Estudio de alternativas de muros de ala para el proyecto hidroeléctrico Pusuno Misahuallí – Tena

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL. ESTUDIO DE ALTERNATIVAS DE MUROS DE ALA PARA EL PROYECTO HIDROELÉCTRICO PUSUNO. MISAHUALLÍ - TENA. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL MENCIÓN ESTRUCTURAS. JUAN JOSÉ TORRES VALDIVIESO juan.torresvaldivieso@gmail.com. DIRECTOR: ING. MSc. JORGE ENRIQUE VALVERDE BARBA jvbgeo@suelosymuros.com. Quito, Noviembre 2016.

(2) II. DECLARACIÓN. Yo, Juan José Torres Valdivieso, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.. La. Escuela. Politécnica. Nacional,. puede. hacer. uso. de. los. derechos. correspondientes a este trabajo, según lo establecido en la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. Juan José Torres Valdivieso.

(3) III. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Juan José Torres Valdivieso, bajo mi supervisión.. Ing. M.Sc. JORGE VALVERDE B. Ing. M.Sc. DIEGO SOSA CAIZA.. DIRECTOR DE PROYECTO. CODIRECTOR DE PROYECTO.

(4) IV. AGRADECIMIENTO. A mis padres Rogelio y Susana,. a mis hermanas por brindarme su apoyo. incondicional, cariño desmesurado y recursos incluso a la distancia, para superarme en la vida y cumplir mis metas. Su solo recuerdo me daba fuerzas para seguir y no me dejaban desfallecer. A los más grandes amigos que se le pueden pedir a la vida, de esos que no une la sangre sino más bien los lazos que se lograron formar en todo este tiempo, Danny, Rowland y Frank. A Byron y a José Antonio por los momentos de estudio y de ocio, son grandes profesionales, buenos colegas e intachables personas. A Valeria, tengo 793 razones para agradecerle, pero solo diré que sin ella no lo hubiese logrado. A la Escuela Politécnica Nacional, a la Carrera de Ingeniería Civil y a toda su planta docente y administrativa. Al Ingeniero Sosa por su ayuda. Al Ing. Valverde, por todas las oportunidades, los conocimientos, los consejos, la confianza depositada en mí, y en especial por el modelo a seguir. A Alejandra, que con su amor y su apoyo, a ese que llegó de la nada, que cayó sobre mí como un rayo y partió mis huesos, aquel amor que no escogí ni busqué y que solo vino como aquella lluvia intempestiva en la ciudad de Quito, a ella que supo darme todo lo que necesitaba para culminar esta etapa de mi vida, sin duda ella se merece el aplauso incansable..

(5) V. DEDICATORIA. El presente trabajo está dedicado al esfuerzo y el amor de mis padres, al apoyo y la confianza de mis hermanas, y al calor que me ha brindado toda mi familia a lo largo de mi vida.. Para Nicolás, que espero que sus pasos sean el doble de grandes que los míos.. A mis abuelos, que supieron inculcar en mil valores únicos, y que quedaran conmigo para toda mi vida. A mis amigos de la vida y de la universidad, cada uno supo apoyarme y acudió como sangre a la herida en el momento que más se los necesito.. Y para Alejandra, que su amor lo puede todo..

(6) VI. CONTENIDO DECLARACIÓN ......................................................................................................II CERTIFICACIÓN ...................................................................................................III AGRADECIMIENTO ............................................................................................. IV DEDICATORIA ...................................................................................................... V CONTENIDO ......................................................................................................... VI RESUMEN ........................................................................................................ XXIII ABSTRACT ...................................................................................................... XXIV PRESENTACIÓN .............................................................................................. XXV CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES ............................................................................1 1.1. OBJETIVOS ............................................................................................. 1. 1.1.1 OBJETIVO GENERAL .......................................................................... 1 1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................ 1 1.2. GENERALIDADES ................................................................................... 1. 1.3. UBICACIÓN ............................................................................................. 5. 1.4. ALCANCE ................................................................................................ 5. CAPÍTULO 2. TRABAJOS DE CAMPO .................................................................7 2.1. ESTUDIO GEOTÉCNICO ........................................................................ 7. 2.1.1 RESISTIVIDAD ELÉCTRICA................................................................ 8 2.1.2 ANÁLISIS VISUAL Y ENSAYOS DE RESISTENCIA ......................... 11 2.1.3 LITOLOGÍA DEL SECTOR. ................................................................ 13 2.2. ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS. .............................................................. 14. 2.3. ESTUDIOS HIDROLÓGICOS ................................................................ 15. 2.3.1 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS ............................................................ 16 CAPÍTULO 3. TRABAJOS DE GABINETE ..........................................................22 3.1. IDENTIFICACIÓN DE LOS MATERIALES ............................................. 22. 3.1.1 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL LR1-LR1` ...................................... 23 3.1.2 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL LR2-LR2` ...................................... 24.

(7) VII. 3.2. DETERMINACIÓN DE LOS COEFICIENTES KA Y KP ........................... 27. 3.3. CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO ................................................. 30. 3.4. ESTABILIDAD DE TALUDES ................................................................. 31. 3.4.1 TIPOS DE FALLA ............................................................................... 32 3.4.2 PARÁMETROS DE CÁLCULO ........................................................... 33 3.4.3 FACTORES DE SEGURIDAD DE LOS TALUDES DE CORTE. ........ 37 3.5. ANÁLISIS DINÁMICO DE LA ESTRUCTURA ........................................ 40. 3.5.1 COEFICIENTE MONONOBE-OKABE ................................................ 40 CAPÍTULO 4. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS PROPUESTAS ..........................44 4.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................... 44. 4.2. ALTERNATIVAS APLICABLES.............................................................. 45. 4.2.1 MURO DE GAVIONES ....................................................................... 45 4.2.2 MURO CON CONTRAFUERTES ....................................................... 47 4.2.3 MURO CAJÓN ................................................................................... 55 4.3. SELECCIÓN DE LA MEJOR ALTERNATIVA ......................................... 60. 4.3.1 APLICACIÓN DE CADA MURO ......................................................... 60 4.3.2 SELECCIÓN FINAL ............................................................................ 61 CAPÍTULO 5. DISEÑO DE LAS ALTERNATIVAS ...............................................62 5.1. CONSIDERACIONES GENERALES ..................................................... 62. 5.1.1 ESTABILIDAD AL VOLCAMIENTO .................................................... 62 5.1.2 ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO ................................................. 63 5.1.3 HUNDIMIENTO .................................................................................. 64 5.2. MURO DE GAVIONES ........................................................................... 65. 5.2.1 GEOMETRÍA DEL MURO .................................................................. 65 5.2.2 EMPUJE LATERAL DEL RELLENO .................................................. 66 5.2.3 DISEÑO MURO DE GAVIONES, PERFIL 7. ...................................... 68 5.2.4 DISEÑO MURO DE GAVIONES, PERFIL 8 ....................................... 72 5.3. MURO CON CONTRAFUERTES ........................................................... 74. 5.3.1 GEOMETRÍA DEL MURO .................................................................. 74 5.3.2 EMPUJE LATERAL DE RELLENO .................................................... 75 5.3.3 DISEÑO MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ...................... 78 5.3.4 DISEÑO MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ...................... 92.

