Puelchense, como se muestra en la Figura 5-4. En esta forma, se incluye dentro de la modelación, el efecto de la subpresión del Puelche y el riesgo del levantamiento de fondo de la excavación.

El efecto del abatimiento del nivel freático sobre los asentamientos superficiales no ha sido incluido en ninguno los resultados que se presentan en este documento.

Figura 5-4: Presiones de agua en el terreno.

5.4 Parámetros geotécnicos Para modelar el comportamiento mecánico de todas las unidades geotécnicas se utilizó el modelo constitutivo Hardening Soil Model with small strain stiffness (HS-Small) incluido en Plaxis. En el documento G-A0U0-01 se presenta una descripción detallada de cada uno de los parámetros del modelo. En la Tabla 5-1 se resumen los parámetros geomecánicos más relevantes para ambas estratigrafías.

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Nivel de acoplamiento 2: Flujo no saturado

Ecuaciones carácterísticas• Permeabilidad en función

de la succión 𝑘>?$%& 𝑢• Grado de saturación en función

de la succión 𝑆: 𝑢

La relación saturación – succiónpuede usarse en la tensión “efectiva” de Bishop

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𝜎$ = 𝜎 − 𝑢% + 𝑆: 𝑢% − 𝑢1𝜎$ = 𝜎 − 𝑢% + 𝜒 𝑆: (𝑢% − 𝑢1)

Nivel de acoplamiento 3:Flujo acoplado con deformación

Interacción mecánica fluido - terreno• Problemas “no drenados” (𝜖F = 0)• Flujo acoplado con consolidaciónEstrategias numéricas• Solución escalonada:

– Generación de presión de poros (carga no drenada)

– Disipación de presión de poros (carga se mantiene constante)

• Solución simultánea: deformación (del terreno) y flujo

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0.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000

-40.000

-20.000

0.000

20.000

Deformed MeshExtreme total displacement 162.16*10-3 m

(displacements at true scale)

bermas (3 meses): d = 2 cm

cota 2.8 (6 meses): d = 23 cm

cota 4.0 (6 meses): d = 33 cm

cota 4.0 (2 años): d = 43 cm

cota 4.0 (10 años): d = 58 cm

estado inicial: vieja escollera