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I.00009.001 (CL04 ) – Canal del Dique Junio 2007 Nota de cálculos de estabilidad de taludes 1/30

Compagnie Nationale du Rhône Direction Ingénierie Ouvrages Hydrauliques et Fluviaux I.00009.001 (CL04 )

DI-OHF 07-815b Junio 2007

Canal del Dique

Nota de cálculos de estabilidad de taludes

CALAMAR

Objeto: El objeto de este documento es presentar los cálculos de estabilidad de los taludes de los canales provisionales y definitivos previstos en el proyecto, así como los cálculos de estabilidad de los tapones y las ataguías de corte. Se propone un documento descriptivo en relación con los datos de los suelos y las hipótesis formuladas para los cálculos, así como las hipótesis relacionadas con el estrato freático y los niveles del plano de agua en los canales. Se propone un análisis breve de los resultados obtenidos en relación con el nivel de las hipótesis (optimista o pesimista). Se han realizado varias series de cálculos con hipótesis de suelos más bien optimistas y otros con hipótesis de suelos más bien pesimistas.. En todos los casos, las hipótesis formuladas son probables, tal como se explica en el apartado 2. Por lo tanto, ante la falta de datos precisos relativos al proyecto y teniendo en cuenta el hecho de que las obras calculadas involucran la seguridad del lugar de la construcción y la durabilidad de las instalaciones, habrá que adoptar como mínimo, en esta fase de los estudios, las disposiciones provenientes de los cálculos con hipótesis pesimistas.


ÍNDICE

1. RECORDATORIO SOBRE LOS COEFICIENTES DE SEGURIDAD CALCULADOS.......................... 3 2. DATOS DISPONIBLES SOBRE LOS SUELOS Y LAS HIPÓTESIS FORMULADAS PARA LOS CÁLCULOS ................................................................................................................................................................. 3

2.1. DATOS DISPONIBLES Y EXPLOTACIÓN DE LOS DATOS................................................................................... 3 2.2. HIPÓTESIS OPTIMISTAS DE SUELOS PARA LA ESTABILIDAD DE LOS TALUDES ............................................... 4 2.3. HIPÓTESIS PESIMISTAS DE SUELOS PARA LA ESTABILIDAD DE LOS TALUDES................................................ 4 2.4. HIPÓTESIS SOBRE EL ESTRATO FREÁTICO, CASO DIMENSIONANTE ............................................................... 5

3. METODOLOGÍA .............................................................................................................................................. 5 4. CÁLCULOS DE LÍNEAS DE AGUA EN LOS TALUDES........................................................................... 6

4.1. CASO DE DESCENSO DEL PLANO DE AGUA DEL CANAL................................................................................. 6 4.2. INFLUENCIA SOBRE LAS HIPÓTESIS DE SUELOS ............................................................................................ 8

5. CÁLCULOS SOBRE LOS TALUDES DE LOS CANALES A 2.5 H / 1 V .................................................. 9 5.1. ZONA DE APLICACIÓN DE LOS CÁLCULOS .................................................................................................... 9 5.2. RECORDATORIO DE LA GEOMETRÍA DE LOS CANALES.................................................................................. 9 5.3. CÁLCULO 1: FASE TRABAJOS – HIPÓTESIS OPTIMISTAS DE SUELOS .............................................................. 9 5.4. CÁLCULO 2: FASE TRABAJOS – HIPÓTESIS PESIMISTAS DE SUELOS ............................................................. 11 5.5. CÁLCULO 3: FASE PERMANENTE – HIPÓTESIS OPTIMISTAS DE SUELOS – DESCENSO LENTO DEL PLANO DE AGUA .................................................................................................................................................................. 12 5.6. CÁLCULO 4: FASE PERMANENTE – HIPÓTESIS PESIMISTAS DE SUELOS – DESCENSO LENTO DEL PLANO DE AGUA .................................................................................................................................................................. 13 5.7. CÁLCULO 5: FASE PERMANENTE – HIPÓTESIS OPTIMISTAS DE SUELOS – DESCENSO RÁPIDO DEL PLANO DE AGUA .................................................................................................................................................................. 14 5.8. CÁLCULO 6: FASE PERMANENTE – HIPÓTESIS PESIMISTAS DE SUELOS – DESCENSO RÁPIDO DEL PLANO DE AGUA .................................................................................................................................................................. 15 5.9. BALANCE DE LOS CANALES CON PENDIENTES DE TALUDES A 2.5H/1V...................................................... 16

6. TALUDES DE LOS CANALES A 4 H / 1 V.................................................................................................. 17 6.1. NUEVA GEOMETRÍA DE LOS CANALES........................................................................................................ 17 6.2. HIPÓTESIS DE SUELOS................................................................................................................................ 17 6.3. PASE TRABAJOS ......................................................................................................................................... 17 6.4. FASE PERMANENTE –DESCENSO LENTO DEL PLANO DE AGUA .................................................................... 18 6.5. FASE PERMANENTE –DESCENSO RÁPIDO DEL PLANO DE AGUA................................................................... 19 6.6. BALANCE DE LA NUEVA GEOMETRÍA DE LOS CANALES.............................................................................. 20