(8) VIII. 5.3.5 DISEÑO MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. .....................102 5.3.6 DISEÑO MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. .....................111 5.3.7 DISEÑO MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. .....................120 5.4. MURO CAJÓN ......................................................................................130. 5.4.1 GEOMETRÍA DEL MURO .................................................................130 5.4.2 EMPUJE LATERAL DEL RELLENO .................................................131 5.4.3 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 2. .................................................133 5.4.4 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 3. .................................................138 5.4.5 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 4. .................................................142 5.4.6 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 7. .................................................147 5.4.7 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 8. .................................................151 5.5. SOFTWARE PARA EL DISEÑO DE MUROS CAJÓN ...........................156. 5.6. ANALISIS COMPARATIVO ...................................................................162. 5.6.1 ANALISIS ECONÓMICO ...................................................................162 5.7. CRONOGRAMA DE CONSTRUCCIÓN ................................................169. CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................... 170 6.1 CONCLUSIONES .....................................................................................170 6.2 RECOMENDACIONES ............................................................................176 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 177 ANEXOS ............................................................................................................. 179 ANEXO Nº 1. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES. .............................180 ANEXO Nº 2. DISEÑO DE MURO CON GAVIONES ........................................196 ANEXO Nº 3. PLANOS ESTRUCTURALES .....................................................207 ANEXO Nº 4. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ..........................................220.

(9) IX. INDICE DE TABLAS TABLA 2. 1 VALORES DE RESISTIVIDAD PARA VARIOS MATERIALES ................................................................................................... 10 TABLA 2. 2 UBICACIÓN DE LOS PERFILES DE PROSPECCIÓN GEOELÉCTRICA CONTINUA .......................................................................... 11 TABLA 2. 3 COEFICIENTES PARA OBTENER MANNING .......................... 17 TABLA 2. 4 CONDICIONES DE BORDE DE RÍO ......................................... 18 TABLA 2. 5 CAUDALES DE DISEÑO ........................................................... 18 TABLA 3. 1 PARÁMETROS MECÁNICOS DE SUELO DE RELLENO ......... 28 TABLA 3. 2 PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE LOS MUROS .................. 29 TABLA 3. 3 SOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN 3.2............................................ 30 TABLA 3. 4 PARÁMETROS DE RESISTENCIA A CORTE DE DISTINTOS MATERIALES ............................................................................... 36 TABLA 3. 5 VALORES DE FS CALCULADOS CON EL SLOPE/W .............. 39 TABLA 3. 6 PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE LOS MUROS .................. 42 TABLA 3. 7 COEFICIENTES DE ACELERACIÓN SÍSMICA ......................... 42 TABLA 3. 8 SOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN 3.6............................................ 43 TABLA 4. 1 DEFLEXIONES, MOMENTOS FLECTORES Y REACCIONES EN UNA PLACA CON TRES BORDES EMPOTRADOS Y UNO LIBRE, BAJO CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA ................. 53 TABLA 4. 2 DEFLEXIONES, MOMENTOS FLECTORES Y REACCIONES EN UNA PLACA CON TRES BORDES EMPOTRADOS Y UNO LIBRE, BAJO CARGA TRIANGULAR .................................................. 54 TABLA 5. 1 DISEÑO MURO DE GAVIONES, PERFIL 7………………………69 TABLA 5. 2 DISEÑO MURO DE GAVIONES, PERFIL 8............................... 72.

(10) X. TABLA 5. 3 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO DE GAVIONES, PERFIL 8 .......................................................................................................... 73 TABLA 5. 4 VALORES DE PRE-DIMENSIONAMIENTO, PERFIL 2 ............. 78 TABLA 5. 5 DISEÑO DE MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2......... 80 TABLA 5. 6 PROPIEDADES DE HORMIGÓN ARMADO. ............................. 81 TABLA 5. 7 ESFUERZOS MAYORADOS EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ....................................................................... 83 TABLA 5. 8 VERIFICACIÓN POR CORTE EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ....................................................................... 84 TABLA 5. 9 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ....................................................................... 84 TABLA 5. 10 HORQUILLAS EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ....................................................................... 85 TABLA 5. 11 VERIFICACIÓN POR CORTE EN DEDO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ....................................................................... 86 TABLA 5. 12 ACERO DE REFUERZO EN DEDO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ....................................................................... 86 TABLA 5. 13 CÁLCULO DE CARGAS ACTUANTES SOBRE TALÓN, MURO CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ........................................................... 87 TABLA 5. 14 ESFUERZOS EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2 ........................................................................ 88 TABLA 5. 15 VERIFICACIÓN POR CORTE EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2. .............................................................. 89 TABLA 5. 16 ACERO DE REFUERZO EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ....................................................................... 89 TABLA 5. 17 HORQUILLAS TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ......................................................................................................... 90 TABLA 5. 18 ACERO EN CONTRAFUERTES, PERFIL 2. ........................... 91.

(11) XI. TABLA 5. 19 DISEÑO DE MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ......................................................................................................... 93 TABLA 5. 20 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ....................................................................... 94 TABLA 5. 21 ESFUERZOS EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ....................................................................... 95 TABLA 5. 22 VERIFICACIÓN POR CORTE EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. .............................................................. 95 TABLA 5. 23 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ....................................................................... 95 TABLA 5. 24 HORQUILLAS EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ....................................................................... 96 TABLA 5. 25 VERIFICACIÓN POR CORTE EN DEDO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ....................................................................... 97 TABLA 5. 26 ACERO DE REFUERZO EN DEDO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ....................................................................... 97 TABLA 5. 27 CÁLCULO DE CARGAS ACTUANTES SOBRE TALÓN, MURO CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ............................................. 98 TABLA 5. 28 ESFUERZOS EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ....................................................................... 99 TABLA 5. 29 VERIFICACIÓN POR CORTE EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. .............................................................. 99 TABLA 5. 30 VERIFICACIÓN POR CORTE EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ............................................................ 100 TABLA 5. 31 HORQUILLAS EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ..................................................................... 100 TABLA 5. 32 ACERO EN CONTRAFUERTES, PERFIL 3. ......................... 101 TABLA 5. 33 DISEÑO DE MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ....................................................................................................... 103.

(12) XII. TABLA 5. 34 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ..................................................................... 103 TABLA 5. 35 ESFUERZOS EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ..................................................................... 104 TABLA 5. 36 VERIFICACIÓN POR CORTE EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ................................................ 105 TABLA 5. 37 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ............................................................ 105 TABLA 5. 38 HORQUILLAS EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ..................................................................... 106 TABLA 5. 39 VERIFICACIÓN POR CORTE EN DEDO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ............................................................ 106 TABLA 5. 40 ACERO DE REFUERZO EN DEDO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ..................................................................... 107 TABLA 5. 41 CÁLCULO DE CARGAS ACTUANTES SOBRE TALÓN, MURO CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ........................................... 108 TABLA 5. 42 ESFUERZOS EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ..................................................................... 108 TABLA 5. 43 VERIFICACIÓN POR CORTE EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ............................................................ 109 TABLA 5. 44 ACERO DE REFUERZO EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ..................................................................... 109 TABLA 5. 45 HORQUILLAS EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ..................................................................... 110 TABLA 5. 46 ACERO EN CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ......................... 110 TABLA 5. 47 DISEÑO DE MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ....................................................................................................... 112 TABLA 5. 48 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ..................................................................... 113.

(13) XIII. TABLA 5. 49 ESFUERZOS EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ..................................................................... 114 TABLA 5. 50 VERIFICACIÓN POR CORTE EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ................................................ 114 TABLA 5. 51 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ............................................................ 114 TABLA 5. 52 HORQUILLAS EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ..................................................................... 115 TABLA 5. 53 VERIFICACIÓN POR CORTE EN DEDO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ............................................................ 116 TABLA 5. 54 ACERO DE REFUERZO EN DEDO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ..................................................................... 116 TABLA 5. 55 CÁLCULO DE CARGAS ACTUANTES SOBRE TALÓN, MURO CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ........................................... 117 TABLA 5. 56 ESFUERZOS EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ..................................................................... 118 TABLA 5. 57 VERIFICACIÓN POR CORTE EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ............................................................ 118 TABLA 5. 58 ACERO DE REFUERZO EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ..................................................................... 118 TABLA 5. 59 HORQUILLAS EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ..................................................................... 119 TABLA 5. 60 ACERO EN CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ......................... 120 TABLA 5. 61 DISEÑO DE MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ....................................................................................................... 121 TABLA 5. 62 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ..................................................................... 122 TABLA 5. 63 ESFUERZOS EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ..................................................................... 123.

