Diapositiva 1

ESTRUCTURAS HIDRAULICASASTO CONTRERAS ,EDUARESTRADA PIZAN, THALIAPUERTA PINGOS, MARLITHRUBIO OTINIANO ,HEBER

DOCENTE: Mg. NARVAEZ ARANDA RICARDO TRUJILLO - 2015

INTEGRANTES:

ESTABILIDAD DE TALUDSiempre que el esfuerzo cortante a lo largo de cualquier superficie excede la resistencia al corte del material, ocurre una falla de estabilidad. Las superficies de falla pueden ser planas o circulares.

MTODOS DE REBANADAS:En la aplicacin de este mtodo, al superficie potencial de falla se considera circular, con centro O y radio r. La masa de suelo situada por encima de la superficie de falla se divide, para propsitos de anlisis, mediante planos verticales en una serie de rebanadas de ancho b.

Anlisis de las fuerzas que intervienen en el mtodo de las rebanadas

W -peso total de la rebanada. W = bh (sat donde corresponda)N -fuerza total normal en la base de la rebanada. N = l = (+u)l = l + ul = N+ ulT -fuerza cortante en la base. T = m l.E1 y E2 -fuerzas normales totales entre rebanadasX1 y X2 -fuerzas cortantes totales entrerebanadasCualquier fuerza externa tambin debe ser includa en el anlisisEl factor de seguridad se define como la razn del esfuerzo cortante ltimo o admisible (f) vs el esfuerzo cortante actuante o movilizado (m) para mantener una condicin lmite de equilibrio.

Expresin General del Factor de SeguridadTomando momentos respecto del punto O, la suma de momentos de las fuerzas de corte, T, sobre la superficie de falla, deben igualar al momento del peso de la masa de suelo. Para cualquier rebanada, el brazo de palanca de la fuerza T es r y el brazo de palanca del peso es r.sen. De esta manera, se tendr: Tr = W r senComo r es constante: T = W senPero, T = m l = (f / FS) lReemplazando: (f / FS) l = W senDe donde:

Efectuando el anlisis en trminos de esfuerzos efectivos, se tiene:

Si se considera que la presa es homognea, se puede derivar lo siguiente:

donde La es la longitud del arco ABC.La expresin anterior constituye la ecuacin general del factor de seguridad. Debe observarse que en dicha relacin todos los trminos pueden ser evaluados, salvo N. Consecuentemente, los mtodos de rebanadas disponibles para el anlisis de la estabilidad de taludes se orientan a precisar cmo se determina el valor de N.

(Sueco, Ordinario, USBR)

METODO FELLENIUSDivide el rea de falla en tajadas verticales.Este mtodo asume superficies de falla circularesObtiene las fuerzas actuantes y resultantes para cada tajada y con la sumatoria de los momentos con respecto al centro del circulo, se obtiene el Factor de Seguridad.Donde: E1,E2, = fuerzas normales totales entre rebanadas.X1,X2, = fuerzas cortantes totales entre rebanadas. ME =momento de par en E MX =momento de par en X N =fuerza total normal en la base de la rebanada. T =fuerza cortante en la base. w = peso total de la rebanada = ngulo que forma la superficie de falla con la horizontal.

X1X2E2WTN=N+ulE1E1 = E2 X1 = X2 ME =MX17Donde:

W cos + N = 0W cos + N+ul = 0N = W cos - ul.(a)

el error de este mtodo es de 5% a 20%.N = W cos - ulSolucinClculo de l (m)

Donde:b = base de la rebanada. l = longitud de la rebanada. Clculo del W (KN)Donde:w= peso total de rebanada.=peso especifico del suelob= base de la rebanada.h= altura de la rebanada. Clculo del u(KN/m2)23

EL METODO DE BISHOP (CLASICO)

X1X2E2WTN=N+ulE1Parte de la hiptesis que: X1 = X2.

En la rebanada, se plantea la condicin de equilibrio: FV=0Tsen+Ncos=W..(1)

EL METODO DE BISHOP (CLASICO)Pero:N = l = (+u)l = l + ul =N+ ul..(2)T = m.l = (f / FS) l.(3)Como f = c + tan(4)

Donde:=Esfuerzo normal total.l=longitud de rebanada.=Esfuerzo total efectivo.u=presin de poros.m=Esfuerzo de corte que se desarrolla.f=Esfuerzo de corte Admisible.c=Cohesin del terreno.=Angulo de friccin del terreno.