7. CÁLCULOS SOBRE LOS TAPONES Y LAS ATAGUÍAS PROVISIONALES ...................................... 21 7.1. RECORDATORIO SOBRE LOS SUELOS .......................................................................................................... 21 7.2. HIPÓTESIS SOBRE LOS NIVELES DE AGUA................................................................................................... 21 7.3. OTRAS HIPÓTESIS ...................................................................................................................................... 22 7.4. PENDIENTES DE TALUDES A 2H/1V – DATOS OPTIMISTAS DE SUELOS ....................................................... 22 7.5. PENDIENTES DE TALUDES A 2.5H/1V – DATOS OPTIMISTAS DE SUELOS .................................................... 23 7.6. PENDIENTES DE TALUDES A 2.5H/1V – DATOS PESIMISTAS DE SUELOS ..................................................... 24 7.7. PENDIENTES DE TALUDES A 3H/1V – DATOS OPTIMISTAS DE SUELOS ....................................................... 25 7.8. PENDIENTES DE TALUDES A 3H/1V – DATOS PESIMISTAS DE SUELOS........................................................ 26 7.9. INFLUENCIA DE LA LÍNEA DE AGUA SOBRE EL TAPÓN Y CONCLUSIONES PARCIALES SOBRE LOS TAPONES PROVISIONALES ....................................................................................................................................................... 27 7.10. NUEVA GEOMETRÍA PROPUESTA................................................................................................................ 28

8. DISPOSICIONES FORMULADAS EN ESTE ESTADIO DEL PROYECTO TENIENDO EN CUENTA LOS RESULTADOS DE LOS CÁLCULOS........................................................................................................... 30


1. Recordatorio sobre los coeficientes de seguridad calculados

El método de cálculo utilizado es el método tradicional para el cálculo de la estabilidad de taludes (método de Bishop). Los coeficientes aceptables en este tipo de cálculos son los siguientes:

- 1.3 en fase provisional (fase trabajos u otra fase provisional) - 1.5 en fase permanente (trabajos terminados y obra en servicio)

2. Datos disponibles sobre los suelos y las hipótesis formuladas para los cálculos

2.1. Datos disponibles y explotación de los datos Como se precisa en el reporte « 07-168-Informe intermedio FASEP », apartado 3.5 « Estudio geotécnico », las hipótesis de suelos provienen de dos campañas efectuadas en enero y febrero de 2007. Una campaña geotécnica en la orilla derecha del Magdalena a 2 km del sitio del proyecto (en el marco de un proyecto de adecuación hacia Puerto Niño) y una campaña de geofísica en el sector de Calamar. Estas dos campañas no están localizadas en el lugar de las obras proyectadas. Se han realizado en el marco de otros proyectos y suministran solamente informaciones parciales para el dimensionamiento de las obras proyectadas. Los datos provenientes de estas campañas permiten contemplar la siguiente disposición de capas de suelos:

- de la cota del TN (aproximadamente (10.00)) a la cota (-1.00) : Limos arcillosos - de la cota (-1.00) al substrato : Arenas limosas

La campaña de geofísica indica un buzamiento probable del techo de la capa de arenas limosas en el lugar del puente de Calamar (el límite entre las dos capas « descendería » más profundamente en este lugar). Se han establecido las curvas granulométricas sobre muestras tomadas de estas dos capas reconocidas en los sondeos de Puerto Niño y se han realizado ensayos mecánicos en la segunda capa. La capa superior de limos arcillosos tiene en promedio un D80 inferior a 0.075 mm y un peso volúmico de aproximadamente 20 KN/m3. La capa de arena limosa tiene en promedio un D50 comprendido entre 0.45 mm y 2.2 mm y un D10 comprendido entre 0.06 mm y 0,2 mm. Su peso volúmico está comprendido entre 18 y 19 KN/m3. Se ha realizado un ensayo de cizalladura en una muestra de la capa de arena limosa y arroja los siguientes valores : ángulo de rozamiento φ # 30°, cohesión c # 2 KPa. En la bibliografía científica se encuentran correlaciones entre la granulometría de los suelos y su permeabilidad. Se trata de la fórmula de Hazen (1895) que permite correlacionar el D10 de un suelo arenoso con su permeabilidad. Así, a partir de esta fórmula, se puede estimar el valor de la permeabilidad de la capa de arena limosa (capa profunda) comprendida entre 3.6.10-5 m/s y 4.10-4 m/s. Siempre de acuerdo con la fórmula de Hazen, la permeabilidad de la capa superior de limos arcillosos debería ser inferior a 5.6.10-5 m/s. Estas correlaciones deben considerarse con precaución, pues aquí las condiciones son diferentes de aquellas que se han establecido.


De manera general, el conjunto de datos provenientes directa o indirectamente de los reconocimientos de suelos solo permite tomar hipótesis que abarcan valores probables de las características de los suelos. Los cálculos realizados con estas hipótesis permiten aprehender una gama demasiado amplia de situaciones probables.