(14) XIV. TABLA 5. 64 VERIFICACIÓN POR CORTE EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ................................................ 124 TABLA 5. 65 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ............................................................ 124 TABLA 5. 66 HORQUILLAS EN PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ..................................................................... 125 TABLA 5. 67 VERIFICACIÓN POR CORTE EN DEDO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ............................................................ 125 TABLA 5. 68 ACERO DE REFUERZO EN DEDO, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ..................................................................... 126 TABLA 5. 69 CÁLCULO DE CARGAS ACTUANTES SOBRE TALÓN, MURO CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ........................................... 127 TABLA 5. 70 ESFUERZOS EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ..................................................................... 127 TABLA 5. 71 VERIFICACIÓN POR CORTE EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ............................................................ 128 TABLA 5. 72 ACERO DE REFUERZO EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ..................................................................... 128 TABLA 5. 73 HORQUILLAS EN TALÓN, MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ..................................................................... 129 TABLA 5. 74 ACERO EN CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ......................... 129 TABLA 5. 75 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 2. ...................................... 134 TABLA 5. 76 PROPIEDADES DE HORMIGÓN ARMADO. ......................... 135 TABLA 5. 77 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CAJÓN, PERFIL 2. ............................................................................. 136 TABLA 5. 78 ACERO DE REFUERZO EN ZAPATA, MURO CAJÓN, PERFIL 2. ............................................................................. 137 TABLA 5. 79 ACERO DE REFUERZO EN LOSETAS, MURO CAJÓN, PERFIL 2. ......................................................................................... 138.

(15) XV. TABLA 5. 80 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 3. ...................................... 139 TABLA 5. 81 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO CAJÓN, PERFIL 3. ....................................................................................................... 140 TABLA 5. 82 ESFUERZOS EN LA PANTALLA, MURO CAJÓN, PERFIL 3. ....................................................................................................... 140 TABLA 5. 83 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CAJÓN, PERFIL 3. ......................................................................................... 141 TABLA 5. 84 ACERO DE REFUERZO EN ZAPATA, MURO CAJÓN, PERFIL 3. ......................................................................................... 141 TABLA 5. 85 ACERO DE REFUERZO EN LOSETAS, MURO CAJÓN, PERFIL 3. ......................................................................................... 142 TABLA 5. 86 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 4. ...................................... 144 TABLA 5. 87 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO CAJÓN, PERFIL 4. ....................................................................................................... 145 TABLA 5. 88 ESFUERZOS EN LA PANTALLA, MURO CAJÓN, PERFIL 4. ....................................................................................................... 145 TABLA 5. 89 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CAJÓN, PERFIL 4. ......................................................................................... 146 TABLA 5. 90 ACERO DE REFUERZO EN ZAPATA, MURO CAJÓN, PERFIL 4. ......................................................................................... 146 TABLA 5. 91 ACERO DE REFUERZO EN LOSETAS, MURO CAJÓN, PERFIL 4. ......................................................................................... 147 TABLA 5. 92 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 7. ...................................... 148 TABLA 5. 93 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO CAJÓN, PERFIL 7. ....................................................................................................... 149 TABLA 5. 94 ESFUERZOS EN LA PANTALLA, MURO CAJÓN, PERFIL 7. ....................................................................................................... 149 TABLA 5. 95 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CAJÓN, PERFIL 7. ......................................................................................... 150.

(16) XVI. TABLA 5. 96 ACERO DE REFUERZO EN ZAPATA, MURO CAJÓN, PERFIL 7. ......................................................................................... 150 TABLA 5. 97 ACERO DE REFUERZO EN LOSETAS, MURO CAJÓN, PERFIL 7. ......................................................................................... 151 TABLA 5. 98 DISEÑO MURO CAJÓN, PERFIL 8. ...................................... 152 TABLA 5. 99 ANÁLISIS DE HUNDIMIENTO, MURO CAJÓN, PERFIL 8. ....................................................................................................... 153 TABLA 5. 100 ESFUERZOS EN LA PANTALLA, MURO CAJÓN, PERFIL 8. ....................................................................................................... 153 TABLA 5. 101 ACERO DE REFUERZO EN PANTALLA, MURO CAJÓN, PERFIL 8. ......................................................................................... 154 TABLA 5. 102 ACERO DE REFUERZO EN ZAPATA, MURO CAJÓN, PERFIL 7. ......................................................................................... 154 TABLA 5. 103 ACERO DE REFUERZO EN LOSETAS, MURO CAJÓN, PERFIL 8. ....................................................................................... 155 TABLA 5. 104 COMPARACIÓN DE VOLÚMENES DE OBRA Y RUBROS ..................................................................................................... 163. INDICE DE FIGURAS FIGURA 1. 1 CORTE DEL AZUD, OBRA DE CAPTACIÓN .............................. 2 FIGURA 2. 1 UBICACIÓN DE SECCIONES EN TOPOGRAFÍA DE OBRA DE CAPTACIÓN. ............................................................................ 15 FIGURA 3. 1 CORTE GEOLÓGICO A-B ....................................................... 26 FIGURA 3. 2 CORTE GEOLÓGICO C-D ....................................................... 27 FIGURA 3. 3 PRESIÓN ACTIVA DE COULOMB ........................................... 28 FIGURA 3. 4 UBICACIÓN DE PERFILES DE LA MARGEN IZQUIERDA EN PLANTA ................................................................................. 34.

(17) XVII. FIGURA 3. 5 UBICACIÓN DE PERFILES DE LA MARGEN DERECHA EN PLANTA ................................................................................... 34 FIGURA 3. 6. VISTA PERFIL 3 ...................................................................... 35. FIGURA 3. 7 VISTA PERFIL 4 ....................................................................... 35 FIGURA 3. 8 VISTA PERFIL 8 ....................................................................... 36 FIGURA 3. 9 PRESIÓN ACTIVA MONONOBE-OKABE ................................ 41 FIGURA 4. 1 MÉTODO APROXIMADO PARA LA SOLUCIÓN DE LA PANTALLA, MURO CON CONTRAFUERTES ..................................... 49 FIGURA 4. 2 COEFICIENTES PARA DETERMINAR LOS MOMENTOS APLICADOS EN LAS VIGAS TIPO ............................................ 50 FIGURA 4. 3 PANEL DE PANTALLA EMPOTRADA EN 3 DIRECCIONES ................................................................................................ 53 FIGURA 4. 4. ESQUEMA MURO CAJÓN ...................................................... 57. FIGURA 4. 5 ESQUEMA PANTALLA MURO CAJÓN.................................... 58 FIGURA 4. 6 ESQUEMA LOSETA MURO CAJÓN ........................................ 59 FIGURA 5. 1 DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN VIGAS. .................................. 82 FIGURA 5. 2 MODELACIÓN MURO CAJÓN, PERFIL 3 ..................................157 FIGURA 5. 3 MOMENTOS SOBRE ELEMENTOS DE MURO CAJÓN. (a) CIMENTACIÓN. (b) LOSETA INTERMEDIA. (c) PANTALLA ........................158 FIGURA 5. 4 MOMENTOS SOBRE LOSETAS LUEGO DE UN ASENTAMIENTO DEL RELLENO ................................................................159 FIGURA 5. 5 DEFORMACIÓN DEL MURO CAJÓN. (a) SIN ASENTAMIENTO DEL RELLENO BAJO LAS LOSETAS. (b) CON ASENTAMIENTO DEL RELLENO BAJO LAS LOSETAS ........................................................................160 FIGURA 5. 6 DIAGRAMA DE MOMENTOS DEL MURO CAJÓN. (a) SIN ASENTAMIENTO DEL RELLENO BAJO LAS LOSETAS. (b) CON ASENTAMIENTO DEL RELLENO BAJO LAS LOSETAS ...................................161.

