diseño de presas de tierra

Diseño de Obras hidráulicas

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___________________________________________________________________________________MSc.Ing. Arbulú Ramos José 1


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DISEÑO DE PRESAS EN TIERRA

1. GENERALIDADES

Los suelos son los más antiguos de los materiales de construcción y el más complejo de cuantos se conocen.

Su variedad es enorme y sus propiedades, variables en el tiempo y el espacio, son difíciles de entender y medir.

El siglo XX constituyó el de mayor esfuerzo de los científicos para resolver los problemas que enfrentaba la

mecánica de suelos y con ello el diseño y construcción de presas de tierra.

La importancia de este tipo de obra para la vida del hombre y su desarrollo social es ampliamente conocida. En

nuestro país no estamos al margen de esto y por ello se han proyectado y construido grandes, medianas y

pequeñas presas de tierra de materiales locales (previo estudio de estos).

El aumento en el desarrollo y la expansión de la población en las cuencas hidrográficas de la Nación han creado

una clara necesidad de desarrollar el suministro de agua adicional. En muchas áreas de la infraestructura

nacional existente no puede satisfacer estas necesidades. El aumento en el desarrollo urbano también ha tenido

un impacto negativo en la calidad del agua. El público está pidiendo que la preservación del medio ambiente

sea un objetivo de igualdad con los beneficios económicos de los proyectos de recursos hídricos. Dado que la

infraestructura actual no está cumpliendo con las necesidades públicas, esta situación está poniendo vidas,

medios de vida y la propiedad en riesgo. Hay varias opciones disponibles para proporcionar la cantidad adicional

de agua.

El método más simple y más rentable para obtener las cantidades necesarias es añadir almacenamiento

adicional en las presas existentes. Muchos de los proyectos de recursos hídricos existentes de la Nación deben

ser modificados para añadir el propósito adicional de suministro de agua. En el futuro, los diseñadores serán

desafiados con las peticiones de los clientes y patrocinadores para modificar las presas existentes para añadir

el suministro de agua para otros fines de las represas existentes. Estas modificaciones deben incluir

consideraciones ambientales y la mitigación.

En cuanto al diseño debe incluir todos los estudios, ensayos, análisis y evaluaciones para asegurar que cumple

con todos los criterios técnicos y las exigencias de una presa. Supervisión de la construcción, gestión y

supervisión del terraplén y las estructuras accesorias son una parte fundamental del plan general de gestión de

proyectos. Una vez que el proyecto se pone en marcha, observaciones, vigilancia, inspecciones, y la evaluación

continua son necesarios para asegurar la correcta ejecución de la presa.

Podemos decir que para un buen diseño de presas de tierra se requiere de un conocimiento previo de las

condiciones del sitio en lo que respecta a la topografía, geología, hidrología y mecánica de suelos.


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1.1 PRESA DE TIERRA

Significa una barrera hecha por el hombre, junto con estructuras anexas, construidos encima de la superficie natural

del terreno con el propósito de captación de agua. Diques de control de inundaciones y la detención de escorrentía

de tormenta están incluidos.

1.2 TIPOS DE PRESA DE TIERRA

Según su capacidad:

Jurisdiccional Tamaño de la presa

Es una presa de la creación de un depósito con una capacidad de más de 100 acres-pies, o crea un embalse

con una superficie de más de 20 hectáreas en la línea de la marea alta, o excede los 10 pies de altura medidos

verticalmente desde la elevación del punto más bajo de la superficie natural del terreno donde se produce ese

punto a lo largo de la línea central longitudinal de la presa hasta la cresta del aliviadero de emergencia de la

presa. Para depósitos creados por la excavación, o donde se coloca la solera del conducto de salida por debajo

la superficie del terreno natural en su punto más bajo por debajo de la presa, la altura jurisdiccional se medirá

desde la solera de la salida en la línea central longitudinal del terraplén o desde el fondo de la excavación en la

línea central longitudinal de la presa, que nunca es mayor.

No jurisdiccional Tamaño de la presa

Es la creación de una presa de un embalse con una capacidad de 100 acres-pies o menos y una superficie de

20 hectáreas o menos y con una altura medida de 10 pies o menos.

Presa Menor

Es una presa tamaño jurisdiccional que no exceda de 20 pies de altura jurisdiccional y / o 100 acres-pies de

capacidad.

Presa Pequeña

Es una presa con una altura jurisdiccional superior a 20 pies, pero inferior o igual a 50 pies y / o una capacidad

de embalse de más de 100 acres-pies, pero menos de 4,000 acres-pie.

Presa Grande

Es una presa de más de 50 pies de altura jurisdiccional, y / o mayor que 4,000 acres-pies de capacidad.


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Desviación Presa

Es una presa construida con el propósito de desviar el agua de un curso de agua natural en un canal, túnel,

zanja o canalización que normalmente confisca un volumen insignificante de agua, y para el que los impactos

de fracaso no son un peligro significativo seguridad pública.

Inundación de la presa de control

Es una presa de propósito especial que normalmente es seco y tiene una estructura de salida no-privada para

la liberación controlada de agua embalsada durante y posterior a un evento de inundación. El tamaño

jurisdiccional y clasificación de la presa se determinan utilizando la altura y la capacidad del depósito a la

elevación aliviadero de emergencia, o el uso de la elevación de la elevación máxima enrutado superficie del

agua si no se proporciona aliviadero de emergencia.


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1.3 PARTES DE UNA PRESA DE TIERRA

1. El aliviadero de emergencia también se llama un aliviadero auxiliar.

2. La cresta de la presa suele ser la parte superior de la presa, pero el aliviadero de emergencia también tiene

una cresta que se conoce como la sección de control veces y es el alto punto en el vertedero.

3. Los trabajos de saldo podría ser una piscina de inmersión o una cuenca de impacto.

4. 4. El aliviadero principal de que se podría llamar una torre elevador. En la torre debe ser una escalera de

acceso, un operador de puerta, y basura bastidores o pantallas para mantener los residuos fuera.

1.4 SECCIÓN TRANSVERSAL DE UNA PRESA DE TIERRA


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PILAR: La parte del lado del valle contra la cual se construye la represa. También puede referirse a un

tope artificial a veces construido como un muro de hormigón. Pilares derecho e izquierdo son aquellos en

los lados respectivos en calidad de observador cuando se ve mirando aguas abajo.

ANCHURA DE LA BASE: La anchura de la presa de medida a lo largo de la interfaz de presa / fundación.

INCUMPLIMIENTO: Una abertura o un avance de una presa causado a veces por la rápida erosión de

un sección del muro de contención de tierra por el agua.

CONDUCTO: Un canal cerrado para transmitir la descarga a través o debajo de una presa. Normalmente

tuberías construidas de hormigón o acero.

NÚCLEO (NÚCLEO IMPERMEABLE) (IMPERMEABLE ZONA): Una zona de material de baja

permeabilidad en una presa de terraplén, por lo tanto, el núcleo central términos, núcleo inclinado, arcilla

charco Núcleo, y el núcleo de arcilla enrollada.

CRESTA DE LA LONGITUD: La longitud desarrollada de la parte superior de la presa. Esto incluye la

longitud del aliviadero, central eléctrica, esclusa de navegación, pase peces, etc., donde estas estructuras

forman parte de la longitud de la presa. Si desprendido de la presa, estas estructuras no deben ser

incluidas.

CRESTA DE LA PRESA: La cresta término de la presa se utiliza a menudo cuando la parte superior del

vertedero y la parte superior de la presa deben ser utilizadas para referirse a la sección de desbordamiento

y presa adecuada, respectivamente.

CUTOFF: Una construcción impermeable por medio del cual la filtración se reduce o impide pasa a través

de material de fundación.

CORTE DE PARED: Una pared de material impermeable, por ejemplo, concreto, pilotes de madera, hoja

de acero pilotes, integrado en la base para reducir la filtración debajo de la presa.

CAPA DE DRENAJE O MANTA: Una capa de material permeable colocado directamente sobre el

material de base o talud de aguas abajo para facilitar el drenaje de las filtraciones del terraplén. También

usar una manta colocada aguas arriba en el suelo y el terraplén embalse aguas arriba de prevenir la

filtración de entrar en la presa.

ABATIMIENTO: La resultante disminución del nivel de la superficie del agua debido a la liberación de

agua de la depósito.

EMBANKMENT: material, normalmente la tierra o roca, colocado con lados inclinados Llenar.

PLAN DE ACCIÓN DE EMERGENCIA: Un plan predeterminado de medidas que deben adoptarse para

reducir la riesgo de daños materiales y la pérdida de vidas en una zona afectada por una rotura de la presa.


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CARA: Con referencia a una estructura, la superficie externa que limita la estructura, por ejemplo, la cara

de la pared o barrera.

FLASHBOARDS: Longitudes de madera, hormigón o acero colocados en la cresta de un vertedero para

aumentar el nivel de agua que opera, sino que pueden ser eliminados rápidamente en caso de una

inundación, ya sea por disparar un dispositivo de soporte o diseñando el flashboard apoya a fallar bajo

especificado condiciones.

FUNDACIÓN DE LA PRESA: El material natural sobre el que se coloca la estructura de la presa.

FRANCOBORDO: La distancia vertical desde la superficie del agua para la elevación más baja a la que

agua fluiría sobre la presa en una sección que no está diseñado para ser desbordado.

GATE: En general, un dispositivo en el que una hoja o miembro se movió a través de la vía acuática desde

una posición externa para controlar o detener el flujo.

CRESTA DE LA PUERTA (ALIVIADERO GATE): Una puerta en la cresta de un aliviadero que

controla desbordamiento o el nivel de agua del embalse.

FLAP GATE: Una puerta con bisagras a lo largo de un borde, por lo general, ya sea el borde superior o

inferior.

Ejemplos de puertas solapa inferior con bisagras están inclinando puertas y portones vientre peces

llamados desde su forma en sección transversal.

SALIDA GATE: Una puerta de control de la salida de agua desde un depósito.

RADIAL GATE (Tainter GATE): Una puerta con una placa de aguas arriba curva y radial brazos

articulados a los muelles y otras estructuras de apoyo.

PUERTA CORREDIZA (PUERTA DE ESCLUSA): Una puerta que se puede abrir o cerrar deslizando

en apoyo guías.

TALÓN DE PRESA: La unión de la cara aguas arriba de una gravedad o presa de arco con el superficie

de la cimentación. En el caso de un terraplén presa de la unión se conoce como el de aguas arriba dedo

del pie de la presa.

ADMISIÓN: Cualquier estructura en un embalse, presa, o un río a través de la cual el agua se puede

dibujar en un tubo de salida, canal de flujo, etc.

SALIDA DE NIVEL BAJO (salida inferior): Una abertura en un nivel bajo del depósito generalmente

se utiliza para vaciar el embalse.

SALIDA: Una abertura a través de la cual el agua puede ser descargado libremente para un fin

determinado desde un depósito.


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ZONA permeable: Una parte de la sección transversal de un dique de contención que comprende

material de alta permeabilidad.

Escollera: Una capa de piedras grandes uncoursed, roca rota, o bloques prefabricados colocados en al

azar la manera en la ladera aguas arriba de un dique de contención, en una orilla del depósito, o en los

lados de una canal como una protección contra la acción de las olas y el hielo.

COLLAR FILTRACIONES: Un collar que sobresale generalmente de hormigón o acero construida

alrededor del exterior de una tubería, túnel, o conducto, en virtud de un dique de contención, para alargar

la ruta de la filtración a lo largo de la superficie exterior del conducto.

ALIVIADERO: Una estructura sobre través de la cual se descargan los flujos de inundación. Si el flujo

es controlado por puertas, se considera un vertedero controlado; si la elevación de la cresta del aliviadero

es el único control, se considera un vertedero incontrolado.

AUXILIAR ALIVIADERO (aliviadero de emergencia): Un vertedero secundario diseñado para

funcionar sólo durante excepcionalmente grandes inundaciones.

OGEE ALIVIADERO (OGEE SECCIÓN): Un vertedero de desbordamiento, que en la sección

transversal la cresta, ladera abajo, y el cubo tiene una "S" o la forma conopial de la curva. La forma es

prevista para que coincida con la parte inferior de la nappe en sus extremidades superiores.

ALIVIADERO CANAL (TÚNEL ALIVIADERO): Un agua de canal o túnel de transporte del aliviadero

al río aguas abajo.

ATAGUÍAS: grandes troncos, vigas o vigas de acero colocadas una encima de la otra con sus extremos

celebrada en guías a cada lado de un canal o conducto a fin de proporcionar un más barato o más

fácilmente medios manejados de cierre temporal de una puerta de cierre.

ALTURA ESTRUCTURAL: La distancia vertical desde el punto más bajo del terreno natural en el lado

de aguas abajo de la presa a la parte más alta de la presa que embalsar el agua.

TOE DE PRESA: La unión de la cara aguas abajo de una presa con la superficie del terreno natural.

Esto también se conoce como el dedo del pie de aguas abajo. Por un terraplén represar el cruce de la cara

de aguas arriba con la superficie del suelo se llama el dedo del pie contra la corriente.

TOP DE PRESA: La elevación de la superficie más alta de una presa, por lo general un camino o sendero,

excluyendo cualquier parapeto, barandillas, etc.

TOP ESPESOR (TOP ANCHO): El grosor o la anchura de una presa en la parte superior de la presa. En

general, el espesor término se utiliza para la gravedad y las presas bóveda, el ancho se utiliza para otras

presas.

PARED DE FORMACIÓN: Una pared construida para confinar o guiar el flujo de agua.


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BASURA RACK: A que comprende metales pantalla o barras de hormigón armado situados en la vía

acuática en una ingesta con el fin de evitar la entrada de residuos flotantes o sumergidos.

1.5 FACTORES QUE RIGEN LA SELECCIÓN DE UN TIPO DE PRESA

Cada vez que decidimos construir una presa en un lugar determinado, el primer problema desconcertante que nos

enfrenta, es elegir la presa de tierra. ¿Qué tipo será la más adecuada y más económica? Dos, tres tipos de presas

puede ser técnicamente posible, pero sólo uno de ellos será el más económico. Varios diseños y sus estimaciones

tienen que estar preparados antes de señalar un tipo particular. A continuación se describen los diversos factores que

deben ser considerados cuidadosamente antes de seleccionar un tipo particular:

1. Topografía. Topografía dicta la primera elección del tipo de presa. Por ejemplo:

(i) Un valle en forma de U estrecho es decir, una estrecha corriente que fluye entre paredes rocosas altas,

sugeriría una presa de desbordamiento de hormigón.

(ii) Una tierra de la llanura baja rodada, sugeriría naturalmente una presa de relleno de tierra con un

aliviadero separado.

(iii) La disponibilidad de un 'Aliviadero Sitio' es muy importante durante la selección de un tipo particular de

una presa.

