Wilson Octavio Mendez Ramos Mecánica de suelos aplicada y Laboratorio

PRESAS DE TIERRA

Este tipo de presas presentan ciertas ventajas con respecto a las de concreto, ya que los materiales utilizados en su construcción se pueden conseguir de la zona y también pueden mezclarse con otros materiales para mejorar sus propiedades.Este tipo de presas se pueden construir sobre suelos con poca capacidad de carga ya que las cargas que se transmiten a la cimentación se distribuyen sobre un área mayor que en otros tipos de presas.

Tipos de presas de tierra

Existen dos tipos de presas de tierra de acuerdo al tipo de construcción: homogéneas y zonificadas.

Presas Homogéneas

Su estructura está formada en su totalidad o en gran medida de un solo material, compactado y de baja permeabilidad.Tiene por lo menos una protección contra el oleaje en el talud aguas arriba.

Presa homogénea con filtros

Tiene en la base del terraplén un filtro formado con arena bien graduada, el espesor y la longitud de éste son susceptibles de diseño mediante estudios del flujo en la masa de tierra. Cuando los materiales que se usan en la cortina son sensibles al agrietamiento y se cimienta sobre suelos compresibles se ha incluido en él un dren vertical o chimenea que se conecta a un filtro horizontal o bien un sistema de drenes alojados en a cimentación.Una condición de trabajo importante en las presas homogéneas es el vaciado rápido la acción tiene lugar en el talud aguas arriba.

Presas Zonificadas

Están formadas por un núcleo central de material relativamente impermeable constituido por algún suelo arcilloso confinado entre dos espaldones de materiales granulares permeables cómo grava y arena.Los suelos del núcleo impermeable presentan menor resistencia al corte y son los que evitan las filtraciones al dique, los de los espaldones son permeables y resistentes a la fricción por los que se pueden utilizar taludes más inclinados.

CONDICIONES DE TRABAJO EN PRESAS DE TIERRA

Desde el momento en que se inicia la construcción de una presa de tierra hasta el momento en que se encuentra llena, sus materiales están sujetos a condiciones de esfuerzos que van cambiando con el tiempo y las circunstancias constructivas, sin contar con la influencia debida a la propia naturaleza de los materiales. Una capa compactada a un cierto nivel sufre, durante la construcción, el peso de todo el material que se le va colocando encima, este efecto produce cambios en la relación de vacíos y en el grado de saturación durante todo el tiempo de construcción de la cortina. Estos cambios de volumen en el suelo producen en el agua de sus vacíos presiones neutrales que tienden a disiparse en mayor o menor grado, dependiendo de la permeabilidad del suelo, de la construcción. Así, al terminarse la presa, existirán en general presiones neutrales en sus suelos componentes de baja permeabilidad y se habrán disipado en sus partes permeables. Una vez llena la presa, el agua satura rápidamente las partes permeables y alcanza a saturar con el tiempo las impermeabilidades, cambiando el valor de las presiones neutrales remanentes del periodo de construcción, se habrá producido así un nuevo estado de esfuerzos en los materiales que componen la cortina y, por ende, se habrá desarrollado una nueva

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resistencia al esfuerzo cortante. Supóngase que por alguna circunstancia la presa se vacía rápidamente, este vaciado impondrá un nuevo estado de esfuerzos, al producirse un nuevo cambio en las presiones neutrales dentro de la cortina. Así, los esfuerzos efectivos dentro de la masa están variando constantemente con circunstancias constructivas o propias del funcionamiento de la presa. Cada estado representa un factor de seguridad diferente para la presa, conviene así analizar la estabilidad de la cortina por lo menos para algunas condiciones de cálculo diferentes que simbolicen casos extremos o casos críticos de la vida de la presa, solo así podrá garantizarse una estructura estable en sus diferentes circunstancias. Así, se analizan usualmente las condiciones de estabilidad durante la construcción, a presa llena y en vaciado rápido.