(18) XVIII. INDICE DE GRÁFICOS GRÁFICO 1. 1 ESQUEMA DE LA OBRA DE CAPTACIÓN ............................. 3 GRÁFICO 1. 2 UBICACIÓN DEL PROYECTO HIDROELÉCTRICO PUSUNO ............................................................................................................ 5 GRÁFICO 2. 1 DISTRIBUCIÓN DE ELECTRÓDOS, MÉTODO DE WENNER ........................................................................................................... 9 GRÁFICO 2. 2 REPRESENTACIÓN DE UN TERRENO ESTRATIFICADO ............................................................................................. 10 GRÁFICO 2. 3 LITOLOGÍA DEL MARGEN DERECHA DEL RÍO PUSUNO ................................................................................................... 14 GRÁFICO 2. 4 OBRA DE REPRESAMIENTO. .............................................. 16 GRÁFICO 2. 5 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO A ................... 19 GRÁFICO 2. 6 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO B ................... 19 GRÁFICO 2. 7 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO C ................... 20 GRÁFICO 2. 8 RESUMEN DE NIVELES MÁXIMOS DE CRECIDA POR ESCENARIO ........................................................................................... 21 GRÁFICO 3. 1 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL GEOELÉCTRICO LR1-LR1´ .......................................................................................................... 24 GRÁFICO 3. 2 INTERPRETACIÓN DEL PERFIL GEOELÉCTRICO LR2-LR2´ .......................................................................................................... 25 GRÁFICO 4. 1 ESQUEMA DE MURO DE GAVIONES.................................. 46 GRÁFICO 4. 2 UBICACIÓN DEL CONTRAFUERTE RESPECTO AL RELLENO ................................................................................................... 49 GRÁFICO 5. 1 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES, PERFIL 7 .......................................................................................................... 66.

(19) XIX. GRÁFICO 5. 2 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES, PERFIL 8 .......................................................................................................... 68 GRÁFICO 5. 3 ESQUEMA MURO DE GAVIONES, PERFIL 7 ...................... 69 GRÁFICO 5. 4 DIAGRAMA DE PRESIONES, MURO DE GAVIONES, PERFIL 7 .......................................................................................................... 71 GRÁFICO 5. 5 ESQUEMA MURO DE GAVIONES, PERFIL 8 ...................... 72 GRÁFICO 5. 6 DIAGRAMA DE PRESIONES, MURO DE GAVIONES PERFIL 8 .......................................................................................................... 73 GRÁFICO 5. 7 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES, PERFIL 2 ......... 76 GRÁFICO 5. 8 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES, PERFIL 3 ......... 76 GRÁFICO 5. 9 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES, PERFIL 4 ......... 77 GRÁFICO 5. 10 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES, PERFIL 7 ......... 77 GRÁFICO 5. 11 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES, PERFIL 8 ......... 77 GRÁFICO 5. 12 CORTE DE MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 2 .......................................................................................................... 79 GRÁFICO 5. 13 VISTA FRONTAL MURO CON CONTRAFUERTES PERFIL 2 .......................................................................................................... 79 GRÁFICO 5. 14 DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN VIGAS TIPO DE PANTALLA, PERFIL 2...................................................................................... 83 GRÁFICO 5. 15 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE DEDO, PERFIL 2 .......................................................................................................... 85 GRÁFICO 5. 16 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE TALÓN, PERFIL 2 .......................................................................................................... 87 GRÁFICO 5. 17 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL TALÓN, PERFIL 2 .......................................................................................................... 88 GRÁFICO 5. 18 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL CONTRAFUERTE, PERFIL 2 .......................................................................... 91.

(20) XX. GRÁFICO 5. 19 CORTE DE MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 3 .......................................................................................................... 92 GRÁFICO 5. 20 VISTA FRONTAL MURO CON CONTRAFUERTES PERFIL 3 .......................................................................................................... 93 GRÁFICO 5. 21 DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN VIGAS TIPO DE PANTALLA, PERFIL 3................................................................................ 94 GRÁFICO 5. 22 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE DEDO, PERFIL 3 .......................................................................................................... 97 GRÁFICO 5. 23 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE TALÓN, PERFIL 3 .......................................................................................................... 98 GRÁFICO 5. 24 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL TALÓN, PERFIL 3 .......................................................................................................... 99 GRÁFICO 5. 25 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL CONTRAFUERTE, PERFIL 3. ....................................................................... 101 GRÁFICO 5. 26 CORTE DE MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 4. ....................................................................................................... 102 GRÁFICO 5. 27 VISTA FRONTAL MURO CON CONTRAFUERTES PERFIL 4. ....................................................................................................... 102 GRÁFICO 5. 28 DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN VIGAS DE PANTALLA, PERFIL 4.................................................................................... 104 GRÁFICO 5. 29 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE DEDO, PERFIL 4 ........................................................................................................ 106 GRÁFICO 5. 30 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE TALÓN, PERFIL 4 ........................................................................................................ 107 GRÁFICO 5. 31 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL TALÓN, PERFIL 4. ....................................................................................................... 108 GRÁFICO 5. 32 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL CONTRAFUERTE, PERFIL 4. ....................................................................... 110.

(21) XXI. GRÁFICO 5. 33 CORTE DE MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 7. ....................................................................................................... 111 GRÁFICO 5. 34 VISTA FRONTAL MURO CON CONTRAFUERTES PERFIL 7. ....................................................................................................... 112 GRÁFICO 5. 35 DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN VIGAS TIPO DE PANTALLA, PERFIL 7.............................................................................. 113 GRÁFICO 5. 36 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE DEDO, PERFIL 7 ........................................................................................................ 115 GRÁFICO 5. 37 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE TALÓN, PERFIL 7. ....................................................................................................... 117 GRÁFICO 5. 38 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL TALÓN, PERFIL 7. ....................................................................................................... 117 GRÁFICO 5. 39 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL CONTRAFUERTE, PERFIL 7. ....................................................................... 120 GRÁFICO 5. 40 CORTE DE MURO CON CONTRAFUERTES, PERFIL 8. ....................................................................................................... 121 GRÁFICO 5. 41 VISTA FRONTAL MURO CON CONTRAFUERTES PERFIL 8. ....................................................................................................... 121 GRÁFICO 5. 42 DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN VIGAS TIPO DE PANTALLA, PERFIL 8.............................................................................. 123 GRÁFICO 5. 43 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE DEDO, PERFIL 8 ........................................................................................................ 125 GRÁFICO 5. 44 DIAGRAMA DE PRESIONES SOBRE TALÓN, PERFIL 8. ....................................................................................................... 126 GRÁFICO 5. 45 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL TALÓN, PERFIL 8. ....................................................................................................... 127 GRÁFICO 5. 46 FUERZAS ACTUANTES SOBRE EL CONTRAFUERTE, PERFIL 8. ....................................................................... 129.