(iv) Un valle en forma de V estrecha indica la elección de una presa de arco. Es preferible tener la anchura

de la parte superior del valle de menos de una cuarta parte de su altura. Pero un sitio separado para el

aliviadero también debe estar disponible.

2. Geología y Condiciones de la Cimentación. Las fundaciones tienen que llevar el peso de la presa. El sitio de la

presa debe ser inspeccionada minuciosamente por los geólogos, a fin de detectar el espesor de las capas base,

presencia de fallas, materiales fisurados, y su permeabilidad, pendiente, y resbalamiento, etc.

Los diversos tipos de Las fundaciones generalmente encontradas se discuten a continuación:

(i) Cimentaciones roca sólida. Las fundaciones de roca sólida como el granito, gneis, etc. tienen una

potencia de apoyo fuerte. Ofrecen alta resistencia a la erosión y percolación. Casi todos los tipos de presa

pueden construirse sobre estos cimientos. A veces, las costuras y fracturas están presentes en estas rocas.

Estas deben ser rellenadas y selladas correctamente.

(ii) Cimentaciones de grava. Arenas gruesas y gravas no son capaces de soportar el peso de altas presas

de gravedad de concreto y son adecuados para presas de tierra y relleno de roca. Bajas presas de

gravedad de concreto hasta una altura de 15 m también puede ser sugerido en estas cimientos. Estas

cimientos tienen alta permeabilidad y, por lo tanto, sometida a la percolación del agua a tasas elevadas.

Puntos de corte adecuados deben ser provistos para evitar el peligro de socavar.

(iii) Limo y Cimentaciones de arena fina. Autores sugieren la aprobación de presas de tierra o presas de

gravedad muy bajas (altura hasta de 8 m). Una presa de relleno de roca sobre una tal fundación no es

adecuada. La filtración a través de una base de este tipo puede ser excesivo. Los asentamientos también


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pueden ser un problema. Estos deben estar debidamente diseñados para evitar tales peligros. La

protección de los cimientos al pie contra la erosión aguas abajo también debe garantizarse.

(iv) Cimentaciones de arcilla. No consolidados y arcillas de alta humedad pueden causar enorme

asentamiento de la presa. Estos no son aptas para presas de gravedad de hormigón o de presas de relleno

roca. Pueden ser aceptados para presas de tierra, pero ese también, después de un tratamiento especial,

(v) Cimentaciones no uniformes. En ciertos lugares, una base uniforme de los tipos descritos anteriormente

puede no estar disponibles. En tal caso, una fundación no uniforme de rocas y material blando puede tener

que ser utilizado si la presa se va a construir. Tales condiciones no satisfactorias tienen que ser tratados

por diseños especiales. Sin embargo, cada problema es un problema individual y una solución tiene que

ser encontrado por los ingenieros experimentados.

3. Disponibilidad de Materiales. Con el fin de lograr la economía en la presa, los materiales necesarios para su

construcción deben estar disponible de forma local o en las distancias cortas de la obra.

A veces, un buen suelo es de fácil acceso, que insta naturalmente para una presa de tierra. Si la arena, cemento

y piedra, etc., son de fácil acceso, se debe naturalmente, pensar en una presa de gravedad de hormigón. Si el

material tiene que ser transportada desde distancias muy lejos, a continuación, una presa de hormigón hueco

(contrafuerte) es una mejor opción.

4. Tamaño de Aliviadero y Ubicación. Aliviadero como se define anteriormente, dispone de la excedente descarga

de los ríos. La capacidad del aliviadero dependerá de la magnitud de las crecidas que pasó. El aliviadero será,

por lo tanto, se convierten en mucho más importante en los flujos con gran potencial de inundación. En tales

ríos, el aliviadero puede convertirse en estructura dominante, y el tipo de presa puede convertirse en la

consideración secundaria.

En ciertos lugares, donde el material excavado de un canal aliviadero separado puede ser utilizada en la presa

terraplén, una presa relleno de tierra puede llegar a ser ventajosa. Requisito de aliviadero pequeño con

frecuencia favorece las selecciones de relleno presas de tierra o presas relleno de roca incluso en sitios de

presas estrechos.

La práctica de la construcción de un aliviadero de hormigón en muros de contención de tierra y roca se

desaconseja en estos días, debido a sus supuestos diseño conservadoras y la vigilia y el reloj que tiene que ser

mantenido durante sus operaciones.

5. Zona de Terremoto. Si la presa se encuentra en una zona sísmica, su diseño debe incluir las fuerzas sísmicas.

Su seguridad debe garantizarse en contra del aumento del estrés inducido por un terremoto de intensidad peor.

El tipo de estructuras más adecuadas para resistir choques terremoto sin peligro son presas de tierra y presas

de gravedad de hormigón.

6. La altura de la presa. Las presas de tierra por lo general no se proporcionan para alturas de más de 30 m

aproximadamente. Por lo tanto, para mayores alturas, presas de gravedad son generalmente preferidos.

7. Otras consideraciones. Varios otros factores como, la vida de la presa, la anchura de la calzada que se deben

proporcionar sobre la presa, problema de la mano de obra calificada, el punto legal y estética también debe

tenerse en cuenta antes de tomar una decisión final. El coste total de la construcción y mantenimiento y los

fondos disponibles finalmente decidirá la elección de un tipo particular de una presa en un lugar determinado.


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1.6 SELECCIÓN DE SITIO DE LA PRESA

La selección de un sitio para la construcción de una presa debe regirse por los siguientes factores:

1. Cimentaciones adecuadas (según lo determinado en el artículo anterior) debe estar disponible.

2. Para la economía, la longitud de la presa debe ser tan pequeña como sea posible, y para una altura dada, debe

almacenar el volumen máximo de agua. Que, por lo tanto, de la siguiente manera, que el valle del río en el sitio

de la presa debe ser estrecha, pero debería abrirse hacia fuera aguas arriba para proporcionar una gran cuenca

para un depósito. Una configuración general de las curvas de nivel para un sitio adecuado.

3. El nivel del fondo en general en el sitio de la presa debe ser preferiblemente mayor que la de la cuenca del río.

Esto reducirá la altura de la presa y facilitará el problema de drenaje.

4. Un sitio adecuado para el aliviadero debe estar disponible en las inmediaciones. Si el aliviadero está para ser

combinado con la presa, la anchura de la garganta debe ser tal como para dar cabida a ambos.

El mejor sitio de la presa es uno, en el que una profunda garganta angosta está separada del costado por un

cerro con su superficie por encima de la presa, como se muestra en la Figura.

Si un sitio está disponible, el vertedero se puede localizar por separado en el costado, y el valle principal

atravesado por una represa de tierra o similar. A veces, el aliviadero y la presa de mampostería de hormigón

pueden estar de manera compuesta atravesado en la garganta principal, mientras que los costados se

encuentran en tierra a bajo costo.

Ancho de la cuenca

Curvas de

nivel

Ubicación de

la Presa

RIO

Parte superior de la Presa Cresta del

modo

vertido


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5. Los materiales necesarios para la construcción deben ser de fácil acceso, ya sea a nivel local o en las

inmediaciones, por lo que el costo de su transporte sea lo más bajo posible.

6. La cuenca del depósito debe ser razonablemente hermética. El agua almacenada no debe escapar a través de

sus paredes laterales y el fondo.

7. El valor de las tierras y propiedades sumergidas por el embalse propuesto debe ser lo más bajo posible.

8. El sitio de la presa debe ser fácilmente accesible, para que pueda ser conectado económicamente a las ciudades

importantes por los carriles, carreteras, etc.

9. El sitio para el establecimiento de colonias de trabajo y un medio ambiente sano debe estar disponible en las

inmediaciones.

2. CARACTERÍSTICAS DE LAS PRESAS DE TIERRA.

Dentro de las características de las presas de tierra se pueden ver las siguientes:

1.- Característica en el diseño

2.- Altura de la presa.

3.- Anchura de la corona.

4.- Taludes

A continuación se describe cada una de ellas, para una mejor comprensión

2.1. CARACTERÍSTICA EN EL DISEÑO.

El diseño de una presa de tierra, el cual consiste en desarrollar o formar un relleno, de permeabilidad suficientemente

baja para el propósito deseado con los materiales disponibles y con un costo mínimo. Los bancos de préstamo para

hacer el relleno generalmente deben estar cercanos al sitio de la construcción, debido al alto costo de los acarreos

en camión.

Como la cantidad de relleno varía aproximadamente con el cuadrado de la altura, las presas de tierra de gran altura

son raras.

El diseño estructural de la presa de tierra es un problema de mecánica de suelos, que involucra el conseguir la

estabilidad del relleno y de la cimentación y tener una permeabilidad suficientemente baja. Hay poco daño con la

filtración que se tenga en una presa de control de avenidas si la estabilidad del dique peligra, pero en una presa

para conservación debe ser lo más impermeable posible.

2.2. ALTURA DE LA PRESA.

La altura de una presa de tierra es la distancia desde la cimentación hasta la superficie del agua en el vaso cuando

está descargando el vertedero a la capacidad de diseño, más una cantidad por borde libre para la marea de viento,

olas y acción de la elevación.


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Borde libre se define como la distancia vertical entre la corona del terraplén y la superficie del agua del vaso. El

término más específico es “borde libre normal”, se define como la diferencia de elevación entre la corona de la presa

y el nivel normal del agua del vaso según se haya fijado en el proyecto.

El término “borde libre mínimo” se define como la diferencia de elevación entre la corona de la presa y el nivel

máximo del agua en el vaso que pudiera resultar cuando ocurriera la avenida de proyecto y las obras de toma y el

vertedero de demasías funcionaran como se han proyectado.

El borde libre se proyecta para evitar el rebasamiento del terraplén por el efecto de las olas que puede coincidir con

la ocurrencia de la avenida de proyecto. El borde libre mínimo proporciona también un factor de seguridad contra

muchas contingencias, como el asentamiento mayor de las presas que las cantidades previstas, la ocurrencia de

una avenida mayor que la de proyecto, o un mal funcionamiento de los controles del vertedor de demasías o de la

obra de toma que produzcan un aumento en el nivel máximo de la superficie arriba del previsto.

La determinación racional del borde libre requiere la determinación de la altura y del efecto de las olas. La altura de

las olas generadas por los vientos en un vaso depende de la velocidad de los mismos, de su duración, del fetch

(que es la distancia sobre la que el viento puede actuar sobre una masa de agua y por consiguiente producir una

ola), de la profundidad del agua y de la anchura del vaso. La altura de las olas, al aproximarse al talud aguas arriba

de la presa puede alterarse por el aumento de profundidad del agua o por disminuir la anchura del vaso.

Para efectos prácticos el Bureau of Reclamation, recomienda para el borde libre igual a hp/10, donde hp es la altura

de la presa.

En un informe de la American Society of Civil Engineers, se muestra la tabla 2.1, hecha como resumen de las

fórmulas empíricas para la determinación de las alturas de las olas.

2.3. ANCHURA DE LA CORONA.

La anchura de la corona depende de la naturaleza de los materiales para los terraplenes y de la distancia mínima

de filtración admisible a través del terraplén con el agua al nivel normal del vaso, de la altura y de la importancia de

la estructura, de la posible necesidad de utilizarla como tramo de un camino y de la factibilidad de su construcción.

El ancho mínimo de la corona debe ser aquel con el que se obtenga una pendiente segura de filtración a través del

terraplén cuando el vaso se encuentre lleno. Debido a las dificultades prácticas para determinar este factor, la

anchura de la corona se determina principalmente en forma empírica y en la mayor parte de los casos, por

precedentes. Se sugiere la siguiente fórmula para la determinación de la anchura de la corona para presas pequeñas

de tierra:

w = hp/5 + 10

Donde:

w = anchura de la corona en pies

hp = altura de la presa en pies arriba del punto más bajo en el cauce de la corriente.

Para efectos constructivos se propone que la anchura mínima de la corona no debe ser menor de 12 pies (3.65m).

En algunos casos, la anchura mínima la determina la necesidad de pasar un camino por la corona.

La corona se debe cubrir con algún tipo de protección contra los daños por las salpicaduras y rociones de las olas,

los escurrimientos de las lluvias y el viento, y del desgaste y destrucción por el tránsito, cuando se use como camino.

El tratamiento usual consiste en colocar una capa de roca fina seleccionada o de material gravoso con un espesor

mínimo de 4”. En el caso de que la corona sea un tramo de camino, el ancho de la corona y la clase de pavimento


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debe ajustarse a las de la carretera que la conecta. El drenaje superficial de la corona se obtiene dándole un bombeo

aproximado a 3” ó dándole una inclinación hacia el talud de aguas arriba. Se prefiere este último, a menos que el

talud aguas abajo esté protegido contra la erosión con un revestimiento tan resistente como el que se obtiene en el

talud aguas arriba.

2.4. TALUDES

El proyecto de los taludes de terraplén puede variar mucho según el carácter de los materiales disponibles para la

construcción, las condiciones de la cimentación, y la altura de la estructura. Los taludes de los terraplenes son los

necesarios para dar estabilidad al terraplén sobre una cimentación estable. Las cimentaciones permeables pueden

requerir la adición de colchones del lado aguas arriba para reducir la filtración, o filtros de drenaje horizontales aguas

abajo para dar estabilidad contra las fuerzas de filtración.

El talud de aguas arriba puede variar de 2:1 a uno tan tendido como de 4:1 por estabilidad; generalmente es de

2½:1 o 3:1. Se usan a veces taludes aguas arriba tendidos para eliminar protecciones costosas en los taludes. A

menudo, se construye una berma a una elevación ligeramente inferior al desembalse máximo del vaso, para formar

una base para la protección del talud aguas arriba, la cual no es necesario prolongar abajo de este punto.

Una presa de almacenamiento sujeta a un rápido desembalse del vaso debe tener una zona aguas arriba con la

permeabilidad suficiente para disipar las presiones intersticiales ejercidas hacia afuera de la parte aguas arriba de

la presa.

La rapidez con que descienda el nivel en el vaso es un factor importante que afecta la estabilidad de la parte aguas

arriba de la presa.

Cuando solo se dispone de material fino de poca permeabilidad, como son los que predominan en las arcillas, es

necesario que los taludes sean tendidos, si es un requisito de proyecto hacer desembalses rápidos. Inversamente,

si se dispone de materiales que drenen con facilidad y que se puedan utilizar como lastre para confinar en la parte

baja el material fino de poca permeabilidad, se puede usar un talud mas inclinando.

El peligro de inundaciones debido a la falla del talud aguas arriba es muy remoto. La falla se puede producir

solamente durante la construcción o después de un desembalse rápido; con ambos casos, el vaso debe estar

prácticamente vacío. El peso y las fuerzas de filtración actúan como un agente estabilizador en el paramento mojado

cuando el vaso esta lleno.

Los taludes ordinarios del lado aguas debajo de las presas pequeñas de tierra varían entre 2:1 a 2½:1. Estos taludes

son estables para los tipos de suelos comúnmente usados, cuando se proyecta drenaje, de manera que el talud

aguas abajo del terraplén nunca se satura por las filtraciones.