2.2. Hipótesis optimistas de suelos para la estabilidad de los taludes

Las hipótesis de suelos más bien optimistas provenientes de los datos disponibles son las siguientes:

Hipótesis optimistas de suelo Cohesión Phi gamma

de TN a (-1.00) Limos arcillosos A1 - A2 5 KPa 30° 20 KN/m3

de (-1.00) a substrato Arenas limosas B 2 KPa 30° 19 KN/m3

Estás hipótesis son marcadamente positivas, porque se han tomado valores promedios provenientes de los estudios suministrados por el cliente. Los casos con estas hipótesis no corresponden a los casos más desfavorables que podrían presentarse. El valor 5 KPa para la cohesión en los limos arcillosos se ha fijado arbitrariamente, observando la medición en la capa inferior de las curvas granulométricas. La proporción de elementos finos en esta capa de suelo puede conferirle a esta capa cierta cohesión, pero habría que verificarlo mediante ensayos en las muestras. A la espera de dichos ensayos, no se puede pronunciar sobre el carácter envolvente del valor propuesto.

2.3. Hipótesis pesimistas de suelos para la estabilidad de los taludes

Las hipótesis pesimistas de suelos son las siguientes :

Hipótesis pesimistas de suelo Cohesión Phi gamma



Estas hipótesis son más bien pesimistas pero realistas, teniendo en cuenta los elementos suministrados por las compañías de suelos disponibles. Los cálculos con estas hipótesis corresponden a casos desfavorables pero probables. Los cálculos para las gravas que provienen de suministros exteriores son los siguientes:

Hipótesis gravas de suministro exterior Cohesión Phi gamma

gravas 0 KPa 33° 22 KN/m3


Habrá que retomar el conjunto de los cálculos de estabilidad con los elementos suministrados por las campañas topográficas y las campañas de suelo adaptadas, recomendadas por CNR con el fin de optimizar el proyecto.

2.4. Hipótesis sobre el estrato freático, caso dimensionante Infortunadamente no se dispone de datos de tipo piezométrico sobre el estrato freático en la zona del proyecto. Solamente se conocen los valores de la cota del plano de agua del Río Magdalena y del Canal Del Dique. La cota más elevada conocida que han alcanzado el Río Magdalena y el Canal Del Dique en Calamar es (8.60) msnm. No se puede dar un valor máximo y un valor mínimo alcanzados por el estrato freático. Sin embargo, en los cálculos se propone mantener como cota del estrato freático el valor correspondiente al nivel máximo conocido que ha alcanzado el Magdalena en Calamar, o sea la cota (8.60) msnm. Es el caso más dimensionante. Para los cálculos de estabilidad en fase trabajos, se considera que se podrá rebajar la cota provisionalmente a la cota (5.00) msnm.

3. Metodología Se proponen varias series de cálculos. Una primera serie permite simular las líneas de agua en los taludes de los canales en caso de descenso del plan de agua del canal. Las velocidades simuladas del descenso del plano de agua varían entre las velocidades actualmente conocidas sobre el Canal Del Dique (en promedio 2 mm/h con un máximo del orden de 1 cm/h) y las velocidades esperadas como consecuencia de la regulación del caudal de entrada del canal después de los trabajos (velocidades del orden de 18 cm/h) Los cálculos se efectúan con varios juegos de permeabilidades provenientes de los datos de reconocimientos disponibles (fórmula de Hazen). . El interés de estos cálculos tiene que ver, por una parte, con apreciar mejor si los suelos propuestos son coherentes con las observaciones del terreno (especialmente el hecho de que las orillas actuales del Canal del Dique, cuya geometría se conoce de manera aproximada, son consideradas estables) y, por otra parte, con la formulación de hipótesis sobre el estrato freático para las simulaciones de estabilidad de las orillas de los futuros canales. Se realiza una segunda serie de cálculos que permiten apreciar la estabilidad en las diferentes situaciones de los taludes de los canales del proyecto (canal de navegación provisional y canales de traída y de salida de la obra de regulación). Se utilizan los dos juegos de hipótesis y se determinan los datos de estrato en función de los resultados de las simulaciones precedentes. Finalmente, se propone una serie de cálculos de estabilidad para los tapones provisionales y las ataguías para la realización de la esclusa, obras provisionales que comprometen la seguridad del lugar de la construcción.


4. Cálculos de líneas de agua en los taludes

4.1. Caso de descenso del plano de agua del canal

4.1.1. Descenso de 2 mm/h La velocidad de 2 mm/h corresponde al promedio de las velocidades de variaciones del plano de agua del Canal Del Dique entre 1988 y 1991. La geometría de las orillas de los canales proyectados se toma como idéntica a la geometría actual de las orillas del Canal Del Dique, o sea 2.5H/1V. Las hipótesis de suelos utilizadas para estas simulaciones son las hipótesis pesimistas. Se han realizado algunos cálculos con las siguientes permeabilidades para los suelos en el lugar:

- capa de limos arcillosos : 10-4 m/s - capa de arenas limosas : 10-3 m/s

luego


y


En un primer momento se simula el estrato freático en el suelo como consecuencia de un descenso del plano de agua de la cota (5.00) a la cota (4.00). En un segundo momento, se evalúa la estabilidad de la orilla con los niveles calculados de estrato. Los cálculos de estabilidad arrojan los siguientes resultados: 1er juego de permeabilidades: entre 0.99 y 1.03 2do juego de permeabilidades: entre 0.99 y 1.03 3er juego de permeabilidades: entre 0.99 y 1.02 Las diferencias entre los tres juegos de permeabilidad son mínimas puesto que la amplitud del descenso simulado del plano de agua es débil (se hubieran observado diferencias más considerables simulando un descenso de la cota (7.00) a la cota (1.00), por ejemplo).

