Presenta:

Rafael A. Rodríguez Cruz Radamés Altamirano QuinteroCuauhtémoc Rubio Arana

Simulación de Bordo de Contención del Río Lerma

(Parte II)

CONTENIDOCONTENIDO• Zona de interés.• Reseña Histórica.• Justificación.• Objetivo.• Estabilidad de Taludes.• Prueba de compresión triaxial.• Teoría del medio continuo.• Modelo de elemento finito.• Resultados.• Conclusiones.• Recomendaciones.

Zona de interés

Zona de interés

Delimitación del proyecto

Reseña Histórica

• Bordo antiguo de tepetate.

• Carcamo antiguo

Inundación, Septiembre 2003

Bordo Actualmente

Carcamo actualmente

JustificaciónLos estudios topográficos realizados recientemente por la Universidad de Guanajuato a través de la Facultad de Ingeniería en Geomática e Hidráulica nos dan información acerca de las altitudes que se presentan a lo largo de la rivera del río Lerma teniendo en la zona de interés (col. las estancias) una altitud de 1711m S.N.M de NPT siendo esta una zona de riesgo por presentar uno de los niveles más bajos de la ciudad.

ObjetivoSe pretende que con los resultados obtenidos del análisis se pueda medir cuantitativamente la seguridad del bordo de contención del río Lerma, y generar recomendaciones para mejorar la estabilidad del talud del bordo de contención.

Estabilidad de taludes

Se comprende bajo el nombre genérico de taludes cualesquiera superficies inclinadas respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las estructuras de tierra, bien sea en forma natural o como consecuencia de la intervención humana en una obra de ingeniería.

Nomenclatura de un talud

Corona del talud

Altura deltalud

Angulo del talud

Cuerpo del talud

talud

Desplante

Tipos y causas de falla más comunes

a) Falla por deslizamiento superficialb) Falla por movimiento del cuerpo del

taludc) Fallas por erosiónd) Fallas por licuación

Prueba de compresión triaxial

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5 6

Deformación unitaria %

Esfu

erzo

(Kg/

cm2)

Grafica Esfuerzo_deformación Ensayo 1/3

Grafica Esfuero_deformación Ensayo 2/3

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Deformacion Unitaria %

Esfu

erzo

(Kg/

cm2)

Gráfica Esfuerzo_Deformación Ensayo 3/3

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Deformación Uniataria %

Esfu

erzo

(Kg/

cm2)

Circulo de Mohr

Q

P

σ1

σ1

σ2 = σ3

σ1σ3 σ1σ3c

α

τ

σ

τ = c + tanα

• prueba de penetración estándar

• Propiedades de suelos

Propiedades mecánicas delsuelo

• Criterio de von Misses

2ijij

23

22

212 kss

21)sss(

21J ==++=

Criterio de Drucker-Prager

σ1

2

3

(a) (b)

σ

σ

1σ

σ 3σ 2

• Superficie de falla Drucker-Prager

J2

1I3 P

α31

k

3)3(2

ϕϕα

sensen

−=

3)3(cos6

ϕϕ

senck

−=

012 =−−= kIJf α

Modelo de elemento finito

• Descripción del problema

Se tiene un talud de tierra de geometría irregular, el cual sirve como bordo de contención del río Lerma, por lo que estásometido a carga hidrostática, no hay homogeneidad en el material, aunque se pueden considerar dos tipos de estatificaciones.

• Diagrama de cuerpo libre del bordo

Generalidades para la solución de problema

• Los materiales tienen comportamiento isotrópico.

• Se modelará mediante la teoría para materiales elásticos-perfectamente plásticos de Drucker-Prager, la cual no considera la presión hidrostática de poro.

• El análisis es estático.

• Las cargas consideradas son únicamente la presión hidrostática y las cargas de cuerpo debidas al peso del propio suelo.

• No se consideran fuerzas de contacto (fricción) entre las dos estatificaciones, ni arrastre del material debida a la corriente del río.

• El análisis es independiente del tiempo por lo que asumiremos que la deformación plástica ocurre instantáneamente.

Tipo de Elemento SOLID45• Se define por ocho nodos, cada nodo tiene tres grados de

libertad: Traslación sobre los nodos en las direcciones x, y, z • El elemento es usado para teorías de plasticidad, creep,

abultamiento, endurecimiento por esfuerzo, grandes deformaciones y grandes esfuerzos.

Construcción del modelo geométrico en ANSYS

Creación de secciones

Modelo en iges

Modelo Geométrico enANSYS

Mallado

Condiciones de Frontera y aplicación de cargas

• Restricciones sobre el plano YZ en la dirección X

• Restricciones sobre áreas mostradas en las direcciones x e y.

• Restricciones sobre las áreas el plano XY en la dirección Z.

• Gradiente de Presión y Cargas de Cuerpo [Pa].

Resultados• Ubicación de elementos de interés.

• Esfuerzo de von Misses primer estrato [Pa].

• Componente del eje de esfuerzo hidrostático primer estrato [Pa].

• Esfuerzo de von Misses segundo estrato [Pa].

• Componente del eje de esfuerzo hidrostático segundo estrato [Pa].

• Vector de Desplazamiento [m].

Cálculo del factor de seguridad.• Estado de esfuerzos del primer estrato.

10.2127

P3I 1

2J

82077

Estado de esfuerzosnodo 11379

• Estado de esfuerzos del primer estrato.

10.47

P3I 1

2J

4897

Estado de esfuerzosnodo 17994

• Cálculo del factor de seguridad, primer estrato.

• Cálculo del factor de seguridad, segundo estrato.

Conclusiones• Es evidente que la forma del talud del

bordo de contención no es la adecuada.• El factor seguridad del análisis estático es

muy bajo, sobre todo si se toma en cuenta que no existe homogeneidad en el material.

• La vegetación y fauna nociva presente en el talud de tierra, es un factor que puede influir en la resistencia del bordo de contención.

Cont. conclusiones• Ya que en el análisis no se considero la presión

de poro debida a la filtración de agua, en el caso probable de que mantenga el río sus niveles máximos durante un tiempo en el cual el suelo llegue a su grado de saturación, esto cambiaria la relación de vacíos y con ello un nuevo estado de esfuerzo en los materiales, lo que podría ocasionar que el bordo de contención se colapse.

• Debido que no se considero la carga hidrodinámica y carga de arrastre del material los factores son pobres, más aún si se presentan avenidas de agua mayores a las esperadas las cuales ocasionaría erosión y daño en el talud aguas abajo.

Recomendaciones.• Para una buena estabilidad de talud del bordo de

contención del río, lo más adecuado es tender el ángulo del talud, aunque para esto se requiere de invadir la zona urbana, en este caso parte de la calle colindante al río Lerma, de tal modo que tengamos pendiente de 1.5:1.

• Sustituir el estrato de limo arcilloso por un suelo arcilloso compresible, el limo arcilloso es un material friccionante el cual debido a que es muy poco compresible no contribuye a la resistencia mecánica del bordo de contención.

• Comprimir la arcilla al 95% a fin de mejorar las propiedades mecánicas del suelo.

Cont. Recomendaciones• Dragar el lecho de río constantemente

antes de cada temporada de lluvias para así garantizar que no se obstruya las avenidas de agua, de este modo evitar tapones hidráulicos.

• Mantener el bordo de contención libre de vegetación (higuerilla) y fauna nociva (ratas, hormigas, etc.)

Gracias porsu atenciónGracias porsu atención