3. TIPOS DE CIMENTACIÓN.

Las condiciones dependen de la Fundación carácter geológico y el grosor de los estratos que son para llevar el peso

de la presa, su inclinación, permeabilidad, y la relación con estratos subyacentes, las fallas existentes y fisuras. La

fundación limitará la elección del tipo a un en cierta medida, a pesar de tales limitaciones puede con frecuencia ser

modificado, teniendo en cuenta la altura de la represa propuesta.

Tipo de cimentación.

• Roca.

• Aluvión.

• Grava.


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• El limo y arena fina.

• Clay.

• no uniforme (litologías).

Estado de la capacidad de soporte de la fundación de la roca.

•Muy bueno (> 7 MPa)

• Bueno (4 a 7 MPa)

• Medio(2 a 4 MPa)

•Bajo (1 a 2 MPa)

•Muy bajo(<1 MPa)

Estado de la capacidad de soporte de la fundación de aluvión.

•Bueno(> 600 kPa)

•Medio(200 kPa a 600 kPa)

•Bajo(<200 kPa)

Estado de la capacidad de carga de la base de grava.

•Bueno(> 600 kPa)


•Bajo(<200 kPa)

Estado de la capacidad de soporte de la fundación de limo o arena fina.

•Bueno(> 300 kPa)


•Bajo(<100 kPa)

Estado de la capacidad de soporte de la fundación de la arcilla.

• Muy buena(300-600 kPa)

• Buena(150-300 kPa)

• Medio(75-150 kPa)

• Baja(<75 kPa)

Fundación Roca

Una base sólida roca de baja permeabilidad se adapta a cualquier tipo de construcción de la presa, pero puede

favorecer la construcción de una CFRD, RCC o en circunstancias particulares arco presa. La remoción de roca

desintegrada junto con el sellado de costuras y fracturas por lechada es frecuentemente necesario. Las fundaciones

de piedra caliza son un caso especial, donde extensa lechada y otros trabajos pueden ser necesaria para limitar las

fugas a un nivel aceptable. Tal situaciones favorecen la adopción de un diseño, que permite la inyección de continuar

durante construcción de terraplenes o después es completado.

Rocas más débiles tales como esquistos arcillosos, algunas areniscas, resistido basalto, etc., pueden presentar

problemas significativos en el diseño y construcción de una presa y puede en gran medida la influencia el tipo de

presa seleccionada. En algunos sedimentaria rocas, sobre todo intercaladas claystone débil y lutolita, y fuerte de

piedra arenisca, que tienen sido objeto de plegado y / o fallas, ropa de cama pueden existir tijeras planas, lo que

resulta en baja afectiva ángulos de fricción. En estas circunstancias, plana pendiente pueden ser necesarios en el

terraplén, favoreciendo earthfill con vertical y horizontal desagües.

Fundación Aluvión

Fundación aluvial filtraciones media problemas estarán presentes y su permeabilidad y profundidad pueden

significar cambios en el tipo earthfill utiliza. Si los puntos de corte especiales están utilizado, un tipo definido puede

ser sugerido dependiendo de la ubicación de corte.


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Es sugerido por los expertos que la gravedad presas menos de 20 m de altura se puede construir en aluvión

fundaciones.

Es posible construir en aluviones fundación una tierra y arena-grava, presa núcleo central que es de 140 m de

altura.

Hay fundaciones necesidad de roca para las presas de escollera. Si la fundación es de aluvión, experto humano

debido a asentamiento excesivo no sugiere que el uso de grandes rocas con cáscara. En este caso, la arena-grava

material se utiliza como material de la cáscara.

Fundación de la arcilla

Sitios con gruesos depósitos de suave y suelos compresibles generalmente haberse evitado en el pasado, pero a

medida que pasa el tiempo y los mejores sitios son construido gradualmente sobre, los sitios con bases suaves

debe ser utilizado con mayor frecuencia. Sin embargo, no hay métodos fáciles o económicos para hacer frente con

bases de arcilla blanda.

Fundamentos de los suelos de grano fino suelen ser lo suficientemente impermeable para evitar la necesidad de

proporcionando características de diseño por menos de filtraciones y tuberías. Sin embargo, inclinado y horizontal

del Filtro mantas de drenaje proporcionan una buena protección contra las condiciones geológicas desconocidos,

grietas, suelos dispersivos, y el diseño y la construcción defectos. El principal problema con estas fundaciones es

la estabilidad. Además de peligro evidente de la falta de apoyo de las fundaciones de limos y arcillas saturadas, los

diseños deben tomar en cuenta el efecto de la saturación de fundación de la presa y las obras accesorias por parte

del depósito.

Bases de arcilla se pueden utilizar para el apoyo de earthfill presas sino que requieren un tratamiento especial. Si

el material de base es más débil que el earthfill, la superficie de deslizamiento crítico sería generalmente pasar

Influencias en la selección del tipo de presa a través de la fundación. Por lo tanto, para mantener equilibrio,

diseñadores amplían la superficie de deslizamiento utilizando halagar pendientes o bermas del dedo del pie. Dado

que puede haber considerable liquidación de la presa si la arcilla es no consolidado y el contenido de humedad es

alta, bases de arcilla normalmente no son adecuados para la construcción de presas de gravedad de hormigón,

debe no será utilizado para CCRD, IIDY, CFRD, bituminosa tierra cara de concreto y la presa de escollera, cara de

acero presa de escollera. Fundamentos de arcilla son aceptable para la consideración de una presa de gravedad

menos de 15 m de altura y con una diferencia entre la cabecera y el colchón de agua de menos de 6 m.

Fundamentos para las presas de escollera deben ser capaces de resistir la liquidación y la deformación.

Drenes de arena son útiles para las fundaciones de arcilla. En Además de esto, que tuvo lugar la construcción de

la terraplén con control de la presión de poro pudo adoptar.

Limo o Fundación Fine

Este tipo de cimentación es aceptable para la consideración de una gravedad presa de 15 m en altura y con una

diferencia entre la cabecera y aguas abajo a menos de 6 metros y la introducción de tratamiento de base

necesaria. Limo o arena fina bases son adecuadas para la construcción de presas earthfill. Pero, el tratamiento

fundación es necesaria.

Fundación Non Uniforme

Presa compuestas utilizan las ventajas tanto de la presa de terraplén y la presa de hormigón. Ellos generalmente

consisten de gravedad de hormigón (convencional o cpr) o reforzar secciones en combinación con earthfill o

secciones de escollera. La presa de hormigón porción incorpora la capacidad de pasar los flujos de inundación

sobre través de la sección durante la construcción y actuar como el vertedero después de la construcción, y la tierra

o secciones de escollera se aprovechan de flujo de costos construcción y materiales locales. La topografía de la


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combinación presa se asocia generalmente con llanuras lugares o zona de tierra donde se encuentran las llanuras

y montañas, pero rara vez con las montañas del terreno en sí. Si una combinación estructura de hormigón-terraplén

es siendo considerado, la parte de hormigón debe tener un fundamento de calidad aceptable.

4. PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO

Para un óptimo y efectivo diseño de una presa de tierra, se basa en estudios analíticos y en la experiencia humana

precedente. La experiencia personal y las preferencias del proyectista general, sin embargo, juegan un papel mayor

en el caso de proyecto de presas, que en cualquier otra estructura.

En un lugar específico es posible construir una variedad de secciones de presas que cumplan las exigencias de

seguridad y economía, y así existen ejemplos donde ingenieros competentes han propuesto diseños como solución

de un mismo embalse.

La experiencia nacional e internacional en el diseño y construcción de presas de tierra, así como el conocimiento

de las causas que han provocado las fallas en las mismas, a pesar de la tendencia que aún existe de ocultar los

errores que se cometieron, (países tropicales y subtropicales) permiten, establecer criterios a seguir por los

proyectistas generales, de acuerdo a la importancia de cada una de las fallas graves ó catastróficas que pudieran

presentarse en cada caso particular.

Ante la posibilidad de ocurrencia de los diferentes tipos de falla en un proyecto en específico, el proyectista y el

constructor deberán tener en cuenta las medidas que garanticen evitar las mismas, según el siguiente orden y

prioridad:

1.- Agrietamiento.

2.- Sifonamiento mecánico.

3.- Deslizamiento de taludes.

4.- Pérdidas por filtración.

5.- Temblores.

6.- Rebase de la cortina.

7.- Licuación.

A continuación se detallas las medidas a tener en cuenta en el proyecto y la construcción, así como el orden de

prioridad, según lo anteriormente planteado, tanto aquellos de sentido general que tiene que ver con la geometría

de la sección y la ubicación de cierre, como las partículas relacionadas con la selección de los materiales y la forma

de colocación de éstos en la obra.

6.1. AGRIETAMIENTO

La falla por agrietamiento debe ser la primera preocupación del proyectista y el constructor en todo proyecto de

presas de tierra, ya que no existe otra medida para evitarla que no sea la selección de los materiales a utilizar y la

forma de colocarlos. Por tal motivo se deben priorizar por todos responsables de la obra, los siguientes criterios:

a) Utilizar suelos plásticos en la medida de lo posible. Se recomienda suelos con Ip ≥ 15%, que son materiales

no propensos al agrietamiento.

b) Compactar los mismos con energías de compactación baja. Cuyo valor de la humedad óptima se

encuentra, frecuentemente, próxima al Lp, de los suelos finos.


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Los criterios anteriores deben ser más rigurosamente exigidos, cuando la geometría de la sección de cierre y la

compresibilidad de los materiales de cimentación propicien los asientos diferenciales que provocan agrietamientos.

6.2. SIFONAMIENTO MECÁNICO.

Esta falla debe ser la segunda preocupación del proyectista y el constructor en todo proyecto de presas de tierra.

Las medidas para evitarlas, que están en función de la selección de los materiales a utilizar y la forma de colocarlos

en la obra, tienen que supeditarse a las recomendaciones dadas para evitar el agrietamiento. Esto se debe a que

para evitar el sifonamiento mecánico el proyectista tiene otras medidas efectivas, como son la colocación de drenes

con filtro invertido y el diseño de elemento contra filtraciones como son: dentellones, paredes de suelo, tablestacas,

delantales e inyecciones, que tienen como objetivo reducir el gradiente hidráulico, “i”, en la cimentación. Por ello, se

deben priorizar por todos los responsables de obra, los mismos criterios dados para evitar el agrietamiento, aunque

el compactar con energías bajas no sea la mejor decisión para evitar el sifonamiento.

Se ratifica que todo lo anterior es válido siempre que se esté en presencia de suelos “no dispersos”. Ante la presencia

de suelos “dispersivos” en la cortina y/o cimientos, no hay medidas para evitar el sifonamiento mecánico. De ahí la

importancia de la investigación Ingeniero-geológicos para la detección deeste tipo de suelos.

6.3. DESLIZAMIENTO DE TALUDES.

Si se priorizara durante el proyecto y la construcción evitar este tipo de falla, por encima del agrietamiento y el

sifonamiento, entonces las medidas para evitar el mismo estarían encaminadas al uso de los suelos granulares, que

son más resistentes, y a compactar con altas energías y humedades bajas. Todo ello estaría, en grado sumo, en

contradicción con lo planteado para el agrietamiento.

Como el orden de prioridad está dado para evitar el agrietamiento y el sifonamiento, resulta pues que la

recomendación que sigue siendo utilizar suelos finos y plásticos (Ip ≥ 15%), y compactar como se a recomendado

para evitar el agrietamiento.

Para evitar entonces la falla por deslizamiento, teniendo que utilizar suelos finos con alta humedad y baja energía

de compactación, lo que lleva implícito baja resistencia al cortante, es necesario, para lograr factores de seguridad

que hagan a la estructura estable, utilizar taludes más tendidos y modificar en este sentido la geometría de la sección

transversal de la presa.

6.4. PERDIDAS POR FILTRACIÓN.

Las filtraciones a través de la cimentación tienen que ser reducidas mediante cualquier elemento contra filtraciones,

parcial o total, de las ya mencionadas para evitar las fallas por sifonamiento mecánico. Especial atención debe

tenerse durante la investigación ingeniero-geológicas, en la detección de formaciones cársicas, fallas y suelos

dispersivos.

Para la cortina, la priorización dada para evitar la falla por agrietamiento, lleva a obtener terraplenes de baja

permeabilidad, que reducen las pérdidas por filtración a través del mismo.

Si se quisiera por el proyectista y el constructor disminuir, aún más, las pérdidas por filtración a través de la cortina,

garantizando las recomendaciones y criterios para evitar el agrietamiento y el sifonamiento, se exigiría compactar

siempre con humedades ligeramente superiores a la estándar en cualquier tipo de suelo.

6.5. SISMOS

Aunque solo existe un caso en que sea reportado la destrucción total de una presa por sismo, probablemente debido

a licuación, la existencia de los mismos es inevitable y pueden provocar, como ya vimos, fallas por rebase de la


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cortina al producir asentamientos de la corona, licuación de materiales del cimiento y la cortina, agrietamiento del

cuerpo de la presa, activación de fallas geológicas, oleajes que pueden llevar al rebase de la cortina, etc,

Por todo ello, ante los efectos de sismo, las medidas recomendadas para paliar los daños que tienden a producir

son: considerar un resguardo mayor de la cota de corona, mayor ancho de la corona y taludes más tendidos. No

existen recomendaciones con relación a la selección de los materiales a utilizar y a como colocarlos, que no sean

las dadas para evitar el agrietamiento, ya que de hecho éstas son las que nos llevan a terraplenes más flexibles

para resistir las fallas por agrietamiento que los sismos provocan.

6.6. REBASE DE LA CORTINA

El rebase de la cortina por insuficiencia del vertedor sale fuera del alcance de este trabajo y como, ya se dijo, cae

en el campo de acción de la hidrología.

Sin embargo, el rebase de la cortina por asentamiento excesivo de la misma y la cimentación debe ser pronosticado

por la investigación ingeniero-geológica y se recomienda al proyectista la adopción de un mayor resguardo a bordo

libre. Los asentamientos por subsidencia o peso propio de un terraplén compactado se desarrollan durante largos

periodos de tiempo, por lo que se permite el recrecimiento de la corona con material plástico, como arcilla de Ip ≥

15% y compactada con humedad por encima de la óptima Estándar.


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5. DIMENSIONAMIENTO DEL CUERPO DE LA PRESA

El diseño preliminar de una presa de tierra se realiza sobre la base de las presas existentes de similares

características y el diseño está finalizado por el control de la adecuación de la sección seleccionada para las peores

condiciones de tostado. Reglas empíricas se utilizan con frecuencia en estos diseños.

Algunas recomendaciones para la selección de los valores adecuados de anchura superior, francobordo, pendientes

ascendentes y descendentes, disposiciones de drenaje, etc. se dan a continuación para diseños preliminares.