4.1.2. Descenso de 1 cm/h La velocidad de 1 mm/h corresponde a la velocidad máxima de variación del plano de agua del Canal Del Dique entre 1988 y 1991. La geometría de las orillas de los canales proyectados se toma como idéntica a la geometría actual de las orillas del Canal Del Dique, o sea 2.5H/1V. Las hipótesis de suelos utilizadas para estas simulaciones son las hipótesis pesimistas. Se han realizado algunos cálculos con las siguientes permeabilidades para los suelos en el lugar:



luego


y


En un primer momento se simula el estrato freático en el suelo como consecuencia de un descenso del plano de agua de la cota (5.00) a la cota (4.00). En un segundo momento, se evalúa la estabilidad de la orilla con los niveles calculados de estrato. Los cálculos de estabilidad arrojan los siguientes resultados: 1er juego de permeabilidades: entre 0.99 y 1.03 2do juego de permeabilidades: entre 0.99 y 1.02 3er juego de permeabilidades: entre 0.98 y 1.01 Las diferencias entre los tres juegos de permeabilidad son mínimas puesto que la amplitud del descenso simulado del plano de agua es débil (se hubieran observado diferencias más considerables simulando un descenso de la cota (7.00) a la cota (1.00), por ejemplo).

4.1.3. Descenso de 18 cm/h La velocidad de 18 cm/h corresponde a la serie alta de las velocidades de variaciones del plano de agua que se podría observar como consecuencia de la construcción de la obra de regulación en el Canal Del Dique. Sin embargo, en función de los resultados de los cálculos, las condiciones de explotación podrían adaptarse para garantizar la estabilidad de los taludes de los canales. La geometría de las orillas de los canales proyectados se toma como idéntica a la geometría actual de las orillas del Canal Del Dique, o sea 2.5H/1V. Las hipótesis de suelos utilizadas para estas simulaciones son las hipótesis pesimistas. Se han realizado algunos cálculos con las siguientes permeabilidades para los suelos en el lugar:


luego


En un primer momento se simula el estrato freático en el suelo como consecuencia de un descenso del plano de agua de la cota (8.60) a la cota (1.00). En un segundo momento, se evalúa la estabilidad de la orilla con los niveles calculados de estrato.


Los cálculos de estabilidad arrojan los siguientes resultados: 1er juego de permeabilidades: entre 0.89 y 1.04 2do juego de permeabilidades: entre 0.86 y 1.05 Las diferencias entre los tres juegos de permeabilidad son mínimas puesto que la amplitud del descenso simulado del plano de agua es débil (se hubieran observado diferencias más considerables simulando un descenso de la cota (7.00) a la cota (1.00), por ejemplo).

4.2. Influencia sobre las hipótesis de suelos Los dos primeros cálculos arrojan resultados en el límite de la estabilidad. Ahora bien, las hipótesis formuladas de geometría y de descenso de plano de agua para los cálculos son comparables a la situación del canal actual. Dado que las orillas del canal actual se han considerado estables, se puede pensar que las hipótesis pesimistas de suelos que se han realizado son demasiado pesimistas frente a la realidad. En este caso, el estado actual del canal indica una cohesión probable de los suelos que forman las orillas, pero dado que ésta no ha sido medida en absoluto, no se puede contar con ningún dato para dimensionar las orillas aguas abajo de la obra de regulación. También es posible que el ángulo de rozamiento de 22° adoptado en los cálculos para la capa superior de limos arcillosos sea un poco débil. Este valor es un valor promedio en este tipo de suelo y por ello se ha conservado ante la falta de datos. Sin embargo, se propone efectuar la secuencia de cálculos conservando las mismas hipótesis de suelo hasta el momento, teniendo en cuenta que éstas son más pesimistas que la realidad a priori. La tercera serie de cálculos (descenso de la velocidad de 18 cm/h) muestra que la estabilidad de las orillas es muy sensible a las condiciones hidrogeológicas. Un buen conocimiento de la hidrología del lugar y de la permeabilidad de los suelos será indispensable para la continuación del proyecto.


5. Cálculos sobre los taludes de los canales a 2.5 H / 1 V

5.1. Zona de aplicación de los cálculos Los cálculos efectuados se aplican a las partes nuevas del futuro canal (canal de navegación provisional y canales de traída y de salida de la obra de regulación). Sobre todo en esta zona se observarán los fenómenos de variaciones estudiadas de plano de agua (casos dimensionantes). Un modelo matemático 1D permitirá determinar más precisamente la distancia de aplicación de estos fenómenos.

