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I

S.E.M.R.

JORNADA TÉCNICA 2013 CIMENTACIONES DE PRESAS DE FÁBRICA EN

MEDIOS ROCOSOS

EFECTOS DEBIDOS AL DRENAJE EN CIMIENTOS DE PRESAS DE FÁBRICA CONSECUENCIA DE

EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS

Dr. Roger Bremen Dr.Giovanni Lombardi.

Lombardi Engineering Ltd.

19/04/2013

1

Efectos debidos al drenaje en cimientos de presas de fábrica consecuencia de excavaciones subterráneas

Dr. R. Bremen / Dr G. Lombardi

Madrid,17 de Abril de 2013

2 Lombardi SA Ingenieros Consultores, 17 de Abril de 2013 PPT 1

Índice

1. Antecedentes

2. Túnel de base de San Gotardo

3. Presas afectadas

4. Fenómenos básicos

5. Cálculos / Análisis (FES)

6. Situaciones particulares

7. Conclusiones generales

19/04/2013

2


Altura : 156 m

L.Coronación : 256 m

Embalse : 51 mio.m³

Año de constr : 1957

1. Antecedentes Presa de Zeuzier. Primer caso conocido de presa afectada en forma substancial por deformaciones del macizo causadas por la excavación de un túnel (1978/79).


1. Antecedentes Presa de arco de Zeuzier – Deformaciones permanentes

19/04/2013

3


Presa de Zeuzier

Tunel de investigación

1. Antecedentes Presa de arco de Zeuzier – Corte geologico


1. Antecedentes Presa de arco de Zeuzier – Infiltraciones y deformaciones

19/04/2013

4


1. Antecedentes Túnel de autopista del San Gottardo (17 km) Asentamientos superficiales después de la construcción del túnel.


2.Túnel de base de San Gotardo Posibles interferencias con las presas existentes en la zona

todas las presas son presas bóveda

Altura Presa

Presas Túnel Alp Transit

pozo de investigación Piora

Lötschberg Gotardo

19/04/2013

5


Leyenda: Eje GBT Nivelación: en superficie subterráneo

2. Túnel de base de San Gotardo Red geodésica en superficie y subterranea


Ubicación de los puntos de nivelación,

puntos taquimetría y estaciones de GPS

2. Túnel de base de San Gotardo Desplazamiento vertical absoluto a lo largo del túnel

19/04/2013

6


2. Túnel de base de San Gotardo Evolución de la curva de asentamiento - Nivelación



19/04/2013

7





19/04/2013

8


2.Túnel de base de San Gotardo Evolución de la curva de asentamiento - Nivelación


2.Túnel de base de San Gotardo Evolución de la curva de asentamiento - Nivelación

19/04/2013

9





19/04/2013

10


2. Túnel de base de San Gotardo Asentamientos absolutos a lo largo del túnel

Altu

ra s

obre

el n

ivel

del

mar

[m s

.n.m

.]

coordinar [m]

Dife

renc

ia e

ntre

los

desp

laza

mie

ntos

ver

tical

es d

esde

200

2 [m

m ]


2. Túnel de base de San Gotardo Asientamientos verticales Presa Nalps hasta 2011

Altu

ra s

obre

el n

ivel

del

mar

[m s

.n.m

.]

coordinar Y [m]

Dife

renc

ia e

ntre

los

desp

laza

mie

ntos

ver

tical

es d

esde

200

2 [m

m ]

Este Oeste

19/04/2013

11


2006

2007

2008

2009

2010

2011

2.Túnel de base de San Gotardo Sección de la presa Nalps – Vuelco hacia el oriente

mínimo

2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

Vert

ikal

bew

egun

gim

Verg

leic

hzu

2002

[mm

]

20

16

20

05

01

07

20

15

10

11

10

3

34

.6

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

Höh

eüb

erM

eer[

m]

703000 702500 702000 701500 701000 700500Koordinate [m]

Ost West

GBT 450 m tiefer

2009

2010

2010

Auswahl NivellementdatenStollen Sta. Maria-Nalps, Curnera-Nalps & Mauerfuss

2005

2006

2007

2008

Nicht in Auswertungeinbezogene Datenmit Bezeichnung

Ausgleichskurve

2016

Lokale Minima

Krone

Fuss

Stollen Sta. Maria - Nalps Stollen Curnera - Nalps

Altu

ra s

obre

el n

ivel

del

mar

[m s

.n.m

.]

mov

imie

ntos

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tical

es e

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on 2

002

[mm

]

coordinar [m]

Dife

renc

ia e

ntre

los

desp

laza

mie

ntos

ver

tical

es d

esde

200

2 [m

m ] Oeste Este

PPT 1 22 LombaLombardi AG Ingenieros Consultores, 17. Abril 2013

Diferencias transversales

cierre -2-4 mm

2. Presas afectadas – Nalps Levantamiento superficial - Taquimetría

D

ifere

ncia

s tra

sver

sale

s [m

m]

