PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO
Ing. Washington Sandoval E., Ph.D.
2012
PARTES DE UNA PRESA
TIPOS DE PRESAS
• Por la composición del cuerpo de la presa
–Homogéneas.
–Heterogéneas (zonificadas).
–Con pantallas de materiales no sueltos.
–Con pantallas de suelos
–Con núcleos de materiales finos.
–Con diafragmas, muros, tablestacas, etc.
TIPOS DE PRESAS Homogéneas
Con pantalla inclinada
TIPOS DE PRESAS Con pantalla de materiales sueltos
Heterogéneas (Zonificadas)
TIPOS DE PRESAS Con núcleo de materiales finos
Diafragma vertical rígido (pantalla)
TIPOS DE PRESAS
• Por su estructura impermeabilizante en la cimentación: – Con delantal.
– Con dentellón.
– Con cortina de inyección de lechada de cemento.
– Diafragma o muro.
• Por su forma de construcción: – De compactación mecánica.
– Sin compactación mecánica.
TIPOS DE PRESAS Con delantal
Con dentellón
TIPOS DE PRESAS Pantalla de inyecciones
Pantalla de inyecciones colgante
TIPOS DE PRESAS
Diafragma o muro
COMPACTACIÓN MECÁNICA
COLOCACIÓN DEL ENROCADO (RIP-RAP)
MOTIVOS DE FALLA (Según: Armas, R. 2002)
1. Agrietamiento
2. Sifonamiento mecánico (tubificación)
3. Deslizamiento del talud aguas abajo
4. Pérdidas por filtración
5. Sismos
6. Rebase de la cortina
7. Licuación
CIMENTACIÓN
• Factores a considerar :
Forma de la boquilla
Condiciones de las capas geológicas
Capacidad de soporte de los suelos que conforman la cimentación
Estabilidad de los estribos laterales
Condiciones de flujos de agua subterráneos
Permeabilidad
Paso de caudales en el período de construcción
Otros
CIMENTACIÓN
PRESA DE TIERRA LA ESPERANZA (Ecuador)
TALUD DE LOS ESPALDONES*
TIPO DE PRESA TALUD A ARRIBA TALUD A ABAJO
DE TIERRA (Depende del tipo de suelo) 2 a 4,5 2 a 4,5
TIERRA Y ENROCAMIENTO
Con núcleo central, espaldones de roca 1,3 a 1,8 1,3 a 1,7
Con núcleo inclinado, espaldones de roca 1,5 a 2,0 1,2 a 2,6
Con pantalla, espaldones de roca 2 a 3,5 1,2 a 1,6
ENROCAMIENTO
Con pantalla 0,7 a 1,6 1,2 a 1,5
Con diafragma 1,3 a 1,7 1,3 a 1,7
* Rasskazov , L. 1984
TALUD DE LOS ESPALDONES*
ALTURA DE LA PRESA TALUD A. ARRIBA TALUD A. ABAJO
PRESAS DE TIERRA
5 < H < 10 2,0 1,5 - 2,0
11< H < 15 2,5 - 3,0 2,0 - 2,25
16 < H < 20 3,0 -3,25 2,25 - 2,5
20 < H < 30 3,25 – 3,50 2,5 – 2,75
PRESAS DE ENROCAMIENTO
H < 15 0,5 0,5
15< H < 30 0,75 0,75
30 < H < 45 1,0 1,0
H > 45 1,3 1,3
* Garbovsky E. (1978)
ALTURA DE RODAMIENTO DE UNA OLA
PARÁMETROS DEL OLEAJE
D – Fetch,
w – velocidad del viento
DATOS:
ALTURA DE LA PRESA
• Sobre el nivel máximo de operación del embalse la altura de la corona se toma:
d = Δh + hr + a
a 0,5 m.
kr –coeficiente de rugosidad 0,9 – para losas de hormigón y ripio. Para enrocado y bloques de hormigón con relación; altura de la ola/diámetro o tamaño del bloque (h/d): 0,8 –para h/d=100 a 200. 0,7 - para h/d=50. 0,6 –para h/d=20. 0,45 – para h/d=10. 0,35 – para h/d=5.
- ángulo entre el eje de la presa y la dirección del viento.