5.2. Recordatorio de la geometría de los canales La geometría inicial de los canales del proyecto (aguas abajo directamente en la obra de regulación) se considera idéntica a la del Canal Del Dique :

- Cota del fondo : (-1.00) msnm - Cota del TN : de (9.00) a (10.00) msnm (en los cálculos se ha tomado (10.00) msnm) - Pendiente de los taludes 2.5 H / 1 V

5.3. Cálculo 1: fase trabajos – hipótesis optimistas de suelos

5.3.1. Hipótesis Esta simulación corresponde a una fase de trabajos, el estrato freático en los accesos de la excavación será disminuida en el momento de los trabajos a la cota (5.00) (o aún más si se requiere). Durante la realización de los canales, en la excavación, se prevé disminuir el estrato a una cota ligeramente inferior a (-1.00) para nivelar en seco. Entonces el estrato pasa de la cota (5.00) a la cota (-1.00) en los taludes. En vista de los cálculos de líneas de agua del apartado 4, la línea de agua en los taludes corresponde a suelos muy permeables. Con suelos poco permeables, se podría alcanzar una línea de agua similar con un transcurso de tiempo de disminución muy prolongado. El nivel exterior (en la excavación) es (-1.00). Una sobrecarga de salida 10KPa (o sea 1 t/m2) se impone en la cresta de los taludes con el fin de modelar la presencia de máquinas pesadas en el lugar de construcción (esta hipótesis no es muy desfavorable, ya que los círculos de rotura calculados pasan precisamente a nivel de la cresta de los taludes y casi no tienen en cuenta esta sobrecarga). Las hipótesis de suelos para el cálculo son las hipótesis optimistas.


5.3.2. Resultados El siguiente esquema ilustra la posición del estrato utilizado (trazo azul fino) y el resultado del cálculo:

El resultado de este cálculo suministra un coeficiente de seguridad de 1.46, lo cual es aceptable puesto que se encuentra en una fase de trabajos, o sea provisional.


5.4. Cálculo 2: fase trabajos – hipótesis pesimistas de suelos

5.4.1. Hipótesis Los datos de entrada de cálculo son los mismos que en el cálculo precedente, menos en lo se refiere a las hipótesis de suelo. Las hipótesis de suelos para el cálculo son las hipótesis pesimistas.


El resultado de este cálculo suministra un coeficiente de seguridad de 1.05, lo que no es aceptable.


5.5. Cálculo 3: fase permanente – hipótesis optimistas de suelos – descenso lento del plano de agua

5.5.1. Hipótesis El caso propuesto corresponde a un descenso lento del plano de agua aguas abajo directamente en la obra de regulación (velocidad del orden de cm/h, similar a las velocidades conocidas actualmente en el canal) entre la cota (8.60) msnm y la cota (1.00) msnm (nivel mínimo podría alcanzarse en el canal). El efecto del descenso lento del plano de agua repercute en la modelación del estrato freático por una proyección del mismo tipo que la de la fase de trabajos pero menos importante, puesto que el nivel inferior alcanzado es (1.00) msnm. Esta modelación corresponde a terrenos más bien permeables, lo cual es optimista en cuanto al problema de la estabilidad de los taludes. El nivel exterior es (1.00). Una sobrecarga de salida 10KPa (o sea 1 t/m2) se impone en la cresta de los taludes con el fin de modelar la presencia de máquinas pesadas en la ruta que rodea el canal (esta hipótesis no es muy desfavorable, ya que los círculos de rotura calculados pasan precisamente a nivel de la cresta de los taludes y casi no tienen en cuenta esta sobrecarga). Las hipótesis de suelos para el cálculo son las hipótesis optimistas.



El resultado de este cálculo arroja un coeficiente de seguridad de 1.28, lo cual no es aceptable, puesto que se encuentra en una fase definitiva que corresponde a un caso de explotación no excepcional.

5.6. Cálculo 4: fase permanente – hipótesis pesimistas de suelos – descenso lento del plano de agua



El resultado de este cálculo arroja un coeficiente de seguridad de 0.90, lo cual no es aceptable.


5.7. Cálculo 5: fase permanente – hipótesis optimistas de suelos – descenso rápido del plano de agua

5.7.1. Hipótesis El caso propuesto corresponde a un descenso rápido del plano de agua aguas abajo directamente en la obra de regulación (velocidad del orden de 18 cm/h, similar a las velocidades esperadas como consecuencia de la implantación de la obra de regulación) entre la cota (8.60) msnm y la cota (1.00) msnm (nivel mínimo previsto podría obtenerse en el canal). El efecto del descenso rápido del plano de agua repercute en la modelación del estrato freático por un estrato no proyectado y crecidas de agua en los taludes en la cota (8.60) msnm. El nivel exterior es (1.00). Una sobrecarga de salida 10KPa (o sea 1 t/m2) se impone en la cresta de los taludes con el fin de modelar la presencia de máquinas pesadas en la ruta que rodea el canal (esta hipótesis no es muy desfavorable, ya que los círculos de rotura calculados pasan precisamente a nivel de la cresta de los taludes y casi no tienen en cuenta esta sobrecarga). Las hipótesis de suelos para el cálculo son las hipótesis optimistas.


El resultado de este cálculo arroja un coeficiente de seguridad de 0.99, lo cual no es aceptable, aunque eventualmente podría considerarse como una fase provisional excepcional (por contemplar según las consignas de explotación de la obra de regulación del caudal).