Estabilidad de taludes

Los factores mínimos de seguridad para la estabilidad de taludes de las presas de terraplén para diferentes

condiciones de carga que no sean de carga sísmica se resumen en la Tabla.

TABLA

MÍNIMO FACTORES DE SEGURIDAD PARA LA CUESTA DE ESTABILIDAD

DE PRESAS EN TERRAPLEN

Cargando Condición Factor mínimo de Seguridad1

La filtración constante con la superficie freática

plenamente desarrollado para depósito en la cota

normal de la piscina

1.5

Fin de la Construcción 1.3

Rápido draw-down (pendiente ascendente) 1.2

1No es aplicable a las presas de terraplén sobre bases de esquisto de arcilla; resistencia a la cizalladura

residual puede ser factores apropiados y necesarios de seguridad se determinarán sobre una base.

El terraplén debe ser protegido contra la erosión externa.

Para presas de Bajo peligro o NPH, el Ingeniero podrán renunciar a los requisitos para el análisis de estabilidad si

se puede demostrar que las pendientes conservadores y materiales competentes se utilizan en el diseño de la presa.

Presas clasificados como de bajo riesgo o NPH tendrán pendientes ascendentes sin más pronunciada que 3: 1

(horizontal: vertical), y las pendientes descendentes sin más pronunciada que 2: 1 (horizontal: vertical).

Jurisdiccional Altura

Significa la dimensión vertical medida desde la elevación del punto más bajo de la superficie natural del terreno, o de

la solera de la tubería de salida si excavado debajo de la superficie natural del terreno, lo que sea menor, en donde

se produce el punto más bajo a lo largo del línea central longitudinal de la presa, hasta la cresta del aliviadero del

aliviadero de emergencia. Para las presas existentes, la altura jurisdiccional deberá medirse utilizando la pendiente

del canal descendente y la altura de la presa en el dedo del pie abajo extrapolando la altura medida a la línea central

longitudinal de la presa.

La fórmula para determinar la altura vertical de las presas existentes es:

h = hd-FB (s * l) Donde:

h = altura jurisdiccional

hd = altura de la presa aguas abajo de los pies

FB = francobordo


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s = pendiente de la superficie natural del terreno aguas abajo de la presa

l = medido o calculado la distancia horizontal entre el dedo gordo y aguas abajo de la línea central longitudinal de

la presa.

Las presas de tierra por lo general no se proporcionan para alturas de más de 30 m aproximadamente. Por lo tanto,

para mayores alturas, presas de gravedad son generalmente preferidos.

La anchura de la coronación

Será igual a la altura de jurisdicción de la presa en pies dividido por 5, más de 10 pies. El ancho de la parte superior

de una presa de tierra o roca de relleno dentro de los límites convencionales tiene poco efecto sobre la estabilidad

y se rige por cualquier propósito funcional de la parte superior de la presa debe servir. Dependiendo de la altura de

la presa, el ancho de la parte superior mínimo debe ser de entre 25 y 40 pies. Cuando la parte superior de la presa

es de llevar a la vía pública, carretera y los hombros anchos deben ajustarse a los requisitos de la carretera en la

localidad con la consideración dada a los requisitos para necesidades futuras. El terraplén zonificación cerca de la

parte superior a veces se simplifica para reducir el número de zonas, cada una de las cuales requiere una anchura

mínima para acomodar el equipo de arrastre y compactación.

El ancho de la parte superior de las grandes presas de tierra debe ser suficiente para mantener la línea de infiltración

dentro de la presa, cuando el depósito está lleno. También debe ser suficiente para soportar los choques del

terremoto y acción de las olas. Para las pequeñas presas, esta anchura superior se rige generalmente por requisitos

mínimos de ancho calzada.

El ancho de la parte superior (A) de la presa de tierra se puede seleccionar de acuerdo con las siguientes

recomendaciones:

𝐴 =𝐻

5+ 3 Para presas muy bajos

𝐴 = 0.55√𝐻 + 0.2𝐻 Por presas menores de 30 m

𝐴 = 1.65(𝐻 + 1.5)1/3 Para presas mayores que 30 en

Dónde: H es la altura de la presa

Francobordo

a. Distancia vertical.

El término francobordo se aplica a la distancia vertical de una coronación de la presa por encima de la momia

depósito elevación del agua maxi- adoptado para la avenida de diseño del aliviadero. El francobordo deberá ser

suficiente para evitar el desbordamiento de la presa por la instalación eólica, acción de las olas, o los efectos del

terremoto. Francobordo inicial debe permitir la posterior pérdida de altura debido a la consolidación del terraplén

y / o fundación.

La cresta de la presa incluirá generalmente sobredimensionamiento para permitir asentamientos

postconstruction. La parte superior del núcleo también debe ser sobredimensionado para asegurarse de que no

se conforma por debajo de su elevación previsto. La altura mínima del francobordo por acción de las olas se

toma generalmente para que sea igual. 1,5hw, donde hw está dado por las ecuaciones (1) y (2).

ℎ𝑤 = 0.032√𝑉 ∗ 𝐹 + 0.763 − 0.271 (𝐹)3/4 para F < 32 km (1)

ℎ𝑤 = 0.032√𝑉 ∗ 𝐹 para F > 32 km (2) Donde:

ℎ𝑤=altura de agua de la parte superior de la cresta hasta el fondo del valle, en metros


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V=la velocidad del viento en km / h

F=Acorta o alarga la extensión de agua en el kilómetros

La mayoría de las fallas hidráulicas de presas de tierra se han producido debido al desbordamiento de presas.

Por lo tanto, el francobordo debe ser suficiente, como para evitar cualquier posibilidad de desbordamiento. Los

valores de francobordo, de varias alturas, recomendado por USBR se dan en la tabla 1:

Tabla 1. U.S.B.R. Recomendaciones para francobordo de presas de tierra

Tipo de vertedero Altura de la Presa

Francobordo

Mínimo

Vertedero incontrolado

Cualquier altura

Entre 2 m a 3 m

Vertedero controlado

Altura de menos de 60 m 2.5 m por encima de la

compuerta

Vertedero Controlado Altura de más de 60 m 3 m por encima de la compuerta

Un francobordo adicional hasta de 1,5 m debe preverse para presas situadas en zonas "de las bajas temperaturas

de acción de las heladas.

b. Elevación.

La elevación de la parte superior de la presa debe ser la máxima determinada por cualquiera de las superficies

de agua máximo plus francobordo convencional o en la piscina de control de inundaciones más el 3 por ciento

de la altura de la presa por encima de cauce. Este requisito se aplica sin importar el tipo de vertedero.

La cresta

Tendrá una curvatura suficiente para mantener el francobordo diseño, basado en la magnitud anticipada de la

solución de cresta. La magnitud anticipada de liquidación cresta se basará en los análisis de ingeniería. En ningún

caso la comba ser inferior a 0.5 pies. La cresta se facilitará con pendientes transversales adecuadas para el borde

aguas arriba para evitar el encharcamiento.

El diseño de la cresta incluirá los datos necesarios para proteger núcleos impermeables de la desecación o la

penetración de las heladas, según lo aprobado por el Ingeniero.

Zonas núcleo impermeables para presas de terraplén zonificadas

Pautas para las dimensiones mínimas de zonas núcleo impermeables para presas de terraplén zonificadas hasta

50 pies de altura se definen en el "Diseño de pequeñas presas," Departamento de Interior, Bureau of Reclamation.

Dimensionamiento Zona de presas de más de 50 pies se evaluó usando análisis de la industria estándar.

La filtración y la interna Diseño Drenaje

Se llevará a cabo la evaluación de la filtración de estado estacionario y condiciones de drenaje internos para todos

de alta y significativa de Peligros Represas. Los análisis de drenaje de filtración e internos deberán incluir, pero no

limitarse.


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Dimensiones mínimas de filtro y drenaje zonas granulares internos deberán cumplir con los requisitos:

Los parámetros de conductividad hidráulica se utilizan en estos análisis se obtienen a partir de las pruebas

de campo de permeabilidad, ensayos de permeabilidad de laboratorio, o determinaciones empíricas de

permeabilidad / correlativos, y las fuentes de las conductividades hidráulicas estimados deberán estar

claramente documentados.

Los análisis serán cuantificar la filtración anticipada debajo, alrededor y a través de la presa. No se permitirá

la filtración de salir en la cara aguas abajo de la presa. Drenajes internos y los filtros deben ser construidos

de materiales del suelo granulares (arenas y gravas), y el filtro de drenaje y zonas deberán ser de un grosor

suficiente para ser construido sin contaminación o pérdida de continuidad que afectaría negativamente al

rendimiento de estas características significativas.

La compatibilidad del filtro del material de drenaje y el terraplén se evaluará utilizando el estado actual de

las metodologías de la práctica, como las publicadas por el Servicio de Conservación de Recursos

Naturales, el US Bureau of Reclamation.

Tubos Interior de drenaje

Tubos para recoger y distribuir los flujos de filtración de los filtros internos y desagües deberán:

Ser compuesta de material que es resistente a la corrosión y no plegable para las presiones estimadas

superpuestas de tierra y asentamiento anticipado o movimientos de tierra asociados a la construcción de

presas.

Ser rodeado de material de drenaje libre que está filtro compatible con el material que rodea la tierra de

acuerdo con criterios de filtro actuales de organizaciones tales como el Servicio de Conservación de

Recursos Naturales, el US Bureau of Reclamation.

Tener ranuras o perforaciones que son filtro compatible con el material de drenaje libre circundante en

conformidad con los criterios de filtro actuales de organizaciones tales como el Servicio de Conservación

de Recursos Naturales, el US Bureau of Reclamation,

Esté instalado de tal manera que sea accesible para la inspección interna de la cámara y reparación.

Ser diseñado para fluir con una profundidad de agua no mayor de ¼ del diámetro de la tubería para los

flujos de infiltración estimados.

Ser no menor de 6 pulgadas de diámetro.

Descarga en lugares donde los flujos de descarga pueden ser evaluados y monitoreados, como galerías,

pozos de visita, o la luz del día (superficie del suelo) áreas.

Ser inspeccionado después de un máximo de 3 a 5 pies de relleno colocado sobre la tubería, y de nuevo

después de relleno restante se ha colocado.

Ser diseñado con múltiples puntos de descarga con el fin de aislar las filtraciones a diversos sectores de

la presa y fundamento


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La pendiente aguas abajo de las presas de terraplén

Deberá estar provisto de una cubierta vegetal bien cuidado para evitar la erosión superficial que se produzcan. No

jardinería o plantación de árboles o vegetación de gran tamaño se permitirán dentro de 25 pies de la huella de la

presa.

Alineación

Ejes de terraplenes que son largas con respecto a sus alturas pueden ser lineales o de la alineación más económica

ajustada a las condiciones de topografía y de fundaciones. Cambios agudos en la alineación deben evitarse porque

la deformación aguas abajo en estos lugares tiende a producir zonas de tensión que podrían causar concentración

de la filtración y, posiblemente, el agrietamiento y erosión interna. Los ejes de altas presas en valles estrechos,

escarpados deben ser curvas aguas arriba de manera que la deflexión bajo cargas aguas abajo de agua tenderá a

comprimir las zonas impermeables longitudinalmente, proporcionando protección adicional contra la formación de

grietas transversales en las zonas impermeables. El radio de curvatura que forma el arco aguas arriba de la presa

en valles estrechos generalmente oscila entre 1.000 y 3.000 pies.

Pendientes ascendentes y descendentes.

Los taludes laterales dependen de varios factores tales como el tipo y naturaleza de la presa, y los materiales de

cimentación, la altura de la presa, etc. etc. Los valores recomendados de taludes laterales como dado por Terzaghi

se tabulan en la Tabla 2:

Tabla 2. Las pendientes laterales de Terzaghi para presas de tierra

Tipo de Material Pendiente Ascendente (H: V) Pendiente Descendente (V:H)

Homogénea bien graduada 2.5:1 2:1

homogénea limo 3:1 2.5:1

Homogénea arcilla limosa

- Altura de menos de 15 m

- Altura más de 15 M

2.5:1

3:1

2:1

2.5:1

La arena o arena y grava con un

núcleo central de arcilla

3:1 2.5:1

La arena o arena y grava con R. C.

diafragma

2.5:1 2:1

Las diversas dimensiones de bajos presas de tierra para sus secciones preliminares, a veces se pueden seleccionar

entre las recomendaciones de Strange, como se da en la Tabla 3:

Tabla 3. Dimensiones Preliminares de Presas de tierra (recomendaciones de Strange)

Altura de la Presa

en metros

Máximo Francobordo

en metros

Ancho (A)

en metros

Pendiente

Ascendente (H: V)

Pendiente

Descendente (V:H)

< 4.5 1.2 a 1.5 1.85 2:1 1.5:1

4.5 a 7.5 1.5 a 1.8 1.85 2.5:1 1.75:1

7.5 a 15 1.85 2.5 3:1 2:1

15 a 22.5 2.1 3.0 3:1 2:1


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6. DISEÑO HIDRÁULICO

Una vez que todas las investigaciones preliminares se han hecho y un lugar adecuado se ha encontrado, el siguiente

paso es llevar a cabo un estudio detallado de la zona del valle y el depósito para permitir estimaciones más precisas

de cantidades y proporcionar los datos necesarios para el trabajo de diseño que deben emprenderse. El objetivo de

dicho estudio es presentar, en el papel, un mapa de contorno del embalse hasta exceder el nivel máximo de inundación,

y proporcionar detalles sobre la ubicación de las obras de terraplén, aliviadero y salida. Desde el mapa de contorno, la

capacidad del depósito se puede evaluar para distintas alturas de la presa. Una curva de la profundidad de la capacidad

puede ser elaborada para proporcionar un método rápido y fácil para el diseñador de la presa de elegir el nivel óptimo

de alimentación completa. Un ejemplo simplificado de una curva de profundidad de la capacidad se muestra en la

Figura (a). A menudo, la curva de área de profundidad de la superficie (por lo general con una escala invertida) se

añade a estos gráficos.

6.1 CONTORNO DE ESTUDIO

En sitios muy grandes, puede ser posible la elaboración de un mapa de contorno - en un intervalo adecuado para el

diseño (normalmente 0,5 m es satisfactorio para las pequeñas represas) - a partir de fotografías aéreas o imágenes de

satélite utilizando técnicas especializadas de trazado estéreo y digitalización que, aunque caro, pueden pagar por sí

mismos en el tiempo ahorrado en evitar bases.

Sin embargo, si esto no es posible, como es habitual en sitios más pequeños, uno de los tres métodos de estudio de

suelo (Los altos niveles de precisión no son necesarios en esta etapa considerar que las elevaciones más tarde se

verán afectados por el sitio de extracción de pre-construcción) a continuación será necesario:

1. Estudio de cuadrícula

Este es un método simple y sencillo pero requiere mucho tiempo. También puede que no sea posible si el área

es mucha vegetación y / o físicamente inaccesibles.