Δh-elevación por el arrastre de la ola hr- altura de rodamiento de la ola a – altura mínima de seguridad
PROTECCIÓN DEL TALUD DE AGUAS ARRIBA
Gp –peso de las piedras De – Diámetro equivalente a la esfera de las piedras
t = (2,5 a 3,0)De - espesor del Rip-Rap
DIMENSIONAMIENTO DEL RIP-RAP (Grishin, 1979)
DIMENSIONAMIENTO DE LA PANTALLA DE HORMIGÓN
th - espesor de la pantalla (0,15 a 0,5m.) k = 0,096 para juntas cerradas k = 0,077 para juntas abiertas L – dimensión vertical de las juntas
th= 0,15 a 0,20 para losetas prefabricadas de 1,5x1,5 a 5x5
Gp en kg, (Novak, 2001)
COLOCACCIÓN DEL RIP-RAP
FUNDICIÓN DE LA PANTALLA DE HORMIGÓN
CORONACIÓN DE UNA PRESA DE TIERRA
ANCHO MIN. DE LA CORONA PARA PRESAS DE
MATERIALES SUELTOS
ALTURA (m) ANCHO (m)
< 20 4
20 a 40 2 + 0,1H
> 40 10
BERMAS
BERMAS Talud Aguas Arriba: Se utiliza para soportar la pantalla de protección del terraplén. Talud Aguas Abajo: Se ubican cada 15 o 20 metros de altura, en la zona de contacto con el prisma de drenaje de aguas abajo. El ancho no menor a 2m.
• Núcleo Central.- Espesor en la base (0,3 a 0,5)H, donde H -altura de la presa.
• Núcleo Inclinado.- Espesor en la base (0,4 a 0,2)H.
• Pantalla.- Espesor en la base (0,3 a 0,1)H.
NÚCLEOS DE SUELOS POCO PERMEABLES
GALERIAS
Las galerías se colocan en la base de la presas de mediana y gran altura para la ejecución de trabajos de inyección y drenaje de la cimentación. Las dimensiones mínimas son 3,5 a 4m de altura y 3 de ancho, para comodidad de los equipos de perforación.
CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS
NOMBRE
USA Rusia Reino Unido
d (mm) d (mm) d (mm)
arcilla < 0,005 < 0,005 < 0,002
limo 0,005 - 0,075 0,005 - 0,05 0,002 - 0,06
arena 0,075 - 4,75 0,05 - 2,0 0,06 - 2,0
grava 4,75 - 76,2 2,0 - 40 2,0 - 60
guijarros > 76,2 40 - 100 60 - 600
bolón 100-200
Pedrejón > 200 > 600
CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS DEL CUERPO DE LA PRESA
• La Densidad y la Humedad de los suelos que conforman el cuerpo de la presa se determinan en función de la humedad natural y la composición granulométrica.
• En climas templados y cálidos la densidad o compactación relativa (ID) de suelos con partículas gruesas (gravas, guijarros o más) se toma ID 0,9. Para suelos arenosos ID 0,66.
• Para escoger la ID se determina el coeficiente de porosidad (= Vv/Vs). Si, 0,5 el suelo es compacto y si 1 el suelo es suelto
CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS DEL CUERPO DE LA PRESA
s – peso específico del suelo. v – peso volumétrico (sólidos + poros). Ecuación de Maslov V. , donde: A = 1,75 para suelos arenosos A = 1,86 para macizos rocosos A = 2,28 para grava gruesa y boleo. k – coeficiente granulométrico. D1 y D2 – diámetros mínimo y máximo de la composición granulométrica analizada. P – porcentaje del peso analizado entre D1 y D2. Pi – porcentaje parcial entre d1 y d2 d1 y d2 – diámetro mínimo y máximo del porcentaje parcial pi.
CURVA GRANULOMÉTRICA PARA DETERMINACIÓN DE k
GRAFICO PARA LA DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO MÁXIMO, max. (Razkazov, 1984)
v – peso por unidad de volumen
promedio de la curva granulométrica
Kf- Coeficiente de filtración para suelos no finos.
FILTRACION EN UNA PRESA HOMOGENEA CON PEDRAPLEN
m1p 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
f(m1p) 0,74 0,51 0,36 0,28 0,22 0,18
DISEÑO DE LAS CAPAS DEL FILTRO DRENAJE
• Por sifonamiento
• Coeficiente de uniformidad
• Por porosidad (las partículas de una capa no deben penetrar en los poros de la otra).
