midas elite 4ta sesión: aplicaciones de modelación geo mecánica en el diseño de proyectos de...

Sesión MIDAS ELITE

Aplicaciones de GeomecánicaComputacional en Proyectos de

Generación HidroeléctricaLuis Felipe Cárdenas RestrepoIngeniero Civil, Esp. Mecánica ComputacionalHMV Ingenieros Ltda.Colombia

01 Introducción

02 Estabilidad Talud de Corte para

Contenido

Casa de Máquinas03 Comportamiento Hidráulico

Intersección de Túneles04 Análisis Presa de CCR

05 Inquietudes

HMV INGENIEROS LTDA

Presentación

HMV Ingenieros es una compañía privada con más de 50 años de experiencia en los sectores

de energía eléctrica, aguas y saneamiento básico, infraestructura para transporte, sistema de

gas y petróleo, urbanismo y edificios industriales, entre otros.

HMV Ingenieros cuenta con distintos valores corporativos, que definen su cultura y el carácter

de la empresa, guían los comportamientos y las decisiones. Estos valores se vivencian en cada

uno de los servicios de ingeniería y en las actuaciones de los empleados. Los siete principios

que rigen la compañía son los siguientes: Ética, Responsabilidad social, Creatividad, Calidad,

Servicio al Cliente, Crecimiento del personal, Compromiso del personal.

HMV INGENIEROS LTDA

Generalidades

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Midas Gen

Generalidades

Descripción

Se presenta un resumen de diversas historias de casos en ingeniería de centrales

hidroeléctricas donde el uso de la geomecánica computacional ha desarrollado un papel

fundamental en el entendimiento de los problemas.

Se evalúan tres casos de análisis:

- Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas,

- Comportamiento Hidráulico en Zona de Intersección de Túneles y

- Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC).

Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Problemática

Se requiere la ejecución de una casa de máquinas superficial con geometría compleja en una

zona enmarcada por altas pendientes y depósitos de gran espesor subyacido por suelo residual

de bajas calidades geomecánicas.

Para este caso, la ejecución de análisis bi-dimensionales no permite identificar la generación de

mecanismos de falla en los contactos entre coluvión y suelo residual, o entre suelo residual y

roca fracturada por lo que una evaluación tri-dimensional de las condiciones iniciales y finales

es requerida.

Las etapas de análisis contemplan la evaluación de:

- Condiciones iniciales.

- Excavación final.

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Características

Altura de Corte: 130 m.

Área Afectada:

- Talud: 2,0 Hectáreas

- Plazoleta: 0,5 Hectáreas

Talud de corte:

- 0,5H:1,0V

- Bancos de 15 m de altura.

- Vía industrial en la parte superior

del corte.

Geología particular:

- Depósitos de hasta 20 m de

espesor en la parte alta.

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Elaboración de modelo de análisis

Las etapas de generación del modelo

de análisis corresponden a:

- Generación del perfil geológico de

la sección máxima de corte.

- Generación de Modelo Digital de

Terreno empleando “Terrain

Geometry Maker”

- Inclusión de perfil geológico y

generación de estratigrafías.

- Modificacion de sólido de análisis.

- Enmallado de sólidos resultantes

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Elaboración de modelo de análisis

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Sólido Base Extrapolación de Estratigrafías

Elaboración de modelo de análisis

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Elaboración de modelo de análisis

Roca IIB

Transición

suelo Roca

IC-IIA

Roca IIA

Depósito

* Clasificación de Horizontes de Meteorización Según Deere & Patton

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Condición Original Final de Excavación

Elaboración de modelo de análisis

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Condición Original Final de Excavación

Elaboración de modelo de análisis

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Condiciones de Análisis

Dadas las características preliminares

de diseño, los análisis ejecutados

corresponden a:

- Inicialización de esfuerzos.

- Análisis no lineal para la condición

original.

- Análisis no lineal para el final de la

excavación del talud, la plazoleta y

la vía.

- Estimación de factor de seguridad

para los escenarios anteriores

empleando análisis de Reducción

de Resistencia al Corte (SSR).