19/04/2013

12


Diferencias en altitud

2006 – 2014 Δh = 6 mm

2. Presas afectadas – Nalps Levantamiento superficial - Taquimetría

Dife

renc

ias

en a

ltitu

d [m

m]


Diferencias transversales

2. Presas afectadas – Sta. Maria Levantamiento superficial - Taquimetría

Dife

renc

ias

trasv

ersa

les

[mm

]

19/04/2013

13


Diferencias en altitud

2. Presas afectadas – Sta. Maria Levantamiento superficial - Taquimetría

Dife

renc

ias

en a

ltitu

d [m

m]


Presa

Extensión máxima (horizontal)

[mm]

Compresión máxima (horizontal)

[mm]

Deslizamiento (horizontal)

[mm] Nalps 10 50 20

Sta. Maria 15 35 16 Curnera 20 70 64

2. Presas afectadas Limites de los desplazamientos elásticos en la coronación

derecha

izquierda

Aguas arriba

punto de rotación

Aguas abajo

19/04/2013

14


ES:

3. Fenómenos básicos Influencia de una galería sobre un acuífero en un macizo rocoso


QTotale = f (K, P, p)

3. Fenómenos básicos Influencia de la excavación de una galería sobre el nivel freático

19/04/2013

15


RQdttV

t

t

N

2

1 0

)(Q = caudal en entrada en la galería

R = Recarga en la zona del modelo

Q

R

R

Löw, 1999

3. Fenómenos básicos Drenaje neto de las aguas en los poros


4. Cálculos / Análisis (FES) Modelo básico simplificado

asentamiento

Nivel freatico libre Nivel freatico fijo

túnel de base ( 500 m s.n.m)

19/04/2013

16


A – Distribución hidrostática

B – Distribución sin bajar el nivel freático

C – Distribución bajando el nivel freático

4. Cálculos / Análisis (FES) Distribución hidrostática

túnel de base ( 500 m s.n.m)


3. Fenómenos básicos Asentamiento característico debido al drenaje de un macizo rocoso

19/04/2013

17


Qinicial = f (K, Pinicial)

Qfinal = f (K, N)

DT = ? Infiltración total

3. Fenómenos básicos Infiltraciones debidas a la excavación en una zona permeable


Relación tensión-deformación de un macizo fisurado según el modelo FES

4. Cálculos / Análisis (FES) (Fractured-Elastic-Saturated Model)

19/04/2013

18


4. Cálculos / Análisis (FES) Modelación del macizo rocoso según FES


tens

ión

[MP

a]

deformación [o/oo] 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

0

50

25

75

100

125

150

trasversal

longitudinal

vertical

4. Cálculos / Análisis (FES) Relación tensión-deformación en las tres direcciones cardinales

19/04/2013

19


perm

eabi

lidad

[m

/s]

Tensión efectiva [MPa]

trasversal

longitudinal

vertical

1.E-11

1.E-10

1.E-09

1.E-08

1.E-07

1.E-06

0 10 20 30 40 50 60

4. Cálculos / Análisis (FES) Influencia de las tensiones sobre la permeabilidad del macizo rocoso en las tres direcciones cardinales


4. Cálculos / Análisis (FES) Modelo geométrico de las presas Nalps y Curnera

19/04/2013

20


Embalse Nalps 1’908 m s.n.m.

Embalse Curnera 1’958 m s.n.m.

12‘144 elementos 13‘892 nodos

[m s.n.m.]

4. Cálculos / Análisis (FES) Modelo geométrico de las presas Nalps y Curnera


4. Cálculos / Análisis (FES) Modelo geométrico de la presa Sta. Maria

19/04/2013

21


4. Cálculos / Análisis (FES) Asentamientos verticales durante la excavación en la discontinuidad 40b

Discontinuidad 40b

Macizo de Gotardo

túnel de base

embalse de Nalps

Presa Nalps

escala

1908 [m s.n.m.]


desplazamiento

oeste desplazam

iento este

Sta. Maria (apertura +16 mm)

[mm]

4. Cálculos / Análisis (FES) Deformaciones horizontales – Situación final

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22


Sta. Maria

W E

GBT

4. Cálculos / Análisis (FES) Deformaciones horizontales – Situación final

[mm]

desplazamiento

oeste desplazam

iento este


Asentam

ientos

Sta. Maria (Asentamientos Oeste: -14 mm & Este -9 mm )

[mm]

4. Cálculos / Análisis (FES) Deformaciones verticales – Situación final

Hincham

iento

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23


Sta. Maria

W E

GBT

[mm]