(22) XXII. GRÁFICO 5. 47 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES, PERFIL 2. ....................................................................................................... 132 GRÁFICO 5. 48 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES, PERFIL 3. ....................................................................................................... 132 GRÁFICO 5. 49 DIAGRAMA DE PRESIONES LATERALES, PERFIL 4. ....................................................................................................... 132 GRÁFICO 5. 50 ESQUEMA MURO CAJÓN, PERFIL 2............................... 133 GRÁFICO 5. 51 ESQUEMA MURO CAJÓN, PERFIL 3............................... 139 GRÁFICO 5. 52 ESQUEMA MURO CAJÓN, PERFIL 4............................... 143 GRÁFICO 5. 53 ESQUEMA MURO CAJÓN, PERFIL 7............................... 148 GRÁFICO 5. 54 ESQUEMA MURO CAJÓN, PERFIL 8............................... 152. INDICE DE FOTOGRAFÍAS FOTOGRAFÍA 1. 1 TALUD NATURAL MARGEN IZQUIERDA ....................... 4 FOTOGRAFÍA 1. 2 TALUD NATURAL MARGEN DERECHA ......................... 4 FOTOGRAFÍA 2. 1 BLOQUES DE MATERIAL SOBRE EL RÍO PUSUNO .......................................................................................................... 12 FOTOGRAFÍA 2. 2 ENSAYO EN CAMPO PARA EL CÁLCULO DE COEFICIENTE DE FRICCIÓN ......................................................................... 13.

(23) XXIII. RESUMEN. El presente trabajo contiene el estudio de tres alternativas de muros de contención a partir de datos e información, brindados por la empresa Elit Energy en. calidad. de. consultor,. para. el. Proyecto. Hidroeléctrico. “Pusuno”,. específicamente en la obra de captación, ubicada en el Río Pusuno, en la ciudad de Misahuallí provincia de Napo. El propósito de este estudio es utilizar la información necesaria de mecánica de suelos y topografía, para determinar la estabilidad de los taludes generados por los cortes para la implantación del proyecto, y cumpliendo con los parámetros mínimos de estabilidad establecidos en la literatura técnica. En un inicio este trabajo recopila la información entregada por la empresa consultora, como lo son estudios geológicos, geotécnicos, topográficos, hidrológicos e hidráulicos; para luego plantear varias alternativas de muros de contención que brinden una solución a la estabilidad de los taludes en ambas márgenes del Río Pusuno, y que permita el funcionamiento de la obra de captación de acuerdo a las solicitaciones de su diseño hidráulico. Las distintas alternativas de muros fueron diseñados bajo parámetros semejantes dependiendo de su naturaleza, y cumpliendo con todas las solicitaciones de seguridad según lo establece la literatura técnica. Como se especifica en el Capítulo 5, se hizo un análisis técnico comparativo de las tres alternativas tomando como principal referencia el costo y el tiempo que conllevaría realizar cada uno de ellas. Las alternativas planteadas para este proyecto son MUROS DE GAVIONES, MUROS CON CONTRAFUERTES Y MUROS CAJÓN, de las cuales se seleccionó la última como más eficiente, por sus beneficios en tiempo y costo que tiene sobre las otras dos alternativas planteadas.. Palabras clave: Muros de Contención, Análisis Técnico Comparativo.

(24) XXIV. ABSTRACT. The following thesis contains the study and design of three alternatives of retaining walls, based on information and data provided by the company Elit Energy, as an external consultant for the Hydroelectric Project “Pusuno”, specifically in the lateral walls of the weir structure, located on Pusuno River, in the city of Misahuallí province of Napo. The purpose of the study is the use of necessary soil mechanics information and topography data, to define the stability of the slopes formed by the soil cut and implantation of the project, satisfying the minimum stability parameters established in the technique literature. Initially this thesis collects the information provided by the consultant, such as geology, geotechnics, topography, hydraulic and hydrology studies; then propounds diverse alternatives of retaining walls as a solution for the slope stability in the left and right riverside, allowing the correct performance of the water catchment structure based on its hydraulic design. The different alternatives of walls are design under similar conditions according to its nature, and fulfilling all the safety solicitations established by the technique literature. In the Chapter 5 of this thesis, there is a technical analysis and comparison of the three main alternatives, using as principal reference time and cost that would lead performing each one of them. The three main alternatives for this project are GABIONS WALLS, COUNTERFORT WALLS AND BOX WALLS, being the last one more efficient, according to its advantages in time and cost over the other two alternatives of retaining walls.. Keywords: Retaining Walls, Technical Analysis and Comparison..

(25) XXV. PRESENTACIÓN. En la actualidad en nuestro país, se puede observar que existe una gran inversión en proyectos hidroeléctricos, que buscan aprovechar al máximo las fuentes hídricas y así proveer de energía eléctrica a toda la población. Estas estructuras normalmente se implantan en lugares donde exista un máximo aprovechamiento de los recursos naturales, y para esto las obras complementarias deben adecuarse a las necesidades del diseño. Para el caso del Proyecto Hidroeléctrico Pusuno, el diseño hidráulico ha establecido una implantación del azud en el río del mismo nombre, la cual contiene unos muros de ala de dimensiones considerables en altura y en extensión, debido a los cortes que se deben hacer en los taludes, en la profundidad de un estrato firme de cimentación. La Empresa Consultora a cargo del proyecto hidroeléctrico había propuesto dos alternativas típicas de muros de contención, que son Muros de Gaviones y Muros con Contrafuertes, y aunque sus diseños sean fáciles y de conocimiento general, no siempre son las más factibles debido al aumento de costos y tiempos de realización, incrementando al presupuesto del proyecto. Es por esto que el presente estudio se enfoca en: conocer y plantear una nueva técnica y dar variantes a los métodos tradicionales de muros de contención y estabilidad de taludes, ofrecer una solución que mejore el desempeño en el proceso constructivo, garantizar la durabilidad y la funcionalidad. Cumpliéndose todo esto se aseguraría la aminoración de los costos y el aprovechamiento de los recursos destinados. Esta nueva alternativa planteada llamada Muro Cajón, no tiene una base ni un estudio previo sobre un pre-dimensionamiento geométrico que facilite un diseño más eficiente, además no se tiene hasta ahora conocimiento sobre posibles restricciones en el diseño y bajo qué condiciones. A pesar de todo esto, ha sido probada como solución de estabilidad de taludes en algunas partes del país, dando resultados satisfactorios..

(26) 1. CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES. 1.1. OBJETIVOS. 1.1.1 OBJETIVO GENERAL Proponer y diseñar alternativas económicas y constructivamente adecuadas para los muros de ala del Proyecto Hidroeléctrico Pusuno, ubicado en el Rio del mismo nombre, en la provincia de Napo, cantón Tena, parroquia Misahuallí. 1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ·. Recopilar información acerca de las propiedades mecánicas del suelo y de los materiales de la zona, así como también datos hidrológicos para diseño. ·. Analizar las posibles alternativas que sean más óptimas y aplicables, para el diseño de los muros de ala del proyecto.. ·. Comparar. las. alternativas propuestas en. términos económicos y. constructivos, de acuerdo a los parámetros más importantes de cada muro tipo.. 1.2 GENERALIDADES La teoría de muros de contención siempre va a ir de la mano con la mecánica de suelos, para este tipo de obras es indispensable el conocimiento de las propiedades físicas y mecánicas del suelo de la zona La determinación de estas propiedades permitirá escoger la mejor alternativa de muro que cumpla con las solicitaciones de cargas, cumplir con la estabilidad externa e interna de la masa de suelo contenida, satisfacer los factores de seguridad, entre otras. El diseño y análisis de muros estará además enfocado en.

(27) 2. la optimización de los materiales y mano de obra de la zona, reducir costos y tiempos de construcción. El suelo como tal es un material muy susceptible a cambios en el tiempo y la estabilidad de taludes abarca varios factores a ser tomados en cuenta como el tipo de falla, la forma de falla, peso unitario, presión lateral. La interpretación de estos factores servirá como datos para el diseño de las tres alternativas propuestas en este estudio El presente trabajo busca encontrar la mejor entre las tres alternativas planteadas inicialmente para el proyecto que son Muro de gaviones, Muro con Contrafuertes, y el Muro Cajón. Estas deben satisfacer todas las condiciones antes mencionadas de estabilidad y seguridad, esto para los muros de ala en la obra de captación del Proyecto Hidroeléctrico Pusuno, ubicada en el Río Pusuno que es un afluente del Rio Napo, en la provincia de Napo, cantón Tena, parroquia Misahuallí.. FIGURA 1. 1 CORTE DEL AZUD, OBRA DE CAPTACIÓN. FUENTE: IDD Consultores En la zona del proyecto, el talud de la Margen Izquierda como el talud de la Margen Derecha del río tiene una gran altura y además una pendiente considerable, la parte superior del talud está cubierta por una capa vegetal y en la.