CAUSAS DE FALLA EN PRESAS DE TIERRA

La magnitud de las fallas en presas de tierra varía desde lo que pudiera llamarse una catástrofe, que produce grandes pérdidas en vidas y bienes, hasta deterioros más o menos ligeros, que inclusive pudieran no requerir ningún trabajo de reconstrucción. Las fallas catastróficas han ocurrido por ruptura de la cortina bajo el empuje de agua o por rebase del agua sobre la cortina en avenidas extraordinarias, en el primer caso se produce naturalmente una ola cuyos efectos aguas abajo son fáciles de adivinar, en el segundo caso, suele producirse la destrucción total de la estructura, pues aunque a veces se han reportado rebases de consecuencias no catastrófica ha de considerarse como una regla general que una cortina de tierra no puede diseñarse en forma segura como sección vertedora. Otras causas de fallas graves o catastróficas son las que se detallan a continuación:

A. Falla por insuficiencia del vertedor: ocurre generalmente por una mala estimación del gasto correspondiente a la avenida máxima que deba desalojar el vertedor de excedencias. La consecuencia es que al presentarse una avenida mayor que la prevista, el vertedor no la desahoga y el agua se vierte sobre la cortina, erosionándola y dañando el talud aguas abajo.

B. Falla por turificación: cuando el agua a través del suelo, su carga hidráulica se disipa venciendo las fuerzas viscosas inducidas y que se oponen al flujo en los canalículos formados entre las partículas, recíprocamente, el agua que fluye genra fuerzas erosivas que tienden a empujar a las partículas, arrastrándolas en la dirección del flujo. En el momento en que este arrastre se produce, ha comenzado la tubificacion del suelo. Inevitablemente existen en la masa del suelo lugares en que se concentra el flujo del agua y en los que la velocidad de filtración es mayor, los lugares en que estas concentraciones emergen al talud aguas abajo en que el suelo ni esta afianzado por fuerzas confinantes, son particularmente críticos en lo referente a posibilidades de arrastre de partículas sólidas, una vez que las partículas empiezan a ser removidas van quedando en el suelo pequeñas canales por las que el agua circula a mayor velocidad, con lo que el arrastre se acentúa, de manera que el fenómeno de la tubificacion tiende a crecer continuamente una vez que comienza, aumentando siempre el diámetro de los canales formados. Otra característica curiosa del fenómeno es que, comenzando en el talud aguas abajo, progresa hacia atrás, es decir hacia el interior de la presa, esto es evidente con base en lo que queda explicado. El límite final del fenómeno es el colapso del bordo, al quedar este surcado por conductos huecos de gran diámetro que afectan la estabilidad de la sección resistente hasta la falla.

C. Falla por agrietamiento: se produce cuando la deformación de la cortina produce zonas de tensión que aparecen por asentamiento diferencial de la masa del suelo, sea por deformación del propio cuerpo del terraplén o del terreno de cimentación. Como quiera que por estas causas la presa puede deformarse de muchos modos, los sistemas de agrietamiento que el ingeniero puede encontrar en sus inspecciones a presas de tierra son de una inmensa variedad. Las grietas pueden aparecer paralela o transversalmente al eje de la cortina y la orientación del plano de agrietamiento puede ser prácticamente cualquiera. El agrietamiento puede ocurrir con anchos abiertos hasta de 15 o 20 cm, si bien son más comunes anchos de grieta de 1 o 2 cm. Las presas pequeñas altura son las que más comúnmente sufren el fenómeno que, sin embargo, se presenta con frecuencia en las

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partes superiores de las presas altas. El que las presas menores sean las más susceptibles al fenómeno quizá se deba a que las presiones grandes que hay en el interior de las presas mayores protegen al suelo. Las grietas más peligrosas son las que corren transversalmente al eje de la cortina, pues crean una zona de concentración de flujo, son producidas generalmente por asentamiento diferencial de la zona de la cortina próxima a las laderas de la boquilla respecto a la zona central, de valle, la condición más peligrosa para que este agrietamiento es que sea compresible el terreno en el que se hace descansar la cortina. Las grietas longitudinales suelen ocurrir cuando los taludes de la presa se asientan más que su corazón, lo que es típico en secciones con corazón impermeable de material bien compactado y respaldos pesados de enrocamiento.