4. Cálculos / Análisis (FES) Deformaciones verticales – Situación final

Asentam

ientos H

inchamiento


Comportamiento previo vs. previsión según el modelo FES: asentamientos

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

694'000 696'000 698'000 700'000 702'000 704'000 706'000 708'000 710'000

Ase

ntam

ient

os

2009201020112012Modell 2013

GBT Presa Nalps

4. Cálculos / Análisis (FES) Comportamiento a largo plazo – presa Nalps

[mm

]

Modelo

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Nalps nord

0 200 400 600 m

123.910 223.713

5. Inyecciones Falla N° 44 - Situación al momento de la infiltración del agua (13 septiembre 2006)


5. Inyecciones Infiltración de agua (13 de septiembre del 2006)

19/04/2013

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5. Falla N° 44 Infiltración de agua (13 de septiembre del 2006)

Evolución de la distancia entre los estribos de la presa a nivel de la coronación


5. Inyecciones Infiltración de agua (13 de septiembre del 2006)

Evolución de la distancia entre los estribos filtrada de los efectos reversibles

19/04/2013

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5. Inyecciones Diseño de las medidas y ejecución – Zona perturbada 44 – Levantamiento geológico

eje del túnel


5. Inyecciones Diseño de las medidas y ejecución - Impermeabilización de la zona perturbada 44 – Phase 1

sección transversal reforzada con serchas metalicas

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inyecciones de impermeabilización e contactos



inyecciones de impermeabilización e contactos

pantalla inyecciones

pantalla inyecciones

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5. Inyecciones Después del cierre de las perforaciones para drenajes (Situación 02/07)


• En un macizo rocoso como para un suelo el drenaje conlleva

deformaciones superficiales. (Generalización de Terzaghi)

• El fenómeno puede ser de amplitudes significativas para túneles

profundos (cobertura > 500-600 m)

• La entidad de las deformaciones depende en forma substancial de

la cantidad de agua contenida en el macizo.


19/04/2013

29


• En la análisis del comportamiento deformativo de un macizo

rocoso en grande escala, el aporte de la fracturación es

determinante. El modelo FES intenta una simulación de dichos

fenómenos.

• La calibración de los parámetros determinantes (permeabilidad,

porosidad y recarga de la falda) son particularmente difíciles.



Gracias por su atención


19/04/2013

30


Altu

ra s

obre

el n

ivel

del

mar

[m s

.n.m

.]

Dife

renc

ia e

ntre

los

desp

laza

mie

ntos

ver

tical

es d

esde

200

2 [m

m ]

coordinar [m]

1.Situación: Túnel de base de San Gotardo Diferencia entre los desplazamientos verticales 2010-2011


1.Situación: Túnel de base de San Gotardo Desplazamientos verticales Presa Nalps Sur hasta 2011

Eje GBT

Altu

ra s

obre

el n

ivel

del

mar

[m s

.n.m

.]

coordinar Y [m]

Dife

renc

ia e

ntre

los

desp

laza

mie

ntos

ver

tical

es d

esde

200

2 [m

m ]

ENE OSO Nivelación Puntos taquimetría GPS

19/04/2013

31


Nivelación de la presa Año Oeste [mm]

Este [mm]

ΔOeste-Este [mm]

2010 8 2 6

2011 13 10 3

2012 15 9 6

2. Presas afectadas – Sta. Maria Levantamiento superficial - Nivelación


Nivelación de la presa Año Oeste [mm]

Este [mm]

ΔOeste-Este [mm]

2010 35 41 - 6

2011 39 44 - 5

2012 43 47 - 4

2. Presas afectadas – Nalps Levantamiento superficial - Nivelación

19/04/2013

32


Zangerl 2003 Zona de falla

3. Fenómenos básicos Mecanismo de deformación

túnel

fracturas

matriz rocosa

(roca intacta)


Secciones de cálculo VT Val Termine SL Sta. Maria lago SB Presa Sta. Maria NS Nalps South elementos: 23‘564 nodos : 26‘598

4. Cálculos / Análisis (FES) Modelo geométrico de la presa Sta. Maria

19/04/2013

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4. Cálculos / Análisis (FES) Ejemplos de asentamientos verticales cerca de la presa Nalps

lago de Nalps

túnel de base

[m s

.n.m

.]


Parámetros preliminares: Filtración neta de poros, ΔVN Coeficiente de Biot por las Fracturas y la Matriz, αf,M

Parámetros secundarios: Variación de la presión entre los poros (extensión, magnitud) Rigidez de la fractura & Resistencia de corte Porosidad de las fracturas y de la matriz Rigidez de la matriz y coeficiente de Poisson

Parámetros terciarios: Transmissividad de las zonas de falla Absorpción especifica del macizo y caudal especifico Recarga de la napa freática & Otras condiciones de borde

5. Inyecciones Parameters Controlling Surface Deformations

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