(28) 3. parte inferior existe la presencia de material rocoso erosionado por la misma acción del río como se muestra en la Fotografía 1.1. En la siguiente imagen se puede apreciar la ubicación de los muros de ala en el proyecto, así como también la ubicación de los distintos componentes que conforman la obra de captación.. GRÁFICO 1. 1 ESQUEMA DE LA OBRA DE CAPTACIÓN. FUENTE: Elit Energy. En la Margen Izquierda los taludes son aún mayores, necesitando así muros que van desde los 7 a los 20 metros de altura, con pendientes de 44˚ en el talud y una longitud total de 22.50 metros. En la Margen derecha los taludes también son considerables, necesitando muros que van desde los 8 a los 14 metros de altura, con pendientes de 27˚ en el talud y una longitud total de 14.20 metros. En las fotografías 1.1 y 1.2 se muestran los taludes en su etapa inicial antes de colocarse el muro..

(29) 4. FOTOGRAFÍA 1. 1 TALUD NATURAL MARGEN IZQUIERDA. ELABORACIÓN: Juan J. Torres. FOTOGRAFÍA 1. 2 TALUD NATURAL MARGEN DERECHA. ELABORACIÓN: Juan J. Torres.

(30) 5. 1.3 UBICACIÓN El Proyecto Hidroeléctrico Pusuno está ubicado en la provincia de Napo, cantón Tena, parroquia Misahuallí, toma agua del Río Pusuno que es un afluente del Rio Napo en la vertiente amazónica del Ecuador ( 01˚02`00``S. 77˚40`00``W). GRÁFICO 1. 2 UBICACIÓN DEL PROYECTO HIDROELÉCTRICO PUSUNO. FUENTE: Elit Energy. 1.4 ALCANCE El presente estudio se enfoca en la estabilidad de los taludes que se encuentran localizados en la obra de captación del Proyecto Hidroeléctrico Pusuno y las opciones aplicables y funcionales de muros para la estabilización de dichos taludes. Los muros de gaviones, muros con contrafuertes y muros tipo cajón, son viables para el proyecto, con ventajas y desventajas técnicas y constructivas una sobre la otra, brindando conocimientos teóricos y experimentales que posibiliten el análisis comparativo y faciliten la elección de la mejor alternativa para el proyecto. La alternativa seleccionada resulta ventajosa sobre las otras en relación a la factibilidad constructiva y económica, al comparar los diseños finales de todas las opciones de muro. Se hará hincapié en rubros como mano de obra y material,.

(31) 6. siendo este último el principal debido al difícil acceso al lugar de captación. De estos rubros dependerá directamente el tiempo y correcta ejecución de la obra. El estudio busca ser sistemático, ofrecer conocimientos fundamentales de estabilidad. de. taludes. y. mecánica. de. suelos,. criterios. básicos. de. dimensionamiento, análisis y diseño estructural, nociones básicas de hidrología y principalmente el análisis de factibilidad y eficiencia de varias opciones bajo parámetros similares..

(32) 7. CAPÍTULO 2 TRABAJOS DE CAMPO. Para el análisis de estabilización de taludes y diseño de los muros de ala de la obra de captación del Proyecto hidroeléctrico Pusuno es necesario contar con un estudio geológico y geotécnico para recopilar datos e información sobre el suelo de la zona, así como también sus características principales y estratigrafías del sector. Se requiere además datos topográficos de los taludes tales como geometría, altura, pendientes; además se necesitarán datos hidráulicos e hidrológicos que permitan determinar los caudales de trabajo y caudales máximos y mínimos, todo esto permitirá dimensionar los muros. Esta información, ya fue determinada en estudios anteriores, y fue proporcionada por la empresa consultora ELIT ENERGY.. 2.1 ESTUDIO GEOTÉCNICO Se realizan con el propósito de determinar las propiedades físicas y mecánicas de los suelos como la cohesión, ángulo de fricción y peso unitario para determinar los diagramas de presiones, para el diseño de las varias alternativas de muros es necesaria la capacidad del suelo para el diseño de la cimentación, las profundidades en los que se encuentran cada tipo de suelo y el espesor de los estratos. En este caso ELIT ENERGY realizó varios ensayos geológicos, veinte metros aguas arriba de la captación. Las pruebas realizadas fueron la resistividad eléctrica con la norma ASTM G 5795 A para determinar los posibles estratos, además fueron tomadas algunas muestras alteradas o semialteradas para ensayos de compresión y corte en sitio..

(33) 8. 2.1.1 RESISTIVIDAD ELÉCTRICA La resistividad eléctrica se denomina con la letra ρ, este ensayo cuantifica la dificultad que encuentra la corriente eléctrica tanto en profundidad como lateralmente, para atravesar un cubo de dimensiones unitarias del material a medirse, en este caso el suelo. Varios son los factores que afectan a la toma de medidas de resistividad como son: ·. Tipo de suelo.. ·. Mezcla de diversos tipos de suelos.. ·. Suelos con capas estratificadas a profundidades y materiales diferentes.. ·. Contenido de humedad.. ·. Temperatura.. ·. Compactación y presión.. ·. Composición y concentración de sales disueltas.. Estrictamente hablando, todos los cuerpos son conductores eléctricos en menor o mayor medida, de cargas pueden ser electrones o iones, siendo la primera para metales y semiconductores y las segundas para materiales como rocas y electrolitos. Los suelos básicamente están formados por Óxido de Aluminio y Óxido de Silicio, que funcionan como grandes aislantes, estos ofrecerán una resistencia al paso de la corriente eléctrica Las rocas tienen poros en mayor o menor proporción (al igual que los suelos que tienen mayor o menor relación de vacíos), y suelen estar ocupados total o parcialmente por electrolitos que hacen que la roca se comporte como un conductor iónico con un margen de resistividad muy variable y que depende de factores antes mencionados Existen varios métodos para medir la resistividad eléctrica en los suelos, entre ellos el método Dipolo-Dipolo o el de Schlumberger, pero el más usado es el método de James Frank Wenner o solo método de Wenner, que consiste en.

(34) 9. enterrar 4 electrodos tipo varillas “a” una profundidad “b” y espaciados en línea recta a una distancia “a”. (Cárdenas & Galvis, 2011). GRÁFICO 2. 1 DISTRIBUCIÓN DE ELECTRÓDOS, MÉTODO DE WENNER. FUENTE: Cárdenas Y Galvis. Se inyecta una corriente de intensidad “I” en los electrodos exteriores y un potencial “V” en los electrodos internos, el instrumento mide la resistencia R = V/I del volumen del cilindro de radio a, entonces el valor de la resistividad aparente ρ a a la profundidad a se calcula por la siguiente ecuación:. ! =". #"$"%"&. )"* )* '(" "/" ) ) ) +-"* ,-".) +* ,-".. (2.1). Debido a la distancia a es mayor que la distancia b, la ecuación se simplifica a: ! = 2"0"1"3. (2.2). En este ensayo utilizaron el equipo de resistividad SuperSting® R8 IP con salida de 8 canales y medición continua de resistividades mediante uso de 8 cables con 56 electrodos en total, este artefacto permite obtener en forma automática y después de procesar la información obtenida en campo, datos para los distintos tipos de métodos (Wenner, Dipolo-Dipolo o Schlumberger) de acuerdo a un arreglo electródico sobre el equipo. (HIDROGEOCOL ECUADOR Cia. Ltda., 2015) Los valores tomados a varias profundidades y en varios perfiles a lo largo de toda el área de estudio darán una idea de las capas y estratos que existen. En la siguiente tabla se puede apreciar los distintos valores de resistividad para.