EL METODO DE BISHOP (CLASICO)

Reemplazo de ecuacin (4) en (3)....(6)Reemplazo de ecuacin (5) y (2) en (1)

....(5)

EL METODO DE BISHOP (CLASICO)Al despejar N se obtiene la siguiente relacin:

Ecuacin general del factor de seguridad....(7)

....(8)EL METODO DE BISHOP (CLASICO)Al reemplazar la ecuacin (7) en la ecuacin general del factor de seguridad ecuacin (8) y considerando l=b.sec, se obtiene:

..(9)Definiendo larazn de presin de poros, ru, como:

.....(10)EL METODO DE BISHOP (CLASICO)

Reemplazar ecuacin (10) en ecuacin (9)..(11)Factor de seguridad se asumeABDeben coincidirEL METODO DE BISHOP (CLASICO)El (FS) est presente en los dos lados de la ecuacin, se requerir un proceso de aproximaciones sucesivas para obtener la solucin (iteraciones).El valor de la razn de presin de poros, ru, no es constante sobre toda la superficie de falla; pero, si existen regiones aisladas de alta presin de poros, se utiliza un valor promedio de ru (0.35 a 0.45) en el diseo.El (FS) difcilmente excede el error el 7% y, en la mayora de los casos, es inferior a 2%.

EJEMPLORebanadah(m)b(m)()11.202.00-2222.602.00-733.802.00744.602.002254.602.003862.402.0059SOLUCION

4.Calcular A para cada rebanada 5. Asumir un factor de seguridad (FS asum=2.6) para calcular B en cada rebanada.AB34EL METODO DE BISHOP (CLASICO)5. Realizar sumatoria de Wsen, A,B.FS=2.644FS asum=2.6 y FS=2.644 no coinciden, hay una diferencia de 0.044 entonces realizo una nueva iteracin donde el FS asum=2.644

EL METODO DE BISHOP (CLASICO)FS=2.648FS asum=2.644 y FS=2.648 no coinciden, hay una diferencia de 0.004 entonces realizo una nueva iteracin donde el FS asum=2.648

EL METODO DE BISHOP (CLASICO)FS=2.649FS asum=2.648 y FS=2.649 no coinciden, hay una diferencia de 0.001 entonces realizo una nueva iteracin donde el FS asum=2.649

EL METODO DE BISHOP (CLASICO)

FS=2.649FS asum=2.649 y FS=2.649 ambos coinciden entonces FS =2.64938Ejercicio de aplicacinRebanadah(m)b(m)()18.0015.00-6222.0015.005325.0015.0015430.0015.0032524.0015.0045616.0015.0058Se pide determinar el valor que debe tener la cohesin del material C ,para garantizar un factor de seguridad 0.835DESEMBALSE RPIDOEl fenmeno de vaciado rpido consiste en asumir que, inicialmente la superficie del agua de un ro, embalse, laguna, etc. se encuentra a una cierta elevacin (un nivel relativamente alto), y que ha permanecido a dicho nivel por un tiempo considerable, Si posteriormente y de forma repentina, por alguna causa natural o artificial, el nivel inicial del embalse desciende a un nivel menor mucho ms rpido de lo que el agua dentro del cuerpo del bordo puede fluir, se genera un escenario de desembalse rpido. a) Variacin de los esfuerzos hidrostticos actuando sobre el taludLa posicin del nivel del agua MO (altura H) define las condiciones de frontera iniciales (hidrulicas y de esfuerzo) en el talud CBO

CONDICION DE DESEMBALSE RPIDO- las presiones del agua sobre el paramento AOB, cambiarn a una distribucin hidrosttica OABEl descenso del nivel de agua define una nueva presin hidrosttica en el contorno del talud.

a) Variacin de los esfuerzos hidrostticos actuando sobre el taludCONDICION DE DESEMBALSE RPIDO

b) variacin de los esfuerzos totales aplicados.Cambiara la presin de agua uniforme Pw=(H-L)w en la parte horizontalCONDICION DE DESEMBALSE RPIDO

Por otra parte, el fenmeno de vaciado de agua puede dividirse en tres modos:A) Desembalse completamente lentoen cada instante del vaciado el nivel del agua en el interior del borde (superficie fretica) igual a al nivel del agua en el exterior (nivel de la reserva o almacenamiento), generando condiciones de flujo establecido. CONDICION DE DESEMBALSE RPIDO

B) desembalse transitorioCONDICION DE DESEMBALSE RPIDOse genera una superficie fretica curvilnea dentro de la estructura de tierra cuya posicin depende de la velocidad de vaciado y de las propiedades del material (conductividad hidrulica, porosidad, capacidad de almacenamiento, etc.), por lo que las presiones de poro remanentes en el interior del cuerpo son transitorias, es decir, varan en funcin del tiempo y de la capacidad del suelo para retener agua.