5.8. Cálculo 6: fase permanente – hipótesis pesimistas de suelos – descenso rápido del plano de agua



El resultado de este cálculo arroja, para el círculo de deslizamiento más desfavorable, el coeficiente de seguridad de 0.65. Este valor no es aceptable.


5.9. Balance de los canales con pendientes de taludes a 2.5H/1V Los cálculos realizados y especialmente las hipótesis sobre los niveles de agua modelados corresponden a situaciones completamente probables aguas abajo de la obra de regulación y abarcan una gama amplia de situaciones. Ahora bien, los cálculos suministran resultados que pueden considerarse como satisfactorios. En este estadio del estudio, conviene garantizar la estabilidad de los taludes de los canales aguas abajo de la obra de regulación al optimizar su geometría. Algunas soluciones podrían mejorar la estabilidad:

- prever un reparo de fajinas y estacas al pie de los taludes - prever pendientes menos empinadas de los taludes - prever drenajes masivos al pie de los taludes con el fin de mejorar la proyección del

estrato en caso de descenso del plano de agua (sobre todo descenso rápido) - prever protecciones de grava que tendrán una función tanto estabilizadora como de

drenaje Según las modificaciones adoptadas, habrá que validarlas mediante nuevos cálculos de estabilidad.


6. Taludes de los canales a 4 H / 1 V

6.1. Nueva geometría de los canales Se propone una nueva geometría para los canales aguas arriba y río debajo de la obra de regulación:

- Cota del fondo : (-1.00) msnm - Cota de TN : de (9.00) a (10.00) msnm (en los cálculos se ha tomado (10.00) msnm) - Pendiente de los taludes 4 H / 1 V

6.2. Hipótesis de suelos La serie de cálculos con la nueva geometría se ha efectuado solamente con las hipótesis pesimistas de suelos (el caso más dimensionante).

6.3. Pase trabajos

6.3.1. Hipótesis Los datos de entrada de este cálculo son idénticos a los del cálculo No. 2.



El resultado de este cálculo suministra un coeficiente de seguridad de 1.51, lo cual es aceptable.

6.4. Fase permanente –descenso lento del plano de agua



El resultado de este cálculo arroja un coeficiente de seguridad de 1.23, lo cual no es aceptable, puesto que se encuentra en una fase definitiva que corresponde a un caso de explotación no excepcional. Teniendo en cuenta la fase de descenso del plano de agua como provisional (a largo plazo el estrato termina por equilibrarse con el plano de agua), el coeficiente calculado es aceptable en el límite de los aceptable.


6.5. Fase permanente –descenso rápido del plano de agua



El resultado de este cálculo arroja, para el círculo de deslizamiento más desfavorable, el coeficiente de seguridad de 0.89. Aunque pueda considerarse eventualmente como una fase provisional excepcional (por contemplar según las consignas de explotación de la obra de regulación del caudal), este valor no es aceptable.


6.6. Balance de la nueva geometría de los canales Los cálculos se efectúan con hipótesis pesimistas de suelos (a priori demasiado pesimistas según los cálculos del apartado 4)y producen resultados aceptables para la fase provisional de trabajos. . En lo que se refiere a la disminución del plano de agua, los cálculos arrojan coeficientes de estabilidad inaceptables, incluso teniendo en cuenta estas fases como una fase provisional (coeficiente límite par el descenso lento). Sin embargo, las líneas de agua modeladas solamente se basan en hipótesis y no en mediciones precisas adaptadas al proyecto. De manera general, se constata una gran sensibilidad del modelo al nivel del estrato freático sobre el cual se tienen muy pocos datos. Entonces habría que afinar los datos sobre el estrato freático y la permeabilidad del los suelos en el lugar. Ante la ausencia de datos más preciso, habrá que prever dispositivos estabilizadores de drenaje que permitan una proyección rápida del estrato en los taludes en caso de descenso del plano de agua. Aquí se propone un cálculo con la misma geometría de los taludes (4H/1V) y una protección de drenaje de grava en los taludes, asentada en una pendiente a 3H/1V. Esta proyección permite sobre todo una proyección rápida del estrato en esta capa muy permeable. El resultado del cálculo en el caso de del vaciado rápido es el siguiente:

El resultado de este cálculo suministra un coeficiente de seguridad de1.31, lo cual es aceptable si se considera esta situación como una fase provisional. De manera general, parecería acertado favorecer el drenaje o la proyección del estrato en los taludes de los canales.


7. Cálculos sobre los tapones y las ataguías provisionales Se trata de tapones provisionales que serán retirados en el momento de la puesta en servicio de los canales (duración de vida aproximadamente 3 meses a nivel de las obras de regulación) así como las ataguías que serán colocadas para la construcción de la esclusa (duración de vida aproximadamente 4 meses). Están compuestos por suelos del lugar para los tapones provisionales o los materiales provenientes de escombros para las ataguías. Para las ataguías, también se prevén llaves aguas arriba y aguas abajo en grava con la función de protección y la función de drenaje. El objetivo de estos cálculos es determinar qué forma darle a estos tapones para que tengan buena seguridad (estabilidad) en fase de trabajos y con el fin de determinar cuál podrá ser su volumen mínimo (puesto que serán levantados bajo el agua).