(35) 10. distintos materiales y así hacerse una idea del material que conforma cada capa. Este valor es subjetivo, la buena interpretación de datos está dada por la experticia del Ingeniero Geólogo y de la confiabilidad de su equipo.. TABLA 2. 1 VALORES DE RESISTIVIDAD PARA VARIOS MATERIALES Rocas o Sedimentos. Resistividad (Ohm). Arcilla y Limolita. 2 - 15. Arena Seca. > 200. Arena Saturada con agua dulce. 20 - 150. Arena Saturada con agua salobre. 5 - 15. Arena Saturada con agua salada. <5. Grava saturada con agua dulce. 50 - 300. Arenisca con agua dulce. 30 - 50. Caliza porosa con agua dulce. < 500. Caliza compacta. > 500. Roca ignea, volcánica o metamórfica fracturada saturada con agua dulce Roca ignea, volcánica o metamórfica masiva. 200 - 1000 > 1000. FUENTE: Hidrogeocol Ecuador Cia. Ltda ELABORACIÓN: Juan J. Torres. Normalmente se toma un modelo de capas en paralelo, y los límites en las capas están dados por las diferencias entre medidas de resistividad. GRÁFICO 2. 2 REPRESENTACIÓN DE UN TERRENO ESTRATIFICADO. FUENTE: Cárdenas Y Galvis.

(36) 11. Para la captación del Río Pusuno las tareas de campo consistieron en el levantamiento de 3 perfiles de prospección geoelectrica continua, las cuales fueron ubicadas de acuerdo a las necesidades del proyecto. TABLA 2. 2 UBICACIÓN DE LOS PERFILES DE PROSPECCIÓN GEOELÉCTRICA CONTINUA Perfil. LR1-LR1` LR2-LR2` LR3-LR3`. Identificación del Punto LR1 LR1` LSR2 LSR2` LSR3 LSR3`. Coordenadas WGS 84 17 S Este (m) Norte (m) 208615 9894440 208589 9894462 208588 9894395 208589 9894487 207046 9893629 206276 9893378. Longitud del Perfil. Separación electródos. (m). (m). E-W. 56,00. 1,00. N-S. 100,00. 2,00. E-W. 825,00. 15,00. Dirección. FUENTE: Hidrogeocol Ecuador Cia. Ltda. El método de la resistividad eléctrica es quizás el método más útil para evaluar a través de una sección las características, condiciones, la identificación y localización en extensión y profundidad, de las diferentes capas y/o cuerpos de materiales que conforman el subsuelo, así como también algunas propiedades geológicas y estructurales de los materiales que conforman el área de estudio, más no propiedades mecánicas. 2.1.2 ANÁLISIS VISUAL Y ENSAYOS DE RESISTENCIA En el lecho del río se puede apreciar visualmente la presencia de lutitas que son bastantes estables y resistentes, aunque si se encuentran sujetas a alteraciones constantes, fácilmente se transforman en arcillas cuyas propiedades mecánicas son relativamente poco competentes. De estas lutitas se tomaron muestras y se tallaron 5 probetas que fueron sometidas a ensayos de Penetración de Cono dando como resultado un valor de esfuerzo máximo de 10.87 kg/cm2 en promedio. Se tallaron además probetas para ensayos de corte in situ de la lutita saturada, dando como resultados valores.

(37) 12. de resistencia al corte de 1.44 kg/cm2. El ensayo y el procesamiento de la información fueron brindados por la empresa ELIT ENERGY.. FOTOGRAFÍA 2. 1 BLOQUES DE MATERIAL SOBRE EL RÍO PUSUNO. ELABORACIÓN: Juan J. Torres En el sitio, se arrastró un bloque de caliza de 12.7 kg de peso (8.1 kg de peso sumergido), 4.6 dm3 de volumen y peso específico de 2.76 g/cm3, sobre una superficie de lutita no alterada, sumergida y horizontal; esto para calcular el coeficiente de fricción estática µs in situ dando como resultado 0.35. El ensayo para determinar este coeficiente consiste en arrastrar un bloque de peso conocido con una soga, en el otro extremo se encuentra un dinamómetro. Las lecturas que se deben tomar son aquellas marcadas en el dinamómetro apenas comience el movimiento del bloque, en este punto se dice que la fuerza ejercida para mover el bloque es igual a la fuerza de fricción FF pero en dirección contraria. Es recomendable tomar varias lecturas en el dinamómetro y sacar un promedio de estas. La fuerza normal W es aquella producida por el sitio de apoyo, y es igual al peso del bloque pero en dirección contraria. Para calcular el coeficiente de fricción, se aplica la siguiente ecuación: 45 = "6" × "7. (2.3).

(38) 13. Este tipo de ensayo, es de carácter empírico, y da una idea aproximada del verdadero coeficiente de fricción estático. FOTOGRAFÍA 2. 2 ENSAYO EN CAMPO PARA EL CÁLCULO DE COEFICIENTE DE FRICCIÓN. ELABORACIÓN: Juan J. Torres 2.1.3 LITOLOGÍA DEL SECTOR. En el sector de estudio, básicamente de definieron 2 diferentes litologías asociadas: ·. Lutitas de color gris oscuro a negro, de estructura foliada, presenta fisibilidad,. texturas. pelitica.. Su. composición. mineralógica. consiste. principalmente en minerales arcillosos y de cuarzo, en menor cantidad carbonatos y fosfatos (alrededor del 5%). La roca en general se encuentra en estado fresco, y su coloración oscura es un claro indicador de un alto contenido de material bituminoso. ·. Calizas de colores claros, laminados pero mayoritariamente masivas, su textura deposicional se la define como Boundstone, ya que en su mayoría presenta granos soldados entre sí. Su composición es calcita con ligeras contaminaciones de arcillas y material bituminoso además se puede apreciar contenidos fósiles..

(39) 14. GRÁFICO 2. 3 LITOLOGÍA DEL MARGEN DERECHA DEL RÍO PUSUNO. FUENTE: Hidrogeocol Ecuador Cia. Ltda. En el gráfico se puede apreciar una estratificación gradada, de textura pelitica, capas de lutita y caliza intercaladas, el material bituminoso es fácilmente apreciable. Existen rocas fracturadas localmente y bloques caídos, en la parte superior se observa la presencia de material coluvial. (HIDROGEOCOL ECUADOR Cia. Ltda., 2015). 2.2 ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS. Para determinar la geometría y posterior diseño de los muros de ala de la captación, ELIT ENERGY realizó una toma de datos para un levantamiento topográfico general en el lugar y sus características principales; la topografía del lugar permitirá la implantación del proyecto. El levantamiento topográfico estuvo a cargo de un grupo de personas calificadas y con ayuda de equipos de medición topográfica necesarios para la recopilación de datos. Posteriormente se usará esta información para procesarla y definir planos topográficos en planta y elevación. Esta información también se obtuvo del.

(40) 15. propietario del proyecto, ELIT ENERGY proporcionó un plano de la topografía del lugar de la obra de captación, a escala 1:1000 y con curvas de nivel cada metro.. FIGURA 2. 1 CAPTACIÓN.. UBICACIÓN DE SECCIONES EN TOPOGRAFÍA DE OBRA DE. FUENTE: Elit Energy. De la topografía se definieron algunos parámetros necesarios para el diseño de los muros: -. Para la margen derecha las alturas de los taludes es de aproximadamente 18 metros, con pendientes de 27˚ y una longitud total de 14.20 metros en el tramo donde se implantará el muro. -. Para la margen izquierda las alturas de los taludes es de aproximadamente 18 metros, con pendientes de 44˚ en el talud y una longitud total de 22.50 metros en el tramo donde se implantará el muro.. -. La cota más baja en el fondo del río está al nivel 738.15 msnm. Mientras que la cota más alta medida está alrededor de los 766.00 msnm. 2.3 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS Para definir las alturas de los muros, fue necesario un estudio hidrológico, a partir de para los datos de caudales máximos y calados máximos esperados, dentro de.