PR

OF

UN

DID

AD


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2. Secciones transversales

Encuestas de corte transversal se toman a lo largo de varias líneas dentro del valle del río (s) a partir de los

puntos de referencia previamente establecidos. Los niveles se observaron a intervalos fijos y características

excepcionales también se observaron (cambios de pendiente, en particular).

3. Cotas

Esto es especialmente adecuado para áreas más grandes. Un circuito de los puntos de referencia se establece

y observaciones de altura con punto de apoyo, la distancia y la elevación están hechos de cada estación. Para

las presas más pequeñas, y si se utiliza un instrumento teodolito o electrónico, puede ser posible tomar todas las

lecturas de una estación. Alternativamente, razonable encuestas GPS hábilmente precisos pueden utilizarse para

establecer una red de lecturas de elevación a través del sitio.

6.2 CAPACIDAD REVISADA

A partir del estudio de contorno, una estimación de la superficie del reservorio se puede hacer para el suministro

completo y otros niveles. La capacidad aproximada del reservorio se puede evaluar a partir de la Tabla (a) a

continuación. Por ejemplo, para encontrar la capacidad de un depósito con una profundidad máxima de 3,25 metros

y una zona de agua superficial de 32,7 ha, los siguientes pasos, extrapolando donde sea necesario, se hacen:

(i) 30 ha a 3,25 ha = 325 000 m3

(ii) 2 ha a 3,25 ha = 21 666 m3

(iii) 0,7 ha a 3,25 ha= 7 583 m3

Capacidad Total = 354 249 m3

Una verificación de referencia rápida utilizando la fórmula:

𝑄 =𝐻′ ∗ 𝐴′

3

Donde:

H 'es la profundidad máxima en m. (3.25 m) y

A 'es el área de superficie en m2 (327 000 m2) resultados en una cifra de 354 250 m3 y de cerca se

correlaciona con la que ya se determinó a partir de la Tabla (a).

6.3 VOLUMEN REVISADO DE MOVIMIENTOS DE TIERRA

MÉTODO 1

Aunque este método no es tan preciso como el método 2 es útil para el relativamente rápido cálculo de

volúmenes de un número de represas propuestas para fines de comparación. Es razonablemente preciso en

sus estimaciones de las cantidades y el posterior cálculo del coste de las obras propuestas. Los volúmenes

de terraplén se calculan, como en el ejemplo mostrado en la figura (a), como sigue:

Rellene la columna de nivel reducido en el lado izquierdo de la sección de papel, empezando por el nivel de

la cresta asentado en la línea superior.


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Es aconsejable, para la facilidad de trabajo, para utilizar consistentemente un reducido nivel de referencia de

100 (en gran medida para evitar tener negativa valores cuando se refieren a la altura de la cresta y de hacer

cualquier cálculo por encima o por debajo de este nivel de referencia fácil de hacer ejercicio), ya sea para el

más alto o el punto más bajo del terraplén propuesto.

Reservorio área (ha)

La profundidad del agua en el punto más profundo

1 m 1,5 m 2 m 2,5 m 3 m 3,5 m 4 m

1 3 333 5 000 6 666 8 333 10 000 11 666 13 333

2 6 666 10 000 13 333 16 666 20 000 23 333 26 666

3 10 000 15 000 20 000 25 000 30 000 35 000 40 000

4 13 333 20 000 26 666 33 333 40 000 46 666 53 333

5 16 666 25 000 33 333 41 666 50 000 58 333 66 666

6 20 000 30 000 40 000 50 000 60 000 70 000 80 000

7 23 333 35 000 46 666 58 333 70 000 81 666 93 333

8 26 666 40 000 53 333 66 666 80 000 93 333 106 666

9 30 000 45 000 60 000 75 000 90 000 105 000 120 000

10 33 333 50 000 66 666 83 333 100 000 116 666 133 333

20 66 666 100 000 133 333 166 666 200 000 233 333 266 666

30 100 000 150 000 200 000 250 000 300 000 350 000 400 000

40 133 333 200 000 266 666 333 333 400 000 466 666 533 333

50 166 666 250 000 333 333 416 666 500 000 583 333 666 666

La profundidad del agua en el punto más profundo

4,5 m 4,75 m 5 m 5,25 m 5,5 m 5,75 m 6 m

1 15 000 15 833 16 666 17 500 18 333 19 166 20 000

2 30 000 31 666 33 333 35 000 36 666 38 333 40 000

3 45 000 47 500 50 000 52 500 55 000 57 500 60 000

4 60 000 63 333 66 666 70 000 73 333 76 666 80 000

5 75 000 79 166 83 333 87 500 91 666 95 333 100 000

6 90 000 95 000 100 000 105 000 110 000 115 000 120 000

7 105 000 110 833 116 666 122 500 128 333 134 166 140 000

8 120 000 126 666 133 333 140 000 146 666 153 333 160 000

9 135 000 142 500 150 000 157 500 165 000 172 500 180 000

10 150 000 158 333 166 666 175 000 183 333 191 666 200 000

20 300 000 316 666 333 333 350 000 366 666 383 333 400 000

30 450 000 475 000 500 000 525 000 550 000 575 000 600 000

40 600 000 633 333 666 666 700 000 733 333 766 666 800 000

50 750 000 791 666 833 333 875 000 916 666 958 333 1000 000

Tabla (a) Capacidades aproximadas del embalses (en m3)


____________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________MSc.Ing. Arbulú Ramos José 28

Dibuje en la sección longitudinal trazando con precisión los niveles de tierra contra la distancia (en la longitud de

cresta marcada escala superior) y unirse a estos puntos con líneas para mostrar el perfil de la sección transversal

del valle. El vertedero no está incluido.

Dibujar la sección transversal de la represa propuesta en su altura máxima (es decir, por encima de lecho de un

arroyo) tras la liquidación, empezando por el dedo del pie de aguas arriba a la izquierda en cero (usando la

escala horizontal en la parte inferior y marcada anchura de la base), trabajando hasta el cresta, a lo largo y hacia

abajo a la punta abajo. Este trazado debe llevarse a cabo con precisión como dimensiones a escala son para

ser utilizados en los cálculos. Calcular y comprobar mediante la medición, los valores de w (es decir, la anchura

media de cada sección transversal de 0,5 m ó 1 m) que comienza con la sección de la cresta y escríbalo en la

columna y la línea apropiada.

Mida cuidadosamente los valores de l (es decir, la longitud de la sección longitudinal que se corresponda con

cada posición de w) y de nuevo entrar en la columna y la línea apropiada. Multiplique cada w por el l

correspondiente, y la altura de la sección h, y escriba el resultado en la columna de volumen en la línea

correspondiente. Total Esta columna para dar el volumen de los movimientos de tierra en la presa.

Si un banco de entrenamiento (al canal fluye en el vertedero de descarga segura) se va a construir, esto también

se debe calcular utilizando la fórmula que se muestra y se añade al volumen total arriba. Por último, añadir el 10

por ciento de este total para incluir obras térreos adicionales para la solución.


____________________________________________________________________________


La comparación de este resultado con el resultado obtenido de la fórmula

V = 0,216 HL (2C + HS)

Es probable que conduzca a una diferencia bastante significativa. El resultado de la fórmula debe ser mucho

mayor, pero esto es aceptable como fórmula se utiliza para calcular el costo total de la presa y no los movimientos

de tierra solo. En la etapa de reconocimiento, se requiere un costo general de planificación y esto se calcula

utilizando una tasa global prevista por m3 de movimiento de tierras, que incluirá todos los elementos que se

detallan en la Tabla 3 en la siguiente sección.

MÉTODO 2

Método 2 (véase la Figura b2) es mucho el mismo que el Método 1, excepto que el área de sección transversal

se calcula con más precisión. La sección transversal se enfrentaron como se ilustra y cada rectángulo tiene su

respectiva área calculada de una manera directa (es decir, la longitud x anchura). Las piezas triangulares

restantes que flanquean cada rectángulo tienen áreas constantes que se calculan de la siguiente manera:

Talud aguas arriba 1: 2, altura de la sección 1 m, área del triángulo ascendente = (2/2) x 1 = 1 m2

Talud de aguas abajo 1: 1,75, altura de la sección 1 m, área del triángulo descendente

= (1,75 / 2) x 1 = 0.875 m2

Por lo tanto, cada área de la sección transversal ahora se puede estimar de forma relativamente rápida y el

método de evaluación de los volúmenes procede como en el Método 1.


____________________________________________________________________________


7. REDES DE FLUJO

Como se describió anteriormente, una presa de tierra se construye de tierra compactada de forma estructurada,

por lo general entre dos lugares elevados (véase la figura 6). La figura 7 se dibuja para mostrar la imagen de la

sección transversal vista de una presa de tierra. En esta imagen, la flecha superior es a lo largo de la longitud de

la presa. La mano izquierda lado de la presa en la imagen es el lado de la presa donde el agua es incautada por

la represa.

Las flechas horizontales indican el flujo natural de agua. Este lado de la presa se llama aguas arriba de la

presa. El lado derecho de la presa en la imagen, horizontalmente opuesta a la de aguas arriba, es llamado el de

aguas abajo de la presa. La parte frontal de la imagen que se muestra por la verticalmente hacia abajo flechas

se llama una sección transversal de la presa en un punto a lo largo de la longitud de la presa. En términos

generales, presas de tierra forman parte de dos componentes - el núcleo y la cáscara. La parte interior de la

presa se llama el núcleo y la porción de la presa que lo rodea se llama la cáscara (ver figura c). El propósito del

núcleo es detener la filtración de agua del lado de aguas arriba a aguas abajo. Para Con este fin, el núcleo se

construye utilizando materiales de baja permeabilidad tales como arcilla. En cierto tierra presas el núcleo puede

no estar presente.

Fig. c: Corte transversal de una presa de tierra

El análisis de la filtración convencional sigue el teorema de flujo clásica como se indica por Darcy, comúnmente

conocida como la ley de Darcy que describe el flujo de un fluido a través de un medio poroso. La ley de Darcy

es una relación proporcional simple entre la velocidad de descarga instantánea a través de un medio poroso, la

viscosidad del fluido y la caída de presión sobre una distancia dada. La descarga total, Q es igual al producto de

la permeabilidad del medio, k, el área de sección transversal de flujo, A, y la caída de presión (Pb-Pa), dividido

por la viscosidad, y la longitud, L sobre que la caída de presión se lleva a cabo.

Q = -k A (Pb - Pa ) (1)

m* L

El signo negativo en la ecuación (1) indica que los flujos de fluidos de alta presión a baja presión. Más

detalles sobre este teorema están disponibles en Das [1].

En muchos casos prácticos, la naturaleza del flujo de agua a través del suelo es tal que la velocidad y el

gradiente varían en todo el medio. Para estos problemas, el cálculo de flujo se hace generalmente

mediante el uso de gráficos que se hace referencia como redes de flujo. El concepto de la red de flujo se

basa en la ecuación de Laplace de continuidad, que describe la condición de flujo constante para un punto

dado en la masa del suelo. Para un flujo tridimensional, la ecuación de Laplace es descrito por

(2)

MI ASUS

Nota adhesiva

agua arriba

MI ASUS

Nota adhesiva

rio abajo

MI ASUS

Nota adhesiva

cascara

MI ASUS

Nota adhesiva

nucleo


____________________________________________________________________________


Donde h es la cabeza del agua y ki es la permeabilidad media en la dirección i.

Para flujo bidimensional en el plano xz, la ecuación (2) se reduce a

(3)

Si el suelo es isotrópico con respecto a la permeabilidad, es decir, kx = kZ= k, y la ecuación de

continuidad se simplifica a

(4)

Este informe, sin embargo, no implica la determinación de las redes de flujo a lo largo de la sección

transversal de la presa y, como tal, no implica la utilidad detallada de la ecuación de Laplace.

7.1 LOS MÉTODOS CONVENCIONALES DEL ANÁLISIS DE FILTRACIONES

Varias soluciones convencionales se practican con el fin de determinar la cantidad de la filtración a través de

una presa de tierra homogénea que descansa sobre una base impermeable.

a) La solución de Dupuit

La figura 1 muestra la sección de una presa de tierra homogénea que descansa sobre una base impermeable

en el que la línea ab representa la superficie freática. La cantidad de la filtración a través de una unidad de

longitud en ángulo recto con la sección transversal puede ser dada por la ley de Darcy como q = Kia.

Dupuit [5] supone que el gradiente hidráulico i es igual a la pendiente de la superficie libre y es constante

con la profundidad, es decir, i = dz/dx . Por lo tanto, la tasa de filtración a través de la presa como por la suposición

de Dupuit se expresa como:

Donde:

k es la permeabilidad del medio, y

H1 y H2 representan los niveles de agua aguas arriba y aguas abajo respectivamente.

La ecuación (5) representa una superficie freática parabólica. Sin embargo, la superficie real freática difiere

de la mostrada en la figura en los puntos de entrada y salida. Por otra parte, si H2 = 0, la línea freática sería

intersectar la superficie impermeable que no es aceptable como dos líneas de corriente no se cruzan entre

sí.

b) La solución de Schaffernak

Para el cálculo de la filtración mediante un presa de tierra homogénea, Schaffernak [6] propone que la

superficie freática estará siguiendo abc línea muestra en la Figura 2, es decir, que se cruzará la pendiente

aguas abajo a una distancia L de la base impermeable. De acuerdo con la hipótesis de Dupuit, el gradiente

hidráulico está dada por i = dz / dx = tana .

Por lo tanto la tasa de filtración por unidad de longitud de la presa está dada por

qce = kiA = k (tana )(L sina ) (6)


____________________________________________________________________________


Por otra parte, en cualquier sección de bf, tasa de infiltración por unidad de longitud presa, qbf =kz dz/dx.

Para las condiciones totalmente saturados bajo flujo continuo de agua por filtración, qce = qbf que da una

estimación de la distancia del punto de intersección de la línea freática con pendiente aguas abajo de la

presa del dedo del pie (L). Esto se expresa como:

Donde d es la distancia entre los puntos a 'y d', H representa el nivel del agua aguas arriba y a is el ángulo

de la pendiente aguas abajo de la presa. La tasa de filtración puede ser calculada como se dijo

anteriormente por la ecuación (6).

Fig 1. Solución de Dupuit Fig 2. Solución Schaffernak y de Casagrande

c) La solución de Casagrande

La solución de Schaffernak se obtuvo sobre la base de la suposición de Dupuit que el gradiente hidráulico

i es igual a dz / dx. Casagrande [7] sugiere que esta relación es una aproximación a la situación real. Para

un ángulo de pendiente descendente mayor que 30 °, las desviaciones de la suposición de Dupuit llegar a

ser bastante significativa. La modificación sugerida por Casagrande sobre la asunción de Dupuit afirma que

i = dz /

ds= sina .