7.1. Recordatorio sobre los suelos Los cálculos se efectúan con dos juegos de hipótesis de suelos, el uno sobre todo optimista y el otro pesimista. Los datos utilizados de suelos son los siguientes:

Hipótesis optimistas de suelo Cohesión Phi gamma



de una parte y :

Hipótesis pesimistas de suelo Cohesión Phi gamma



de otra parte. Las hipótesis utilizadas para las gravas provenientes de suministros exteriores (canteras) son las siguientes:

Hipótesis gravas de suministro exterior Cohesión Phi gamma

Gravas 0 KPa 33° 22 KN/m3

7.2. Hipótesis sobre los niveles de agua Solamente se modela un caso relacionado con los niveles de agua : el más desfavorable a priori.

- Nivel proyectado en la excavación del canal : (-1.00) msnm - Nivel elevando costado del canal tomado en el nivel histórico : (8.60) msnm - Línea de agua en el dique (el tapón) : proyectada regularmente de la cota (8.60) a la

cota (-1.00), a falta de datos más precisos


7.3. Otras hipótesis Una sobrecarga de salida 10KPa (o sea 1 t/m2) se impone en la cresta de los taludes con el fin de modelar la presencia de máquinas pesadas en el lugar de construcción (esta hipótesis no es muy desfavorable, ya que los círculos de rotura calculados pasan precisamente a nivel de la cresta de los taludes y casi no tienen en cuenta esta sobrecarga).

7.4. Pendientes de taludes a 2H/1V – Datos optimistas de suelos El tapón está concebido de la siguiente manera:

- Cota del fondo costado excavación y costado canal : (-1.00) msnm - Cota de TN (cresta del dique) : de (9.00) a (10.00) msnm (en los cálculos se ha tomado

(10.00) msnm) - Pendiente de los taludes 2 H / 1 V - Anchura en la cresta : 10 m


El resultado de este cálculo suministra un coeficiente de seguridad de 1.17, lo cual no es aceptable incluso en la fase provisional. El cálculo con las hipótesis pesimistas no es necesario para descartar esta geometría.


7.5. Pendientes de taludes a 2.5H/1V – Datos optimistas de suelos

El tapón está diseñado de la siguiente manera:


(10.00) msnm) - Pendiente de los taludes 2.5 H / 1 V - Anchura en la cresta : 10 m


El resultado de este cálculo suministra un coeficiente de seguridad de 1.33, lo cual es aceptable, ya que se halla en la fase provisional.


7.6. Pendientes de taludes a 2.5H/1V – Datos pesimistas de suelos



(10.00) msnm) - Pendiente de los taludes 2.5 H / 1 V - Anchura en la cresta : 10 m


El resultado de este cálculo arroja, para el círculo de deslizamiento más desfavorable, un coeficiente de seguridad de 0.94, lo cual es inaceptable.


7.7. Pendientes de taludes a 3H/1V – Datos optimistas de suelos El tapón está diseñado de la siguiente manera:




El resultado de este cálculo suministra un coeficiente de seguridad de 1.49, lo cual es aceptable, ya que se halla en la fase provisional.


7.8. Pendientes de taludes a 3H/1V – Datos pesimistas de suelos





El resultado de este cálculo arroja un coeficiente de seguridad de 1.08, lo cual no es aceptable.


7.9. Influencia de la línea de agua sobre el tapón y conclusiones parciales sobre los tapones provisionales

Es difícil apreciar cuál es la línea de agua más probable en el cuerpo de tapones y ataguías, puesto que necesariamente habrá heterogeneidad en los materiales constitutivos de estas obras. Se puede considerar que la línea modelada anteriormente es el caso promedio. En efecto, los materiales constitutivos de los tapones son materiales más bien finos que deberían permitir una proyección del estrato a través del cuerpo del dique (tapón o ataguía). Sin embargo, ante la ausencia de drenaje aguas abajo del dique, es posible que la línea solo sea poco proyectada, incluso en los materiales finos. De esta manera se ha efectuado una serie de cálculos que permiten medir la influencia de esta línea de agua en el cuerpo del dique. Los cálculos se efectúan con las hipótesis pesimistas de suelos en el caso de un tapón con pendientes de taludes a 3H/1V. Se han probado cinco casos de líneas de agua. Los resultados son los siguientes:

N° Descripción el caso Coeficiente del

círculo de deslizamiento global

más desfavorable 1 Línea de agua poco proyectada, resurgencia en el talud 0.89 2 Línea de agua media (caso presentado en § 5.8) 1.08 3 Proyección media 1.22 4 Buena proyección 1.25

