El agua en el terreno en los modelos geomecánicos

Dr. Alejo O. Sfriso Universidad de Buenos Aires SRK Consulting (Argentina) AOSA

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El agua en los modelos geomecánicos

El agua en el terreno en los modelos geomecánicos Tres niveles de acoplamiento 1. Presión hidrostática 2. Flujo desacoplado – Estacionario – Transitorio 3. Flujo acoplado con deformación – Carga no drenada – Etapas sucesivas carga – consolidación – Acoplamiento completo, procesos simultáneos

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El agua en los modelos geomecánicos

Nivel de acoplamiento 0: El agua “no existe” La presión de poros es nula en todo el modelo • El único efecto del agua es modificar el peso (𝛾" , 𝛾# , 𝛾$%& ) • No existen niveles freáticos o piezométricos • El terreno incorpora el agua en su peso unitario húmedo (𝛾# ) o saturado (𝛾$%& ), no hay suelo sumergido (∄𝜸* ) • El efecto de la succión se “simula” con cohesión La deformación del terreno no induce presiones de poro 3

El agua en los modelos geomecánicos

Nivel de acoplamiento 1: Presión hidrostática La presión de agua es función del nivel freático 𝒅𝒇 • Sin succión → 𝑧 < 𝑑5 0 𝑢 = /𝛾 𝑧 − 𝑑 1 5 → 𝑧 ≥ 𝑑5 • Con succión 𝑢=/

𝑢 𝑆: → 𝑆: < 100% 𝛾1 𝑧 − 𝑑5 → 𝑆: = 100%

No se resuelve el equilibrio de la fase fluida: puede generar presiones efectivas incorrectas Solo use “niveles freáticos” horizontales 4

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El agua en los modelos geomecánicos

Nota sobre “niveles freáticos” en Plaxis En Plaxis: niveles piezométricos para cada bloque seco | nivel global | nivel propio | interpolación Si nivel “global” cruza borde de malla: presión exterior Custom

Global Global Interpolación Custom

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(Waterman 2014)

El agua en los modelos geomecánicos

Nota sobre “niveles freáticos” en Plaxis En Plaxis: niveles piezométricos para cada bloque seco | nivel global | nivel propio | interpolación Si nivel “global” cruza borde de malla: presión exterior Global

Custom Custom Interpolación Global

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(Waterman 2014)

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El agua en los modelos geomecánicos

Nivel de acoplamiento 2: Flujo estacionario o transitorio desacoplado Flujo (estacionario|transitorio) con matriz porosa rígida Parámetros materiales: • Permeabilidad saturada • Curva 𝑘>?$%& 𝑢 Potencial Potencial • Condiciones iniciales impuesto impuesto – Presión del agua en el dominio y bordes • Condiciones de borde – Bordes impermeables – Presión impuesta Borde impermeable

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El agua en los modelos geomecánicos

Nivel de acoplamiento 2: Flujo (estacionario o transitorio) desacoplado Los modelos pueden incluir pozos de bombeo o inyección, interfaces impermeables, drenes, aporte de precipitación

SRK Consulting

5.2

5.3

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Acciones externas Se consideraron las siguientes acciones actuando sobre la caverna:

Las presiones de filtración son efectivas: inducen deformación del terreno (nivel 2, deformación no afecta flujo) Peso propio del suelo; Presión del agua por freática; Presión del agua en el Puelche; Sobrecarga uniforme en superficie de 10kPa.

Presiones de agua

Todos los modelos fueron realizados en condiciones drenadas, es decir, sin que se generen ni disipen presiones de agua debido a deformaciones elasto-plásticas. Tampoco se consideró acoplamiento hidromecánico, de manera que todas las presiones de agua se calculan de manera independiente al inicio de cada fase. El abatimiento del nivel freático fue modelado de manera detallada en el documento de SRK GA0U0-ME03.

Para todos los modelos presentados en este documento, el abatimiento del nivel freático se modeló de manera simplificada. Se asignaron niveles freáticos independientes para el Pampeano medio y para el Puelchense, como se muestra en la Figura 5-4. En esta forma, se incluye dentro de la modelación, el efecto de la subpresión del Puelche y el riesgo del levantamiento de fondo de la excavación. El efecto del abatimiento del nivel freático sobre los asentamientos superficiales no ha sido incluido en ninguno los resultados que se presentan en este documento.

8 Figura 5-4: Presiones de agua en el terreno.

5.4

Parámetros geotécnicos Para modelar el comportamiento mecánico de todas las unidades geotécnicas se utilizó el modelo constitutivo Hardening Soil Model with small strain stiffness (HS-Small) incluido en Plaxis. En el documento G-A0U0-01 se presenta una descripción detallada de cada uno de los parámetros del modelo. En la Tabla 5-1 se resumen los parámetros geomecánicos más relevantes para ambas estratigrafías.

usterin/asfriso

G-A0U0-ME04-A Tramo 1

14-abr-16

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El agua en los modelos geomecánicos

Nivel de acoplamiento 2: Flujo no saturado Ecuaciones carácterísticas • Permeabilidad en función de la succión 𝑘>?$%& 𝑢 • Grado de saturación en función de la succión 𝑆: 𝑢 La relación saturación – succión puede usarse en la tensión “efectiva” de Bishop 𝜎$ = 𝜎 − 𝑢% + 𝑆: 𝑢% − 𝑢1 𝜎$ = 𝜎 − 𝑢% + 𝜒 𝑆: (𝑢% − 𝑢1 ) 9

0.000

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

20.000

0.000

Nivel de acoplamiento 3: Flujo acoplado con deformación

-20.000

estado inicial: vieja escollera

El agua en los modelos geomecánicos

-40.000

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Deformed Mesh -3 Extreme total displacement 162.16*10 m (displacements at true scale)

Interacción mecánica fluido - terreno • Problemas “no drenados” (𝜖F = 0) • Flujo acoplado con consolidación Estrategias numéricas • Solución escalonada: – Generación de presión de poros (carga no drenada) – Disipación de presión de poros (carga se mantiene constante) • Solución simultánea: deformación (del terreno) y flujo

bermas (3 meses): d = 2 cm

cota 2.8 (6 meses): d = 23 cm

cota 4.0 (6 meses): d = 33 cm

cota 4.0 (2 años): d = 43 cm

cota 4.0 (10 años): d = 58 cm

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