Por lo tanto la tasa de filtración por unidad de longitud de la presa está dada por:

qce = kiA = k (sina )(L sina ) (8)

Por otra parte, en cualquier sección de bf, tasa de infiltración por unidad de longitud presa, qbf = kz ds / dz

para las condiciones totalmente saturados bajo flujo continuo de agua por filtración, qce = qbf que da una

estimación de L como:

(9)

Donde varios parámetros son como de costumbre como en la Ecuación 7. Esta estimación de L se ha obtenido

teniendo en cuenta la aproximación de la longitud de la línea freática s


____________________________________________________________________________


Es de notar que la ecuación que describe s como se indicó anteriormente no es exacta la inducción de un error

de 4-5% en el mismo. La tasa de filtración puede ser calculada como se dijo anteriormente por la ecuación (8).

d) La solución de Pavlovsky

Pavlovsky [8] también dio una solución para el cálculo de la filtración a través de una presa de tierra. De

acuerdo con su proposición, la sección transversal de la presa se divide en tres zonas y la tasa de filtración se

calcula por separado para cada una de las tres zonas. Usando la compatibilidad continuidad, los parámetros

desconocidos que participan en este sistema de ecuaciones requeridas para la tasa de filtración determinar

por unidad de longitud se pueden estimar. Discusión detallada de este procedimiento está fuera del alcance

de este documento y se ilustra en Harr [2].

7.2 ANÁLISIS DE LA FILTRACIÓN A TRAVÉS DE PRESAS DE TIERRA

En la sección anterior, se han introducido varios métodos para el estudio de la filtración a través de presas

de tierra. Sin embargo los resultados dados en esos métodos son funciones de varios parámetros de presas

como los ángulos ascendentes y descendentes, altura y anchura presa, y el nivel del agua aguas arriba.

Esto limita los procedimientos solución anterior que se resuelven numéricamente para cada configuración

y el estado presa por separado. En situaciones prácticas, es necesario diseñar filtro adecuado con el fin de

evitar la erosión en el dedo del pie. Para un filtro adecuado, tenemos que calcular las dimensiones de filtro

deseados y descarga de salida probable. Con el fin de simplificar la situación, los resultados de los métodos

discutidos en la Sección 3 se han transformado adecuadamente para lograr resultados que son generales

para cada configuración y el estado de la presa. Las dimensiones de filtro deseados y la descarga de salida

probable se formulan como funciones normalizadas más de una variada gama de combinaciones de varios

parámetros. La normalización ayuda a los resultados se adaptan a las situaciones reales de la presa por la

escala adecuada.

Para la estimación de las dimensiones de filtro deseados y descarga de salida probable a través de la

presa, varios parámetros se han encontrado para estar contribuyendo. Los resultados se expresan en forma

de factores normalizados.

a) Contribuyentes de Parámetros y factores que normalizados

Se encontraron siguientes parámetros relacionados con la presa y el nivel del agua aguas arriba estar

contribuyendo en el caso de la estimación de las dimensiones de filtro deseados y descarga de salida

probable:

1. Angulo Aguas arriba de la presa( b ) .

2. Angulo Aguas abajo de la presa (a ) .

3. Relación entre la anchura de la coronación a la altura de la presa( B/

Hd ) .

4. Relación entre el nivel de agua aguas arriba a la altura de la presa(H/

Hd ) .

Los resultados, por ser aplicable para cada presa homogénea que descansa sobre una base impermeable,

se han expresado en forma de relaciones normalizadas que son los siguientes:

1 Relación de altura de filtro deseado a la altura de la presa FHN = (L sina )/Hd .

2 Relación entre el filtro deseado anchura a la anchura de la base de la presa FWN = (L cosa )/ Bd .

3 descarga de salida total por unidad de longitud presa dividido por el producto del coeficiente de

permeabilidad y la altura de la presa qnD o qnC =q /(kHd ) como por el supuesto de que se trate en


____________________________________________________________________________


solución.

El proceso de transformación de los resultados obtenidos en resultados generalizados utilizables se

discute en las siguientes secciones. La solución de Dupuit da expresión sólo para la tasa de filtración

cuando ambos niveles de agua aguas arriba y aguas abajo son conocidos y por lo tanto no se ha

utilizado para la estimación de las dimensiones de filtro deseados. Sin embargo la hipótesis de

Dupuit que el gradiente hidráulico i es igual a la pendiente de la superficie libre y es constante con

la profundidad, es decir,


____________________________________________________________________________


i = dz /dx

Actúa como una ayuda durante el uso de la solución de Schaffernak en la Sección 4.2. Secciones 4.2

y 4.3 describen el proceso de estimación de las dimensiones de filtro deseados y descarga de salida

probable el uso de métodos de Schaffernak y Casagrande de respectivamente.

b) Análisis utilizando el método de Schaffernak

La anchura de la coronación B y la base de la anchura Bd de la presa puede ser tan interrelacionado.

De la Figura 2, se puede observar que donde

con

Donde d es el mismo que en la Ecuación (7) y D es la distancia horizontal entre los puntos a y g. La distancia

d se normaliza y se expresó como

La altura a la base la relación de anchura de la presa se puede expresar como:

La ecuación (7) da la longitud deseada del filtro a lo largo de la pendiente descendente. Por lo tanto la altura

del filtro normalizado FHN, ancho del filtro FWN y descarga de salida qnD son, respectivamente, dado por las

ecuaciones (12), (13) y (14).

Los factores (d / Hd) y (Hd / Bd) se calculan utilizando las ecuaciones (10) y (11), y luego sustituido en las

ecuaciones (12) a (14) para la obtención de los resultados deseados.

a) Análisis utilizando el método de Casagrande

La ecuación (9) da la longitud deseada del filtro a lo largo de la pendiente descendente. Por lo tanto, la altura

del filtro normalizado FHN, ancho del filtro FWN y descarga de salida qnC se recogen, respectivamente por las

ecuaciones (15), (16) y (17).


____________________________________________________________________________


Los factores (d / Hd) y (Hd / Bd) se calculan utilizando las ecuaciones (10) y (11), y las ecuaciones (15) a (17)

para la obtención de los resultados deseados.

b) Analisis usando modificación de la solución de Casagrande

Haciendo referencia a la Figura 2, S = longitud de la curva a'cd '

Por tanto

Desde

Esto implica

La ecuación (18) es un cuarto ecuación orden en L, que representa la longitud del filtro deseada a lo largo

de la pendiente descendente. Con el fin de lograr resultados generalizados, la ecuación tiene que ser primero

normalizada y, a continuación resuelto numéricamente.

Sustituyendo

En la ecuación (18), obtenemos


____________________________________________________________________________


La ecuación (19) es un cuarto ecuación orden en altura filtro normalizado, HN y F se puede resolver

numéricamente donde el factor () dd H se calcula utilizando la ecuación (10). Después ancho del filtro

normalizado WN F y descarga de salida nC q se pueden calcular utilizando las ecuaciones (20) y (21)

respectivamente.

Las cantidades () F y HN (d) d HB involucrado en las ecuaciones (20) y (21) se calculan utilizando las

ecuaciones (19) y (11) respectivamente.

8. CAUDAL DE INFILTRACIÓN

Presas terraplén se clasifican en dos categorías principales de tipos de suelo utilizados principalmente como

materiales de construcción, tales como relleno de tierra presa y diques de escollera. Estos últimos pueden ser

más clasificado en algunos grupos de configuraciones de las secciones de la presa, como uno con una ubicación

céntrica núcleo, uno con un núcleo inclinado y otro con un revestimiento, como se muestra en la Fig.1.1.

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado


____________________________________________________________________________


Zona de filtro debe proporcionarse en cualquier tipo de presas de escollera para evitar la pérdida de suelo

partículas por la erosión debida al flujo de la filtración a través del terraplén. En núcleo de la presas, por otro

lado, el cuerpo del dique es el único que debe tener tanto la resistencia estructural y la filtración contra el fracaso

con instalaciones de drenaje previstas.

El tipo de presa en un proyecto se determina considerando diversos factores asociados a la topografía y la

geología del sitio de la presa, y la calidad y cantidad de materiales de construcción disponible. El núcleo inclinada

se adopta en lugar del núcleo central, por ejemplo, en casos donde el fundación de la presa tiene una inclinación

pronunciada a lo largo del río, donde se ofrece una zona de manta en el fundación permeables a ser conectado

con la zona núcleo impermeable, donde diferentes procesos de construcción están disponibles para la colocación

de núcleo y materiales de escollera.

Palabras clave:

Escollera, la transición : zona permeable, para tener resistencia estructural zona.

Central, de cara : zona impermeable, para mantener el agua apretada.

Filtro : para evitar la pérdida de partículas de suelo.

Drenar : pasar agua de aguas arriba a aguas abajo (para disipar la presión

del agua de poro).

Trinchera central, lechada : para mantener hermético en la fundación

(A) Homogénea presa de la Tierra.

(B) Enrocado presa con un núcleo céntrico

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Nota adhesiva

superficie freatica

MI ASUS

Nota adhesiva

drenaje

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado

MI ASUS

Resaltado


____________________________________________________________________________


(C) Enrocado presa con un núcleo inclinado.

(D) Enrocado presa con una Orientación.

Tabla.1.1 Palabras clave relacionados con la investigación, diseño y construcción.

8.1 INVESTIGACIÓN, DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN

MI ASUS

Nota adhesiva

cascara externa

MI ASUS

Nota adhesiva

cubierta interior

MI ASUS

Nota adhesiva

filtro

MI ASUS

Nota adhesiva

nucleo

MI ASUS

Nota adhesiva

zanja central

MI ASUS

Nota adhesiva

cortina lechada

MI ASUS

Nota adhesiva

drenaje

MI ASUS

Nota adhesiva

filtro

MI ASUS

Nota adhesiva

cortina lechada

MI ASUS

Nota adhesiva

núcleo

MI ASUS

Nota adhesiva

frente superior

MI ASUS

Nota adhesiva

cascara


____________________________________________________________________________


Hay tres pasos principales de trabajar en un proyecto de la presa: es decir, la investigación, el diseño y

construcción. Trabajos individuales en estos tres pasos se resumen como se indica en Table.1.1 con llave

palabras asociadas con ellos.

8.2 DISEÑO

Estabilidad del cuerpo de la presa

Comprobación de la planificación presa para fines apropiados

Encuestas meteorológicos e hidrológicos

Investigaciones topográficos y geológicos (relieve, terraza, tiempo geológico, afloramiento,

litofacies, plegado, la culpa, la discontinuidad, la erosión, la erosión, la sedimentación, estrato)

Filtraciones a través del terraplén y la Fundación

La comprobación de las condiciones requeridas para una fundación de base.

Exploración geofísica (prospección sísmica, prospección eléctrica,

Exploración Boring (perforación de base, el muestreo, sonando), / picaduras de prueba.

In-situ las pruebas (permeabilidad, rejuntado, capacidad portante, compresión).

clasificación de la roca.

Fundación # Tratamiento

Compruebe la calidad requerida y la cantidad de materiales

Encuesta Geológica (estrato, volumen)

Las pruebas de laboratorio (resistencia al corte, compresión, compactación, permeabilidad, ...)

In-situ las pruebas (compactación con rodillo, registro de densidad, campo de permeabilidad, el

muestreo)

8.3 LA FALTA DE FILTRACIONES (FRACTURA HIDRÁULICA)

Cuando el agua fluye que pasa a través del suelo en un terraplén y fundamento, fuerzas de filtración acto en

suelo partículas debido a su viscosidad. Si las fuerzas que actúan de infiltración en el suelo son lo suficientemente

grandes como en comparación con las fuerzas de resistencia en función de la presión de la tierra eficaz, la

erosión por arena rápida toma colocar por lavado de las partículas del suelo fuera de la superficie, y la tubería

se desarrolla sucesivamente como erosión progresa gradualmente.

En Fig.2.4 (a), una de las acciones de la filtración a través de fundación permeable se demuestra, en que la

presión de elevación que actúa sobre la base impermeable provoca agitado cerca de la punta del terraplén. El

fracturamiento hidráulico, arena rápida y tuberías, puede ocurrir fácilmente en torno al dedo del pie de aguas

abajo cuando los aumentos de gradiente hidráulicos con la concentración de líneas de flujo, y la reducción de


____________________________________________________________________________


tensiones efectivas es inevitable en el suelo debido a la acción de la ascendente fuerzas de filtración, como se

ilustra en Fig.2.4 (b).

En un diseño actual presa, instalaciones de drenaje adecuadas, tales como zonas de filtros y drenajes son

proporcionan en el interior del terraplén, y fallas de la tubería como se ha dicho no serían espera que ocurra en

situaciones ordinarias. Una de las situaciones inusuales para ser considerado es la generación de grietas

interiores en la zona impermeable, que es causada principalmente por asentamientos diferenciales durante y

después de la construcción, como se describe en lo siguiente

Fig.2.4 La filtración: A través de la Fundación y fractura miento hidráulico

8.4 ASENTAMIENTO DIFERENCIAL, DEFORMACIÓN Y AGRIETAMIENTO

(A) A través de filtraciones

Fundación permeable

Presión actúa verticalmente

en el lado de aguas abajo, de

modo que relleno contrapeso

o pozo de alivio se

recomiendan para prevenir

agitado y se deslizan local

(B) Fractura Hidráulica

La concentración de líneas de

flujo en dedo del pie aguas abajo

conduce a la aumentar en

gradiente hidráulico. hacia

arriba causa de fuerza

filtraciones reducción de

tensiones efectivas en

fundación, y la arena rápida y las

tuberías tienen lugar cuando

contrapeso de carga no es

Suficiente

MI ASUS

Nota adhesiva

filtracion

MI ASUS

Nota adhesiva

palpitante

MI ASUS

Nota adhesiva

fundación permeable

MI ASUS

Nota adhesiva

sustentaciónn

MI ASUS

Nota adhesiva

filtraciónn

MI ASUS

Nota adhesiva

tubería

MI ASUS

Nota adhesiva

arenas movidisas erocion


____________________________________________________________________________


Muchos tipos de asentamiento diferencial y deformación severa asociada como grietas abiertas aparecen en

cuerpo presa y base de la cimentación, debido a la compresibilidad de los materiales de relleno y los suelos de

cimentación y / o su rigidez relativa. Fig.2.5 muestra varios patrones de asentamiento diferencial y grietas abiertas

que los ingenieros de represas suelen encontrar en el campo.