Número de Elementos: 41402

Número de Nodos: 16348

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Resultados de Análisis – Desplazamientos

Condición Original Final de Excavación

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Resultados de Análisis – Esfuerzos Principales Menores

Condición Original Final de Excavación

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Resultados de Análisis – Esfuerzos Cortantes Máximos

Condición Original Final de Excavación

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Resultados de Análisis – Deformaciones Unitarias Plásticas

Condición Original Final de Excavación

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Resultados de Análisis – Condición de Estabilidad

Condición Original Final de Excavación

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Resultados de Análisis – Vectores de Movimiento

Condición Original Final de Excavación

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Resultados de Análisis – Superficies de Falla

Condición Original Final de Excavación

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Estabilidad de Talud de Corte para Casa de Máquinas

Resultados de Análisis – Secciones Máximas – A la falla

Deformaciones Unitarias Cortantes

Desplazamientos

Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

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Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

Problemática

Se generan inquietudes sobre la eficiencia hidráulica del sistema de impermeabilización

propuesto para una zona de intersección entre el túnel de conducción a la central hidroeléctrica

y la ventana de construcción ejecutada para dicho túnel. En esta ventana, se propuso la

ejecución de un tapón en concreto e inyecciones de impermeabilización, consolidación y

contacto, seguido de varias cortinas de drenajes.

Aunque se generaron modelos bi-dimensionales de análisis, la cercanía entre túneles genera

una interacción marcada en el comportamiento hidráulico; razón por la cual, se generaron

análisis tri-dimensionales con el fin de evaluar dicho efecto.

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Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

Características

Túnel de Conducción:

- Longitud: 4,0 km

- Sección: Herradura

- Dimensión: 4,0x4,0 m

Ventana de Construcción

- Longitud: 310 m

- Sección: Herradura

- Dimensión: 3,0x3,0 m

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Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

Características

Túnel de Conducción:

- Longitud: 4,0 km

- Sección: Herradura

- Dimensión: 4,0x4,0 m

Ventana de Construcción

- Longitud: 310 m

- Sección: Herradura

- Dimensión: 3,0x3,0 m

Geología particular:

- Granodiorita fracturada.

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Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

Elaboración de modelo de análisis

Las etapas de generación del modelo

de análisis corresponden a:

- Generación de Modelo Digital de

Terreno empleando “Terrain

Geometry Maker”.

- Generación del perfil geológico

mediante geoestadística de las

exploraciones ejecutadas.

- Modificación de sólido de análisis.

- Enmallado de sólidos resultantes.

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Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

Elaboración de modelo de análisis

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Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

Sólidos Base de Macizo Rocoso Sólidos Base de Túneles

Elaboración de modelo de análisis

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Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

Intersección a la Entrada Intersección a la Salida

Elaboración de modelo de análisis

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Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

Elaboración de modelo de análisis

Selección de Área de estudio

Discretización del Túnel y su Alrededor

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Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

Establecimiento de casos de análisis

Longitud de Tapón 6,5 m

Longitud de Tapón

26,0 m

Longitud de Tapón 13,0 m

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Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

Resultados de Análisis – Cabezas de Presión

Longitud de Tapón 6,5 m Longitud de Tapón 26,0 mLongitud de Tapón 13,0 m

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Comportamiento Hidráulico de Intersección de Túneles

Resultados de Análisis – Gradiente Hidráulico

Longitud de Tapón 6,5 m

Longitud de Tapón

26,0 m

Longitud de Tapón 13,0 m

Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

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Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

Problemática

Se generan inquietudes sobre el comportamiento en términos de esfuerzos y deformaciones

unitarias para las condiciones de trabajo (diferentes escenarios de carga) de una presa de

concreto compactado con rodillo.

Para este efecto, se construye un modelo bi-dimensional que permita evaluar la respuesta

básica de la presa a las cargas de:

- Peso propio

- Embalse en el nivel normal de operación.

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Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

Características

Altura de Presa:

- Longitud: 4,0 km

- Sección: Herradura

- Dimensión: 4,0x4,0 m

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Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

Elaboración de modelo de análisis

Las etapas de generación del modelo

de análisis corresponden a:

- Selección se geometría de análisis.

- Generación de geometría de

análisis.

- Enmallado de geometría de análisis.

- Aplicación de condiciones de

frontera.

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Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

Resultados de Análisis – DesplazamientosPeso Propio Embalse

Totalizado

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Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

Resultados de Análisis – Esfuerzos Máximos a Compresión

Construcción Llenado Embalse

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Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

Resultados de Análisis – Esfuerzos Máximos a Tracción

Peso Propio Embalse

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Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

Resultados de Análisis – Deformaciones Unitarias a Cortante

Peso Propio Embalse

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Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

Resultados de Análisis – Plastificación

Peso Propio Embalse

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Bridging Your Innovations to RealitiesMidas Gen

Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

Resultados de Análisis – Comportamiento Hidráulico

Cabeza Total

Superficie de Flujo

Cabeza de Presión

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Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

Resultados de Análisis – Comportamiento Hidráulico

Gradiente Hidráulico Velocidad de Flujo

Subpresión

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Esfuerzos y Deformaciones en Presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC)

Resultados de Análisis – Comportamiento a la Falla (FS: 1,5)

Peso Propio Embalse

Inquietudes

¡Gracias!Luis Felipe Cárdenas Restrepo

lcardenas@h-mv.com