(41) 16. un periodo de retorno de diseño establecido por la teoría de diseño de este tipo de obras. Las obras tomadas en cuenta para este modelo constan de un un Azud tipo vertedero con un ancho de 22.00m, ubicado en la cota 755.15 msnm., un orificio para caudal ecológico de 0.70x0.85 m, 2 compuertas radiales de 4.00x4.00 m, ubicados en la cota 745.15 msnm, una obra de toma lateral con 3 orificios de 2.60x2.00 m, ubicados en la cota 753.15 msnm, conforme al siguiente gráfico:. GRÁFICO 2. 4 OBRA DE REPRESAMIENTO.. FUENTE: Elit Energy 2.3.1 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS Estos estudios fueron brindados por los consultores del proyecto. Inicialmente se definieron valores de acuerdo a la literatura, como es el Coeficiente de Rugosidad o de Manning y las pendientes arrojadas de los estudios topográficos. (ELIT ENERGY, 2015) La ecuación para la determinación del coeficiente de rugosidad está propuesta por la siguiente ecuación: 8 = 98: ; 8' ; 8< ; 8> ; 8# ?@ AB. (2.4).

(42) 17. Dónde: no: es un valor básico de n para un canal recto, uniforme y liso en los materiales naturales involucrados. n1: corrección por rugosidades superficiales n2: correcciones por variaciones en forma y tamaño n3: valor que estima las obstrucciones n4: valor que considera la vegetación y las condiciones de flujo. m5: factor de corrección por efectos de meandros.. Para valorar no en cauces se ha utilizado la relación: 8: = C@CDE9FB: ?'GH. (2.5). Dónde: d50: es el tamaño de partícula del material del fondo, correspondiente al 50% de suelo que pasa. Se han considerado los siguientes valores: TABLA 2. 3 COEFICIENTES PARA OBTENER MANNING COEFICIENTES d50. FUENTE: Elit Energy. MANNING CAUCE 0.60. LADERA. n0. 0.038. 0.028. n1. 0.010. 0.010. n2. 0.006. 0.006. n3. 0.020. 0.020. n4. 0.000. 0.047. m5 n. 1.13 0.083. 1.13 0.125.

(43) 18. Las condiciones aguas arriba y aguas abajo, el nivel de agua se ha tomado igual al correspondiente nivel normal del río en las secciones de borde. Este nivel normal se calcula con una pendiente de fondo de cauce igual a aquella observada en los extremos del tramo. TABLA 2. 4 CONDICIONES DE BORDE DE RÍO CONDICIONES DE BORDE DEL RIO Pendiente Normal (UpS) 0.03293 Pendiente Normal (DwS) 0.06693. FUENTE: Elit Energy. TABLA 2. 5 CAUDALES DE DISEÑO Tr (años) 10 100. Q (m3/s) 179.20 350.00. FUENTE: Elit Energy. Para el diseño se analizaron 3 escenarios distintos, con lluvias de un periodo de retorno de 100 años, estos están detallados a continuación: Escenario A: En este escenario, durante la creciente las dos compuertas radiales están completamente cerradas permitiendo el vertido únicamente sobre el vertedero, la bocatoma y el orificio de caudal ecológico. El nivel de agua con esta condición alcanza la cota 758.73 msnm, para un periodo de retorno de 100 años..

(44) 19. GRÁFICO 2. 5 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO A. FUENTE: Elit Energy Escenario B: En este escenario se acepta que por algún problema eventual sea imposible elevar una compuerta radial por tanto es operativa una sola compuerta radial. El caudal centenario vierte por el vertedero frontal, por la compuerta radial por la bocatoma y por el orificio de caudal ecológico. El nivel alcanzado por la creciente en esta condición es de 757.55 msnm. GRÁFICO 2. 6 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO B. FUENTE: Elit Energy Escenario C: Corresponde a la condición en que las dos compuertas están completamente abiertas, permitiendo el paso del flujo a través del vertedero, de las compuertas radiales, la bocatoma y el orificio de caudal ecológico. El nivel de aguas llega a la cota 756.27 msnm para un Tr=100años..

(45) 20. GRÁFICO 2. 7 PERFIL TRANSVERSAL PARA ESCENARIO C. FUENTE: Elit Energy. Análisis de escenarios: Se dispone de dos compuertas radiales para enfrentar el evento centenario. Los eventos centenarios son asociados a lluvias muy intensas de corta duración en los que han existido lluvias durante tres a cuatro días previos. Los resultados son eventos de crecientes con picos muy altos y duraciones pequeñas. El escenario A es la condición más crítica de diseño como consecuencia de despreciar la capacidad operativa de las compuertas ante estas eventuales crecientes. La incorporación de elementos móviles automáticos en función de la carga de la compuerta debería considerarse en los diseños mecánicos de las compuertas con el objetivo de minimizar; en lo posible, errores humanos en la operación. En esta condición el azud requiere mayor carga para verter el caudal centenario en su totalidad (350 m3/s). En el otro lado está el escenario C, que de todos es el más optimista, asumiendo que ambas compuertas trabajan al 100% de su efectividad. Los niveles de agua alcanzados, para los distintos escenarios, se los puede apreciar de mejor manera en el siguiente gráfico..

(46) 21. GRÁFICO 2. 8 ESCENARIO. RESUMEN DE NIVELES MÁXIMOS DE CRECIDA POR. Escenario A. Escenario B. Escenario C. FUENTE: Elit Energy. Por lo tanto, el nivel que se tomará para el diseño de los muros de ala, es el nivel correspondiente al análisis del escenario A, que es de 758,73 msnm..

(47) 22. CAPÍTULO 3 TRABAJOS DE GABINETE. Con el fin de determinar el comportamiento del suelo y la influencia sobre el diseño de las posibles alternativas de muros, se realizan los trabajos de gabinete con los datos obtenidos de los estudios, ensayos en campo y datos obtenidos por la consultora.. 3.1 IDENTIFICACIÓN DE LOS MATERIALES La clasificación e identificación de los suelos, se basa en los resultados obtenidos del ensayo de resistividad eléctrica realizada en campo. Una vez obtenidos todos los datos de resistividad medidos en Ωm en campo y algunos datos topográficos, HIDROGEOCOL ECUADOR Cia. Ltda., empresa encargada del ensayo de resistividad eléctrica en campo, procedió a organizar y filtrar los datos para su posterior procesamiento, de tal manera que los perfiles levantados en el área permitan evaluar las condiciones geológicas presentes. Para esto se utilizó un software especializado llamado EarthImager® 2D vs. 2.0.4., que pertenece a AGIUSA®. El programa trata individualmente a cada perfil, procesándolos utilizando algoritmos adecuados, a esto se le debe sumar la técnica y la experiencia del consultor. El programa dispone de varias opciones para la interpretación de los datos, para elegir la mejor opción, es necesario el conocimiento de las condiciones geológicas del terreno, el factor topográfico, y de la tendencia que sigan los datos de resistividad tomados en campo El proceso de interpretación es iterativo, en primera instancia se busca que el modelo de interpretación matemática genere una imagen de resistividades aparentes calculadas, similares a las obtenidas en campo. En segunda instancia se verifica que este modelo real resultante tenga similitud con la interpretación.

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