(A) la liquidación diferencial causa tensión grietas en la

superficie interior y abierto grietas cerca del punto de

cambio brusco en la configuración de tope

(A) Existencia de capa altamente compresible de

suelo en base hace que el asentamiento local

en el terraplén, y las grietas abiertas interiores

entre ellos

(C) Existencia de estructura relativamente rígida

provoca grietas abiertas internas debido a

asentamientos diferenciales y la deformación,

especialmente durante terremoto

(D) En un núcleo central estrecha, arqueando mayo

llevará a cabo en la zona núcleo que provoca baja

tensión de confinamiento y las grietas abierta

Fig.2.5 diferencial Liquidación y agrietamiento

8.5 DAÑO DEL SISMO

Colapso del terraplén debido a la excitación terremoto se pueden clasificar en dos grupos. Uno es daños

causados por licuefacción o ablandamiento de la fundación de la arena y la otra se desliza y agrietamiento del

cuerpo del terraplén que descansa sobre cimientos duro. En el primer caso, el exceso de alta se genera la presión

de agua de poros durante el terremoto por la aplicación de tensiones de cizallamiento cíclico, y grandes

deformaciones, así como desplazamiento vertical se desarrolla en la fundación. Estas deformaciones conducen

generalmente a daños catastróficos debido al desbordamiento, como se muestra en la Fig.2.6.

De acuerdo con la investigación de los informes sobre los daños del terremoto de presas de terraplén reales y

también a los estudios experimentales a través de gran escala que sacude las pruebas de mesa en la dinámica

respuesta de presas de tierra y enrocamiento, fracasos terraplén causados por una fuerte excitación son

clasificados en varios patrones en su mecanismo. Tres distintos patrones de fallas terraplén debido a la excitación

terremoto se ilustran esquemáticamente en la Fig.2.7, para diferentes tipos de configuración de terraplén.


____________________________________________________________________________


Fig.2.6 Fracaso terraplén debido a Licuefacción de la Fundación

9. SUBPRESIONES.

A) Homogénea Presa. Un bloque de tipo cuña suelo es formado en la cresta, y crece gradualmente a medida que la aumentos de excitación, causando profunda circular deslizante

(B) Homogénea Enrocado Presa El grado de caer de partículas de roca a lo largo de la pendiente se mueve por debajo de la cresta de dedo del pie, que conduce a una circular plana cresta y la reducción del relleno. Shallow superficie de deslizamiento también aparece durante este proceso.

C) Situado céntricamente Tipo Core Presa de enrocado Zona núcleo se expone en el cresta debido a la liquidación y drogas de conchas de los alrededores, causando disminución en lateral restricción y apertura de grietas.


____________________________________________________________________________


9.1 SUPRESIONES DE PRESAS:

La supresión es la fuerza ejercida por el agua de infiltración que satura la masa de suelo en la cimentación sobre

la base de las estructuras.

Hay diversos medios de calcular esta fuerza; uno de las más útiles y sencillos es el uso de redes de flujo

La supresión en la base de la presa debe ser considerada en la determinación de la estabilidad de dicha

estructura. Para conocer esta fuerza, valiéndose de la red de flujo, se traza el DIAGRAMA DE SUPRESIONES

en forma que se indica a continuación.

Sobre la recta horizontal que se puede suponer representando la base de la presa, se determina los trazos

perpendiculares correspondientes a cada equipotencial; sobre estos trazos perpendiculares se le lleva a escala

el valor de supresión, que será igual a la diferencia de niveles entre la superficie del agua de la presa y un punto

considerado, menos la correspondiente perdida de potencial. Como se recordara, la carga hidrostática total se

pierde por fricción en el recorrido de la filtración, correspondiendo a cada espacio entre equipotenciales la misma

pérdida de carga, ∆ℎ multiplicada por 𝑛. Trazando para cada equipotencial el valor de la sub presión a escala,

se obtiene una curva, y se acepta el diagrama de supresiones, para fines prácticos como un triángulo o un

trapecio.

10. FILTROS Y DRENES

10.1 GENERALIDADES.

El objetivo de filtros y drenajes utilizados como medidas de control de filtraciones de terraplenes es controlar de

manera eficiente el movimiento del agua dentro y sobre el terraplén. Algunas definiciones clasifican filtros y

drenajes por función. En este caso, los filtros deben conservar el suelo protegido y tienen una permeabilidad

mayor que el suelo protegido, pero no necesita tener un flujo particular o capacidad de drenaje desde flujo será

perpendicular a la interfaz entre el suelo y protegida filtro. Drenajes, sin embargo, mientras reúnan los requisitos

de filtros, deben tener una capacidad de descarga adecuada desde desagües recogen las filtraciones y que

llevan a cabo a un punto de descarga o área.

10.2 ESTABILIDAD


____________________________________________________________________________


Los Filtros y drenes permiten que la filtración se mueva hacia fuera de un suelo protegido más rápidamente que

la filtración se mueve dentro de la suelo protegido. Por lo tanto, el material de filtro debe ser más abierto y tienen

un tamaño de grano más grande que el suelo protegido.

La filtración del suelo más fino para el filtro puede causar el movimiento de las partículas de suelo más finas del

suelo protegido en y a través del filtro. Este movimiento pondrá en peligro la Destrucción del terraplén. Del suelo

protegido estructura puede ocurrir debido a la pérdida de material. Además, la obstrucción del filtro puede ocurrir

causando la pérdida del filtro de capacidad para eliminar el agua del suelo protegido. Este criterio, llamado

tuberías o criterio de estabilidad, se basa en la relación de tamaño de grano entre el suelo protegido y el filtro.

En los siguientes párrafos, se utiliza la minúscula "d" para representar el tamaño de grano para el (o base)

material protegido y la caja superior "D" el tamaño de grano para el material de filtro. Determinar los límites de

gradación de filtro utilizando los siguientes pasos (Servicio de Conservación de Suelos 1986):

a. Determinar la curva de gradación (distribución de tamaño de grano) del material del suelo base. Utilice

suficientes muestras a definir el rango de tamaño de grano para el suelo o base de los suelos y el diseño

de la gradación filtro basado en el suelo base que requiere que el tamaño más pequeño D15.

b. Continúe con el paso d si el suelo base contiene ninguna de grava (material de grande que No. tamiz 4

(4.75 mm)).

c. Preparar curvas de gradación ajustados para los suelos de base con partículas más grandes que el No.

4 (4.75 mm) tamiz:

Obtener un factor de corrección dividiendo 100 por el porcentaje que pasa el No. 4 (4.75 mm)

tamiz.

Multiplique el porcentaje que pasa cada tamaño de tamiz del suelo de base más pequeña que No.

4 (4.75 mm) por el factor de corrección de la etapa c (1).

Trazar estos porcentajes ajustados para obtener una nueva curva de gradación.

Utilice la curva ajustada para determinar el porcentaje que pasa el tamiz No. 200 (0.075 mm) en

el paso d.

d. Coloque el suelo de base en una categoría basada en el porcentaje que pasa el tamiz No. 200 (0,075

mm) de conformidad con la Tabla B-1.

Tabla B-1

Categorías de Materiales de suelo Base

Categoría Porcentaje más fino que

el tamiz No. 200 (0.075

mm)

1 85

2 40-85

3 15-39

4 15


____________________________________________________________________________


e. Determinar el tamaño máximo D15 para el filtro de acuerdo con la Tabla B-2. Tenga en cuenta que el

máximo D15 no está obligado a ser menor que 0,20 mm.

Tabla B-2

Criterios para Filtros

Categoría del suelo

Base

Descripción del suelo base, y

el porcentaje más fino que el

No. 200 (0.075 mm) tamiz 1

Criterios de filtro en

términos de máxima

D11 Tamaño 2

Nota

1 Bellas limos y arcillas; más de

85% más fino

D15 < 9 x d85 (1)

2 Arena , limos, arenas limo

arcilla y arenas arcillosas; 40 a

85% más fino.

D15 < 0.7 mm

3 Arenas y gravas limosas y

arcillosas; 15 y 39% más fino

D15 < { (4 0-A)/ (4 0-15) }{(4

x d85)- 0.7 mm}+ 0.7 mm

(2),(3)

4 Arenas y gravas; menos de

15% más fino.

D15 < 4 to 5 x d85 (4)

1. Designación Categoría de partículas del suelo que contiene mayores de 4,75 mm se determina a partir

de una curva de gradación del suelo de base que ha sido ajustado a 100% pasando la No. 4 (4.75 mm)

tamiz.

2. Los filtros deben tener un tamaño máximo de partícula de 3 pulg. (75 mm) y un máximo de 5% que pasa

el tamiz No. 200 (0.075 mm), con el índice plasticidad (PI) de las multas igual a cero. PI se determina

en el material que pasa el No. 40 (0.425 mm) de tamiz de acuerdo con EM 1110-2-1906. Para asegurar

la suficiente permeabilidad, los filtros han de tener un tamaño D15 igual o mayor que 4 x d15 pero no

menor que 0,1 mm.

NOTAS:

Cuando 9 x d85 es menos de 0,2 mm, utilizar.0,2 mm

A = porcentaje que pasa el tamiz No. 200 (0.075 mm) después de cualquier reclasificación.

Cuando 4 x d85 es inferior a 0,7 mm, utilice 0,7 mm.

En la categoría 4, el d85 se puede basar en el suelo base total antes de la reclasificación. En la categoría

4, la D15 <criterio 4 x d85 se debe utilizar en el caso de filtros por debajo de riprap sujeto a la acción del

oleaje y desagües que puede estar sujeto a violento creciente y / o vibraciones.

f. Para asegurar la suficiente permeabilidad, establecer el D15 mínimo mayor que o igual a 3 a 5 H máximo

de d15 el suelo de base antes de la reclasificación, pero no menos de 0,1 mm.

g. Establezca el tamaño máximo de las partículas a las 3 de. (75 mm) y el máximo de pasar el Nº 200

(0.075 mm) de tamiz en 5 por ciento. La porción del material de filtro que pasa el No. 40 (0.425 mm) de

tamiz debe tener índice de plasticidad (PI) de cero cuando se prueba de acuerdo con EM 1110-2-1906.

h. Diseñar los límites de filtro dentro de los valores máximos y mínimos determinados en los pasos e, f, g.


____________________________________________________________________________


Gradaciones estándar pueden usarse si se desea. Trazar los valores límite y conecte todo el mínimo y

máximo puntos con líneas rectas.

Para minimizar la segregación y efectos relacionados, los filtros deben tener relativamente curvas de

distribución granulométrica uniforme, sin " brecha de clasificación " - rompe afilados en la curvatura que

indica ausencia de ciertos tamaños de partícula. Esto puede requerir el establecimiento de límites que

reducen la amplitud de los filtros dentro de la máxima y valores mínimos determinados. Los filtros de

arena con D90 menor que aproximadamente 20 mm en general no necesitan limitaciones en filtrar

amplitud para evitar la segregación. Para los filtros gruesos y zonas de grava que sirven tanto como

filtros y drenajes, la relación D90 / D10 debe disminuir rápidamente con el aumento del tamaño D10.

Los límites de la Tabla B-3 se sugieren para la prevención de la segregación durante la construcción de

estos filtros gruesos.

Tabla B-3

Límites D10 y D90 para prevenir la segregación

Si D10 mínimo, mm Entonces D90 máxima, mm

<0.5 20

0.5 - 1.0 25

1.0 - 2.0 30

2.0 - 5.0 40

5.0 - 10 50

10 - 50 60

10.3 PERMEABILIDAD

El requisito de que la filtración de moverse más rápidamente a través del filtro a través del suelo protegido (llamado

el criterio de permeabilidad) se reunió de nuevo por un grano de tamaño criterio de relación basada en la

experiencia:

Permeabilidad

Tamaño 15 por ciento de material de filtro >= 3 a 5 (B-1)

Tamaño 15 por ciento de suelo protegido

La permeabilidad de un suelo granular es aproximadamente proporcional al cuadrado del material 10 a 15 por ciento

de tamaño. Por lo tanto, el criterio de permeabilidad asegura que los materiales de filtro tienen aproximadamente 9

a 25 o más veces la permeabilidad del suelo protegido. Generalmente, una relación de permeabilidad de al menos

5 es preferida; sin embargo, en el caso de una banda ancha de gradaciones uniformes del material base, una

relación de permeabilidad tan baja como 3 puede ser utilizado con respecto al tamaño máximo de 15 por ciento del

material base. Puede haber situaciones, en particular cuando el filtro no es parte de un desagüe, donde la

permeabilidad del filtro no es importante. En esas situaciones, este criterio puede ser ignorado.

10.4 APLICABILIDAD

Los criterios de filtro en la Tabla B-2 y la ecuación B-1 son aplicables para todos los suelos no cohesivos (y suelos

cohesivos) incluyendo suelos dispersivos (Sherard y Dunnigan 1985). Sin embargo, se recomiendan las pruebas

de filtros de laboratorio para suelos dispersivos, muy fino limo y suelos cohesivos muy finas con límites altos de

plástico.


____________________________________________________________________________


10.5 TUBO PERFORADO

Los siguientes criterios son aplicables para la prevención de la infiltración de material de filtro en la tubería perforada,

pantallas, etc.):

Tamaño mínimo de 50 por ciento de material de filtro > =1.0 (B-2)

Diámetro de orificio o anchura de ranura

En muchos casos, un material de filtro que satisfacen los criterios dados por la Tabla B-2 y la ecuación B-1 en

relación con el material que está siendo drenado es demasiado fino para cumplir con los criterios dados por la

ecuación B-2. En estos casos, de múltiples capas o Se requieren filtros "graduadas". En un filtro graduado cada

capa cumple con los requisitos que se indican en la Tabla B-2 y Ecuación B-1 con respecto a la capa anterior

con la capa final en la que un tubo colector está acostado también satisfacer los requisitos dados por la ecuación

B-2. También pueden ser necesarios sistemas de filtros escalonados durante la transición de bien para materiales

gruesos en un terraplén zonal o donde se requiere material grueso para mejorar el agua la capacidad de carga

del sistema.

10.6 BASE GAP-CALIFICADO

Los criterios anteriores no pueden, en la mayoría de los casos, pueden aplicar directamente para proteger

severamente GAP o saltar-graduadas suelos. Para este tipo de suelos gap-clasificado, el filtro debe estar

diseñado para proteger a la matriz fina en lugar de toda la gama de tamaños de partículas. Esto se ilustra en la

Figura B-1. El tamaño 85 por ciento de la muestra total es de 5,2 mm. Considerando sólo el material de la matriz,

el tamaño de 85 por ciento sería 0,1 mm que resulta en un material de filtro mucho más fino que se requiera.

Este procedimiento también puede ser seguido en algunos casos en que el material que está siendo drenado

tiene una muy amplia gama de tamaños de partículas (por ejemplo, materiales graduadas en gravas gruesas a

porcentajes significativos de limo o arcilla). Para grandes estructuras tal diseño debe comprobarse con pruebas

de filtro.

10.7 GAP-GRADUAL FILTRO

Un material de filtro brecha-graduada nunca debe ser especificados o autorizados ya que constará de cualquiera

de las partículas gruesas flotan en el material más fino o el material fino que tiene ninguna estabilidad dentro de

los huecos producidos por el material grueso. En el primer caso, el material puede no ser permeable suficiente

para proporcionar un drenaje adecuado. El último caso es particularmente peligroso, ya que las tuberías del

material protegido se pueden producir fácilmente a través de los huecos relativamente grandes, sin apretar llenos

proporcionadas por el material grueso.