5 Proyección total (línea de agua horizontal el la parte aguas abajo del dique) 1.33

El caso No. 1 es desfavorable. EL caso No. 5 es un caso ideal que requeriría un drenaje muy bueno aguas abajo. Se observa que para una misma geometría y con las mismas características mecánicas de los suelos, se puede tener una situación muy inestable o una situación casi estable. Estos cálculos también indican que la proyección de la línea de agua sobre el cuerpo del dique es un factor importante de estabilidad. Los casos No. 1 a 4 no son aceptables en términos de estabilidad, incluso si los tapones y las ataguías se consideran como obras provisionales. De cualquier forma, ante la falta de datos precisos sobre los suelos del lugar, habrá que considerar una línea de agua más bien desfavorable para las elecciones de las disposiciones constructivas del proyecto. De acuerdo con las disposiciones constructivas adoptadas, especialmente en términos de drenaje al pie aguas abajo del dique, entonces se podrán considerar razonablemente los casos 1 a 4. El cálculo del apartado 7.8 ha mostrado que la geometría estudiada más desfavorable (pendientes de taludes a 3H/1V) no permite alcanzar un coeficiente de estabilidad satisfactorio. La línea de agua modelada en este cálculo es más coherente con el hecho de que los materiales constitutivos del cuerpo del dique son finos, pero que no hay dispositivo de drenaje aguas abajo. Entonces se propone realizar un cálculo con llaves de grava añadidas de una y otra parte del dique. Estas llaves de grava tendrán un papel de protección, un papel estabilizador por su peso y también un papel de drenaje.


7.10. Nueva geometría propuesta En adelante se consideran las siguientes disposiciones geométricas para los tapones y las ataguías:

- Núcleo en limo (materiales en el lugar o materiales de lugares diversos en el agua) con pendientes a 3H/1V

- Protecciones aguas arriba y aguas abajo en grava : se prueban varias pendientes para estas llaves de grava : 4H/1V y 5H/1V.

- Drenaje al pie de la ataguía (lo que favorece la proyección de la línea de agua en el dique) - Anchura en la cresta: 10 m

Se utilizan las hipótesis pesimistas de suelos para los materiales del lugar.

7.10.1. Llaves de grava con una pendiente a 4H/1V La línea de agua que se toma en cuenta en este cálculo no está proyectada en el cuerpo del dique de materiales finos (hipótesis más bien desfavorable). Se modela una proyección a nivel de la llave de grava aguas abajo para tener en cuenta el efecto de drenaje. El resultado del cálculo es el siguiente:

El resultado de este cálculo arroja un coeficiente de seguridad de 1.46, lo cual es aceptable en la fase provisional y en el límite de la fase permanente. Si la función de drenaje de la llave de grava aguas abajo no funciona (no hay proyección en la llave de grava), el coeficiente calculado es 1.33, lo cual sigue siendo aceptable en la pase provisional pero no en la fase permanente.


7.10.2. Llaves de grava con una pendiente a 5H/1V La línea de agua que se toma en cuenta en este cálculo no está proyectada en el cuerpo del dique de materiales finos (hipótesis más bien desfavorable). Se modela una proyección a nivel de la llave de grava aguas abajo para tener en cuenta el efecto de drenaje. El resultado del cálculo es el siguiente:

El resultado de este cálculo suministra un coeficiente de seguridad de 1.97, lo cual es aceptable en fase provisional y permanente. Si la función de drenaje de la llave de grava aguas abajo no funciona (no hay proyección en la llave de grava), el coeficiente calculado es 1.60, lo que sigue siendo aceptable. Una situación incluso más degradada con resurgencia de agua en los taludes aguas abajo a media altura, por ejemplo (llave de drenaje de grava taponada), lo cual en todo caso es poco probable, arroja un coeficiente de estabilidad de 1.42, lo cual es aceptable en la fase provisional.


8. Disposiciones formuladas en este estadio del proyecto teniendo en cuenta los resultados de los cálculos

El conjunto de los cálculos efectuados muestra gran sensibilidad a las líneas de agua en los taludes y cuerpos de dique. Ahora bien, se dispone de pocos datos sobre los suelos en relación con la hidrología (especialmente permeabilidad). Las hipótesis que se han formulado para los cálculos están sujetas a fuertes variaciones. Se recomienda mucho realizar reconocimientos precisos sobre los sitios de implantación de las obras con ensayos in situ o en laboratorio que permitan caracterizar el comportamiento del estrato en los suelos del lugar. Ante la falta de datos más precisos que los disponibles actualmente y teniendo en cuenta que estos comprometen la durabilidad y la seguridad de las obras, la única opción en esta etapa del proyecto es elegir las disposiciones que arrojan coeficientes satisfactorios. Estas disposiciones son las siguientes: Taludes de los canales del proyecto aguas abajo directamente en la obra de regulación:

- Pendientes de las excavaciones a 3H/1V - Protección de los drenajes de grava : pendientes a 4H/1V

Taludes de los canales del proyecto en las zonas más alejadas de la obra de regulación (por validar mediante un cálculo 1D del canal):

- Pendientes de las excavaciones a 4H/1V Tapones provisionales y ataguías para la esclusa:

- Núcleo en limo (materiales en el lugar o materiales de lugares diversos en el agua) con pendientes a 3H/1V

- Protecciones de grava aguas arriba y aguas abajo: pendientes a 5H/1V. - Drenaje al pie aguas abajo - Anchura en la cresta: 10 m

Reconocimientos más precisos permitirán optimizar el proyecto, la cantidad de excavaciones y el costo de las obras. Estos reconocimientos deberán llevar a un mejor conocimiento de la estratigrafía de los suelos en el lugar de las obras proyectadas, un mejor conocimiento de cada capa de suelo (ángulo de rozamiento, cohesión, permeabilidad) y un mejor conocimiento de la hidrología del lugar.

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