C) desembalse completamente rpidoCONDICION DE DESEMBALSE RPIDOEl suelo se considera no drenado, la superficie fretica se mantiene en el nivel inicial de la reserva durante cada instante del abatimiento, por lo que, de igual manera las presiones de poro en el interior del talud se consideran hidrostticas. En estos casos extremos (Desembalse rpido), la superficie fretica se asume horizontal, excepto en la cara del talud, como se aprecia en la Figura cPROCESO DE DESEMBALSE RPIDOSe puede decir que el proceso de desembalse rpido consiste en cuatro etapas, las cuales sern presentadas a continuacin:

consiste en cuando la presa ya ha sido construida y el agua del embalse ha alcanzado el nivel con el que ha sido diseada, en esta etapa existe una condicin de equilibrio entre las diversas fuerzas que hay dentro del talud.La primera etapa

PROCESO DE DESEMBALSE RPIDO

consiste en el desembalse, el agua que ha estado almacenada en la presa ha disminuido en forma constante o inmediata, pero el agua que est en el talud no lo ha hecho de forma igual.La segunda etapaPROCESO DE DESEMBALSE RPIDO

la disminucin del nivel de agua de la presa ha sido de una forma rpida, los poros no han podido disipar la presin que originalmente tenan cuando la presa estaba llena, esto debido a que el agua del talud no ha evacuado el agua a la misma taza en que lo ha hecho el embalse, provocando as un desequilibrio de fuerzas y un exceso de presin.La tercera etapa

consiste en la expulsin del agua contenida en el talud hasta el nivel en que se ha igualado con el nivel de agua del embalse; la expulsin del agua ha ocasionado la disipacin de la presin de poros del material del talud, haciendo que se tenga una condicin de equilibrio como inicialmente estaba la presa La cuarta etapaPROCESO DE DESEMBALSE RPIDOESTABILIDAD DE PRESAS PARA EL CASO DE DESEMBALSE RAPIDOHLCBasado en el mtodo de NORBERT MONGENSTERS Mtodo de Norbert MorgensternEjemplo de aplicacinH=20mLC31Se tiene una presa de tierra con las siguientes caractersticas:Altura = 20m; taludes: 3:1; = 20KN/m3;C= 10KN/m2; = 31.Se pide determinar, haciendo el uso del mtodo de Norbert Morgenrstern, la mxima razn de desembalse que puede permitir. De tal modo que el factor de seguridad por desembals rpido no sea inferior a 1.50hPara este mtodo se usaran las tablas de estabilidad de taludes de tierra durante el desembalse rpidoMtodo de Norbert MorgensternMtodo de Norbert Morgenstern

Entonces tendremos que el nivel del agua despus del desembalse debe ser h = H L

L = H(0.54) =20(0.54) = 10.8mh = 20 10.8 = 9.2mL = 10.8mh= 9.2mH= 20mMtodo de Norbert Morgenstern

INGENIERIA CIVIL Hoja1

MNOs= -PwLMANL.C.SH(Pw=0)

CB

MOs= -PwLSuperficie freaticaMA(Pw=0)HA O=LywPw>0

CB

Hoja2

Hoja3

Hoja1

MNOs= -PwLMANL.C.SHA Osuperficie freatica (Pw=0), (despues del vaciado )(Pw=0)

CB

MOs=-PwLSuperficie freaticaMA(Pw=0)HA O=LywPw>0

CB

Hoja2

Hoja3

Hoja1

MNOs= -PwLMANL.C.SHA Osuperficie freatica (Pw=0), (despues del vaciado )(Pw=0)

CB

MOs= -PwLSuperficie freaticaMA(Pw=0)HA O=LywPw>0

CB

Hoja2

Hoja3