10.8 GRADACIÓN DE LA BASE

Uno de los suelos más comunes utilizados para las presas de terraplén es un material ampliamente calificado

con tamaños de partículas que van desde tamaños de arcilla a grueso gravas y que incluye todos los tamaños

intermedios. Estos suelos pueden ser de los glaciares, aluvial-coluvial o resistido origen roca. Como se ha

señalado por Sherard, ya que el tamaño 85 por ciento del suelo es comúnmente del orden de 20 a 30 mm, una

aplicación directa de los criterios de estabilidad D15 / D85 # 4 a 5 permitiría grava uniforme muy gruesa sin

tamaños de arena como un aguas abajo filtrado, lo que no sería satisfactorio (Sherard 1979). Los suelos típicos

ampliamente calificados caen en el suelo de la categoría 2 en la Tabla B-2 y requieren una arena o filtro de grava

con D15 # 0.7 mm.


____________________________________________________________________________


Fig

ura

B-1

. A

ná

lisis

de m

ate

ria

l b

rec

ha

-gra

du

ad

a (

de

EM

11

10

-2-

19

13

)


____________________________________________________________________________


10.9 EJEMPLO DE DISEÑO DE FILTRO GRADUADO PARA DRENAJE

Rara vez, o nunca, es una sola curva de gradación representante de un material dado. Un material está

representado generalmente por una banda de gradación que abarca todas las curvas de gradación individuales.

Del mismo modo, la gradación requerida para el material de filtro también se da como una banda. El diseño de

un filtro graduada que muestra la aplicación de los criterios del filtro donde las gradaciones están representados

por bandas se ilustra en la Figura B-2. Un filtro de dos capas típica para la protección de un núcleo impermeable

de una presa se ilustra.

El núcleo impermeable de arcilla es una grasa (CH) con un poco de arena que cae en la categoría 1 del suelo

en la Tabla B-2. La D15 criterio nº 9 H d85 se aplica y el punto "a" se establece en la Figura B-2. Material del

filtro clasifica dentro de una banda tal como la mostrada para el material de filtro A en la Figura B-2 es aceptable

en base a los criterios de estabilidad.

El límite fina de la banda fue dibujado arbitrariamente y en este ejemplo está destinado a representar la gradación

de un material fácilmente disponible. Se realiza una comprobación a continuación, para asegurar que el tamaño

de 15 por ciento del límite fina de la banda de material de filtro (punto b) es igual o mayor que 3 a 5 veces el

tamaño de 15 por ciento del límite grueso de la banda de material de drenaje (punto c). Filtro A tiene un tamaño

mínimo D10 y un tamaño máximo D90 tal que, con base en la Tabla B-3, la segregación durante la colocación

se puede prevenir. Material del filtro A ajuste a los requisitos de permeabilidad y estabilidad y es un material de

filtro adecuado para proteger el material de núcleo impermeable. El segundo filtro, material de filtro B, por lo

general se necesita para la transición de un filtro fino (material de filtro A) para materiales gruesos en un dique

de contención zonal. Material del filtro B debe cumplir con los criterios dados por la tabla B-2 con respecto a filtrar

el material A. Para la estabilidad, el tamaño del límite grueso de la banda gradación para el segundo filtro (punto

d) del 15 por ciento no puede ser mayor que 4 a 5 veces el tamaño de 85 por ciento del límite de la banda fina

gradación de material de filtro A (letra e).

Para permeabilidad, el tamaño del límite fino (punto f) 15 por ciento debe ser al menos de 3 a 5 veces mayor que

el tamaño 15 por ciento del límite gruesa para material de filtro A (punto a). Con los puntos D y F establecidos,

los límites finas y gruesas para material de filtro B pueden ser establecidos por dibujar curvas a través de los

puntos aproximadamente paralela a los límites respectivos para material de filtro A. se realiza una comprobación

para ver entonces que la relación de máxima D90 / tamaño mínimo D10 de material de filtro B es

aproximadamente en el rango como se indica en la Tabla B-3. Un filtro bien graduada, que por lo general no

responde a los requisitos de la Tabla B-3 pueden utilizarse si la segregación puede ser controlado durante la

colocación. Se pretende la figura B-2 para mostrar sólo los principios de diseño de filtros. El diseño de espesor

de un filtro para la filtración de suficiente capacidad de descarga se realiza mediante la aplicación de la Ley de

Darcy, Q = Kia (un ejemplo se presenta en el Capítulo 8 de EM 1110-2-1901).

10.10 CONSTRUCCIÓN

a. Prevención de la contaminación de los desagües y filtros por la escorrentía que contiene sedimentos,

polvo, tráfico de la construcción, y la mezcla con materiales de grano fino cercanos durante la colocación y

compactación. Escurrir y material de filtro pueden mantenerse a una altura superior a los materiales de grano

fino de los alrededores durante la construcción para prevenir la contaminación por escorrentía de sedimentos

portadores.

b. Prevención de la segregación, en particular filtros bien graduados, durante la manipulación y colocación.

c. Adecuada densidad en el lugar se requiere generalmente para ser un promedio de densidad relativa 85

por ciento con ningún área densidad relativa de menos de 80 por ciento.


____________________________________________________________________________


Materiales granulares que contienen poco o nada de las multas deben ser saturados durante la compactación

para evitar "volumen" (de baja densidad), que puede dar lugar a la liquidación cuando se colocan materiales

sobrecargar y el desagüe es posteriormente saturados por los flujos de infiltración.

d. Gradación debe vigilarse de cerca para que se cumplan los criterios de filtro diseñados.

e. El espesor de las capas debe ser monitoreado para asegurar la capacidad de descarga diseñada y

continuidad del filtro.

Figura B-2. Ilustración del diseño de un filtro graduado


____________________________________________________________________________


Así, el control / aseguramiento de la calidad es muy importante durante la construcción del filtro debido a la

función crítica de esta parte relativamente pequeña del terraplén.

10.11 MONITOREO

El monitoreo de la cantidad de infiltración y la calidad una vez que el filtro está funcionando es muy importante

para la seguridad del terraplén. Un aumento en el flujo de la filtración puede ser debido a un nivel de depósito

más alto o puede ser causado por agrietamiento o tuberías. La fuente de la filtración adicional debe ser

determinado y la acción tomada según sea necesario (ver los capítulos 12, 13 y 14 de la EM 1110-2-1901). La

disminución en los flujos de infiltración también puede ser señal de peligros tales como la obstrucción del drenaje

(s) con el material canalizado, óxido de hierro, material calcáreo, efectos de lechada de recuperación, etc. Una

vez más, la causa debe ser determinada y medidas correctivas apropiadas tomadas. Salidas de drenaje deben

mantenerse libres de sedimentos y vegetación. En climas fríos, se deben tomar medidas de diseño o

mantenimiento para evitar la obstrucción de salidas de desagüe por el hielo.

11. DISEÑO ESTABILIDAD.

El diseño de una presa conlleva a la concordancia de las deformaciones diferentes de los elementos componentes

de la presa zonificada entre el núcleo y el prisma, motivado más que nada por las concentraciones de esfuerzos

que pueden dar deformaciones no previstas, ocasionando grietas internas.

Dentro de estos dos conceptos principales de cálculo, la estabilidad de los taludes incide más en el costo, por

cuanto cualquier modificación de su inclinación conlleva a un aumento o disminución del volumen total de relleno.

Los procesos de filtración pueden ser depurados con un buen programa de investigaciones en los laboratorios

quedando como el cálculo de estabilidad como el de mayor importancia.

El cálculo de estabilidad de taludes se basa en las suposiciones siguientes: que el desequilibrio de una masa realiza

en toda la superficie de deslizamiento, estando vigente la teoría límite de coulomb.

𝝉 = 𝝈 𝒕𝒈 ∅ + 𝑪

Coeficiente de seguridad de talud.


____________________________________________________________________________


𝐹𝑆 =∑ 𝑀 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠

∑ 𝑀 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑖𝑧𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠

𝐹𝑆 =𝑓 (𝑃𝑟𝑜𝑝𝑖𝑒𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑓𝑖𝑠𝑖𝑐𝑜 − 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙)

𝑓 (𝐸𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓. 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑙𝑖𝑎𝑧𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜)

𝛕 = 𝛔 𝐭𝐠 ∅ + 𝐂

Donde:

𝛕: Esfuerzo tangencial en un punto.

𝛔: Su esfuerzo normal.

∅: El angulo de friccion interna.

𝐂: La fuerza de cohesion.

Todos los métodos de cálculo conllevan a concentrar una superficie para el cual el coeficiente de seguridad sea el

mínimo, siendo lo más frecuente utilizar la fórmula:

𝑭𝑺 =∑ 𝑴 𝑭𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂𝒔 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒏𝒕𝒆𝒔

∑ 𝑴 𝑭𝒖𝒆𝒓𝒛𝒂𝒔 𝒅𝒆𝒔𝒍𝒊𝒛𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔

𝐹𝑆 =𝑓(∅, 𝐶)

𝑓(𝜏)=

𝑓(∅, 𝐶)

𝑓(𝜏𝑥 𝜏𝑦 𝜏𝑧)… … … … … … … … … … … (1)

El efecto de todos estos métodos, es que no cumple rigurosamente las ecuaciones de equilibrio tanto en su estado

estable o de reposo como el crítico, motivando por las suposiciones que se realizan al obtener el esfuerzo normal

y todo el diagrama de esfuerzos en la superficie de deslizamiento.

El diseño de presas altas ya otras etapas de diseño, el cálculo de estabilidad es más exigente y se precisa el estado

de esfuerzo del prisma o presa, para luego con los elementos de juicio de laboratorio obtener coeficientes de

seguridad no de una curva de deslizamiento las zonas más resistentes y las débiles.

En la fig. Se ve que para un estado de esfuerzos normal estable de un punto los esfuerzos principales

𝜎1 𝑦 𝜎3aumentando el esfuerzo desviador 𝜎1 llegamos a una situación límite y el factor de seguridad (F.S) en ese

punto será la evaluación de situación límite con la situación normal, es decir:

𝐹𝑆 =𝑡𝑔 ∅

𝑡𝑔 ∅ 𝑟 … … … … … … … … . . (2)

Que permite delimitar todo el prisma con curvas de isocoeficientes determinado zonas de deformación

plástica, elástica; y aquellas de mayor seguridad para presas.


____________________________________________________________________________


Para iniciar el análisis de estado de esfuerzo donde:

𝜎1, 𝜎3 = (𝜎𝑥 + 𝜎𝑦

2) ∓ [(

𝜎𝑥 − 𝜎𝑦

2)

2

+ (𝜏 𝑥 𝑦)2]

0.5

… … … … … … (3)

Y utilizando la ecuación de Hooke obtenemos los esfuerzos, con las otras ecuaciones generales de elasticidad.

[

𝜎𝑥

𝜎𝑦

𝜎𝑧

] = 𝐸

(1 + 𝑢)(1 − 2𝑢) [

1 − 𝑢 0 0𝑢 1 − 𝑢 0

0 01 − 2𝑢

2

] [

∈𝑥

∈𝑦

∈𝑧

]

𝐸 𝑦 𝑢 𝑠𝑒 𝑡𝑜𝑚𝑎 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑢𝑒𝑏𝑎 𝑡𝑟𝑖𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙.

12. DISEÑO DE TERRAPLENES COMPACTADAS.

12.1 DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA

Como se puede observar a partir de los modos de fallas de presas de tierra, hay tres principales tipos, que tienen

que ser prevenidos en un diseño seguro de la presa de terraplén. Estos son:

1. Seguridad contra fallos hidráulicos debido al desbordamiento, cortes de lluvia, la acción del oleaje o la

cola agua.

2. Seguridad contra fallos de infiltración debido a la erosión y el desarrollo de poros internos presión debido

al drenaje insuficiente.

3. Seguridad contra la inestabilidad estructural.

4. Los requisitos especiales de diseño.

12.2 SEGURIDAD CONTRA FALLOS HIDRÁULICOS

La capacidad del aliviadero Debe proporcionarse suficiente para evitar el desbordamiento de terraplén

durante y después de la construcción.

El francobordo debe ser suficiente para evitar el desbordamiento por las olas. Oficina de Normas de

la India código ES: 10635-1993 "tablero requisito gratuito el terraplén presas-directrices "proporcionan

métodos para determinar francobordo. Sin embargo, para simplificar, los métodos para determinar

comida gratis para el hormigón presas pueden ser utilizados.

La altura suficiente de la presa tiene que ser proporcionada a hacerse cargo de cualquier futuro

liquidación y consecuente pérdida de comida gratis


____________________________________________________________________________


Pendiente Upstream estará protegido por la escollera, que es una capa de roca fragmentos, contra la

acción del oleaje. La escollera tendrá que ser provisto de un elevación de 1,5 m o la mitad de la altura

máxima de ola en mínimo Draw Abajo Nivel (MDDL), el que sea más por debajo MDDL a la parte

superior de la presa. Figura 32 ilustra los métodos recomendados de terminación de los ripraps al

menor nivel. Como puede observarse en la Figura 32, la escollera o lanzadores deben ser sustentada

con dos capas de filtros para evitar que el agua de lavado de la erosión del material de terraplén

subyacente.

La pendiente aguas abajo del dique debe ser protegido por turfing, que está creciendo de la hierba en

la superficie contra la erosión por lavado de lluvia. La sistema de desagües pasaron abiertos

(canaletas) a lo largo del terminador superficie inclinada en drenes colectores longitudinales en el

cruce de la berma y la pendiente se tiene que proporcionar a 90m centro centro a-para drenar el agua

de lluvia. Los drenajes pueden ser secciones de hormigón formada de pitcheo piedra o con

prefabricados (Figura 33)

la pendiente descendente del terraplén, si afectados, sobre por el agua de cola, debe ser protegida

mediante la colocación de escollera de 300 mm de espesor sobre capas filtrantes adecuados hasta

1m por encima del nivel máximo de agua de cola.

12.3 SEGURIDAD CONTRA LA INESTABILIDAD ESTRUCTURAL

Las pendientes de terraplén en la aguas arriba y aguas abajo deben ser estables bajo todas las

condiciones de carga. Laderas Embankment tienen que ser diseñado en de acuerdo con la Oficina de

Normas de la India Código IS: 7894-1975 "Código de prácticas para el análisis de estabilidad de presas

de tierra ", que ha sido discutido por separado en la sección.

Las pistas de terraplén también deben ser lo suficientemente plana para no imponer excesiva hace

hincapié en la fundación, y por mucho, estar dentro de los límites permisibles de la resistencia a la

cizalladura del material.


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Sc.Ing. Arbulú Ramos José 6

diseño de presas de tierra

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