Presas de Materiales Sueltos

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    G E O T E C N I A A P L I C A D A

    PRESAS DE MATERIALES SUELTOS

    2009

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    PRESAS DE MATERIALES SUELTOS ( SNTESIS)

    PRESAS HOMOGNEAS

    a) Con filtro de pie b) Con solera drenante c) Con chimena drenante

    PRESAS HETEROGNEAS a) Ncleo simtrico

    b) Ncleo inclinado

    c) Ncleo sobre el talud de aguas arriba

    PRESAS CON PANTALLA

    a) Pantalla interior b) Pantalla exterior

    HA Concreto asfltico Suelo-cemento Pilotes tangentes Tablestacas

    HA Concreto asfltico Polietileno

    Presa con tapiz impermeable (blancket)

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    IMPERMEABILIZACIN DE LA FUNDACIN

  • 4PRESAS DE MATERIALES SUELTOS

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    A continuacin se muestran una serie de presas de gran altura.

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    PANTALLA DE HORMIGN PLSTICO Se excava la zanja mantenindola llena delodo bentontico. Luego, por medio de untubo se sustituye el lodo por un hormign que se vuelve deformable debido a que sele aade bentonita y se reduce laproporcin de cemento y agregados. Los procedimientos de excavacin y decolado de la mezcla son idnticos a losempleados para la construccin de laspantallas de HA tradicionales. Se puedenalcanzar profundidades del orden de 60 mo ms. El espesor de la pantalla es generalmentede 0,60 m; se excavan paos alternadoscon anchos de 5 a 7 m y las juntas seejecutan por medio de un tubo-junta.

    Figura 14

    PANTALLA DE CEMENTO-BENTONITA La zanja se excava con los mismosprocedimientos que para las pantallas deHA o de H plstico, pero en este caso semantiene llena la zanja con una mezcla decemento y bentonita que mantiene estable laexcavacin y que al fraguar constituye lapantalla impermeable. A la mezcla se leagregan aditivos qumicos para controlar eltiempo de fraguado para mantenerla fluidadurante la excavacin. El espesor esnormalmente de 0,60 m. Para pantallas muy profundas el espesor puede llegar hasta1,20m. Las juntas entre paos se materializancon el simple raspado del pao adyacentedurante la excavacin. La supresin del colado del hormign, laeconoma del procedimiento y la continuidadperfecta de la pantalla debida a la falta dejuntas, hace que este tipo de pantalla sea elms utilizado actualmente.

    Figura 15

    PANTALLA DE BENTONITA (Slurry Trench) Es una pantalla constituida poragregados mezclados con ben-tonita. La excavacin es degran espesor ( 1,5 a 3,0 m) y sela mantiene llena de lodo ben-tontico. El material aluvionalexcavado se vierte en el inte-rior de la zanja llena de lodo. Un fuerte espesor es necesariopara asegurar un correcto fun-cionamiento de la pantalla dadala rusticidad del mtodo deconstruccin

    Figura 16

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    REDES DE ESCURRIMIENTO EN PRESAS HOMOGNEAS

    Figura 1. Filtracin a travs de una presa homognea de arena. En los problemas de filtracin a travs de presas de tierra o en los taludes de excavaciones, la posicin de la frontera superior del flujo no est definida. Esta frontera est a la presin atmosfrica y se denomina lnea de corriente superior. Para la determinacin del flujo a travs de presas de tierra, las soluciones matemticas aproximadas se basan en considerar que gran parte de la lnea de corriente superior tiene forma de parbola. Par un caso con solera drenante ( Figura 2.a) Casagrande (1937) propuso el mtodo siguiente para el trazado, que se ilustra en la Figura 2. Si se conoce la profundidad H del agua en el lado de aguas arriba y el punto real de entrada B, se supone un punto inicial A para establecer la parbola tal que AB = 0,3.EB . La parbola bsica se dibuja con foco en el punto F y pasando por el punto inicial A. Para hacerlo se dibuja primero la posicin de la directriz (teniendo en cuenta que AF = AD ) y as pueden localizarse puntos incluido C, que sean equidistantes al foco y a la directriz. En una pequea parte cerca del lmite de aguas arriba se invierte la curvatura para satisfacer la condicin de entrada real, la cual indica que la lnea de corriente superior debe empezar en b formando un ngulo recto con la cara de aguas arriba, que es una lnea equipotencial en la frontera. La Figura 2.b muestra una presa sin solera drenante. En este caso la lnea de corriente superior pasa por la cara de aguas abajo y la parbola bsica se dibuja con su foco F en la interseccin de la cara de aguas abajo con la base impermeable ( o con el nivel de aguas abajo si existiera ). Sin embargo, la lnea de corriente superior se desva de la parbola bsica en la salida donde sta debe satisfacer la condicin de tangencia con la cara de aguas abajo. El mtodo para determinar el punto real de salida G depende del ngulo del talud. Para ngulos de talud pronunciados ( > 30) puede utilizarse la relacin propuesta por Casagrande que se muestra en la Figura 3, para obtener la correccin a en funcin de (a + a ) la cual se mide en la figura. Para ngulos poco pronunciados ( < 30 ) la distancia a puede calcularse directamente utilizando la expresin aproximada :

    a d d H= cos cos sen

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    La lnea de corriente superior se dibuja en la salida de tal manera que sea tangente a la cara de aguas abajo en el punto G. La Figura 2.c muestra una presa con un filtro de pie. En esta caso la parbola Bsica se dibuja con su foco F en la interseccin de la cara de salida con la base impermeable, y el punto real de salida se localiza utilizando la ecuacin (1) si < 30 o la figura 2 si > 30. La lnea de corriente superior se dibuja de tal manera que en la salida satisfaga la condicin de tangencia a la vertical en el punto G. Es claro que para esta geometra en particular la desviacin con respecto a la parbola bsica es menos importante.

    Figura 2. Construccin de lnea de corriente superior Una vez establecida la lnea de corriente superior. Adems de los requerimientos normales de intersecciones en ngulo recto y figuras cuadradas, la red de flujo debe satisfacer una condicin adicional. Como la carga hidrulica en la lnea de corriente superior es cero ( presin atmosfrica), entonces la carga total en cualquier punto de la lnea de corriente superior es igual a la carga de posicin. En una red de flujo con figuras cuadradas, la disminucin de la carga hidrulica total entre dos lneas equipotenciales adyacentes es la misma y la diferencia de la carga de posicin entre intersecciones adyacentes en la lnea de corriente superior debe ser la misma. Por tanto las intersecciones de las lneas equipotenciales con la lnea de corriente superior deben ser

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    equidistantes en la direccin vertical, como se ilustra en la Figura 2.a, que muestra la red de flujo terminada de una presa de tierra con solera drenante.

    Figura 3. Grfico para determinar el punto de salida de la lnea de corriente superior ( segn Casagrande, 1937 )

    VERIFICACIN DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES EN PRESAS DE TIERRA a) Durante la construccin En este caso est solicitada por su propio peso y por las presiones neitra desarrolladas por el agua agregada para compactar. Esta verificacin se realiza : 1. Con la presa en distintas alturas durante su construccin. 2. Inmediatamente de terminada la obra. En estas verificaciones tienen importancia los siguientes factores : Velocidad de construccin ( disipacin de presiones neutras ) Condiciones climticas ( variacin del tenor de humedad ) Tipo de suelo analizado ( compresible o dilatante ) Intervalos entre las distintas etapas de trabajo si la presa se construye por

    secciones b) Durante su servicio En esta caso la presa est solicitada por su peso y por el agua que embalsa, pudiendo estar sta a distintos niveles. Se realizan las siguientes verificaciones : Sobre el talud de aguas abajo, teniendo en cuenta el empuje del agua y la red de escurrimiento

    generada por la infiltracin del agua a travs del cuerpo de la presa. Sobre el talud de aguas arriba, teniendo en cuenta el efecto de un desembalse rpido hasta

    distintos niveles del embalse. Se analizarn potenciales superficies de falla que tomarn los materiales ms dbiles para el

    caso de ambos taludes. c) Durante solicitaciones climticas y tectnicas Casos de lluvias prolongadas que puedan generar una red de escurrimiento. Comportamiento bajo la accin de un sismo

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    PRESAS DE MATERIALES SUELTOS

    Presa Ubicacin Altura mx. (m) Volumen (m3) Observaciones

    El Chocn Neuqun 80 14.000.000

    Alicur Neuqun 130 13.000.000

    Ro Hondo Santgo. del Estero 30 8.500.000 4 km de extensin

    Futaleuf Chubut 120 6.100.000

    Las Pirquitas Catamarca 83 2.900.000

    Cabra Corral Salta 92 8.000.000

    Las Maderas Jujuy 90 4.500.000

    El Cadillal Tucumn 85 4.100.000

    Los Reyunos Mendoza 105 3.200.000

    El Carrizal Mendoza 55 5.500.000

    Potrerillos Mendoza 116 6.000.000

    Casa de Piedra La Pampa Ro Negro 50 10.600.000 10 km de extensin

    Oroville U.S.A. 200 60.000.000

    Mica Canad 240 30.000.000

    Nurek Tayikistn 300 60.000.000 enrocado

    Tarbela Pakistn 150 130.000.000

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    VERIFICACIN DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES EN PRESAS DE TIERRA