Para una porosidad de 0,25 a 0,39 –suelo compactado
COMPOSICION GRANULOMETRICA DE LOS FILTROS
ESTABILIDAD DE TALUDES POR EL MÉTODO DE SUPERFICIES CILÍNDRICAS
ZONA DE UBICACIÓN DE CENTROS PELIGROSOS
r1 r2
TALUD RADIOS
1 2 3 4 5 6
r1/H 0,75 0,75 1,0 1,5 2,2 3,0
r2/H 1,5 1,75 2,3 3,75 4,8 5,5
EJERCICIO
rH2=52
DATOS DE UN CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD DEL TALUD
1 1,65 j1 28 c 4
2 2,05 j2 30
3 1,95 j3 16
N sección h1 h2 h3 sen cos h1*1 h2*2 h3*3 S h 10*cos (h2+h3) 12/cos (11-13) j tgj (15*14) c/cos (10-12)sen K
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0 3,5 5,5 7 0 1,000 5,775 11,275 13,65 30,700 30,700 12,5 12,500 18,200 0,2793 0,28675 5,21878 4,0000 0,0000 1,39
1 5,3 6,4 6,7 0,1 0,995 8,745 13,12 13,065 34,930 34,755 13,1 13,166 21,589 0,2793 0,28675 6,19054 4,0202 2,1830
2 7 7 6 0,2 0,980 11,55 14,35 11,7 37,600 36,840 13 13,268 23,572 0,2793 0,28675 6,75925 4,0825 4,9200
3 9 7,5 4,2 0,3 0,954 14,85 15,375 8,19 38,415 36,646 11,7 12,265 24,381 0,2793 0,28675 6,99105 4,1931 8,0145
4 11 7,6 2 0,4 0,917 18,15 15,58 3,9 37,630 34,488 9,6 10,474 24,014 0,2793 0,28675 6,88592 4,3644 11,2120
5 13,2 6,8 0 0,5 0,866 21,78 13,94 0 35,720 30,934 6,8 7,852 23,082 0,5236 0,57735 13,32670 0,0000 14,4600
6 15,5 3 0 0,6 0,800 25,575 6,15 0 31,725 25,380 3 3,750 21,630 0,5236 0,57735 12,48812 0,0000 17,2350
7 16 0 0 0,7 0,714 26,4 0 0 26,400 18,853 0 0,000 18,853 0,4887 0,53171 10,02454 0,0000 18,4800
8 11 0 0 0,8 0,600 18,15 0 0 18,150 10,890 0 0,000 10,890 0,4887 0,53171 5,79033 0,0000 14,5200
9 3 0 0 0,9 0,436 4,95 0 0 4,950 2,158 0 0,000 2,158 0,4887 0,53171 1,14725 0,0000 4,4550
-1 1,6 4,7 6,9 -0,1 0,995 2,64 9,635 13,455 25,730 25,601 11,6 11,658 13,943 0,2793 0,28675 3,99798 4,0202 -1,4130
-2 1,5 4,5 6 -0,2 0,980 2,475 9,225 11,7 23,400 22,927 10,5 10,717 12,211 0,2793 0,28675 3,50137 4,0825 -2,5800
-3 0 3 4,5 -0,3 0,954 0 6,15 8,775 14,925 14,238 7,5 7,862 6,375 0,2793 0,28675 1,82812 4,1931 -2,2275
-4 0 0 2 -0,4 0,917 0 0 3,9 3,900 3,574 2 2,182 1,392 0,2793 0,28675 0,39922 4,3644 -0,7600
S 84,5492 37,3203 88,4990
ASENTAMIENTO
ΔSi
1- coeficiente de porosidad antes de aplicar la carga. 2- coeficiente de porosidad después de aplicar la carga. Se determina de la curva de compresión del suelo.
Evaluación preliminar del asentamiento al final de la
construcción
PRESA MAZAR-ECUADOR
PRESA MAZAR-ECUADOR
BIBLIOGRAFIA
• Grishin, M. Slisskiy, S. Antipov, A. y otros (1979). Estructuras Hidráulicas. Moscú, Rusia. Ed. Escuela Superior.
• Rasskazov, L. y Slisskiy, C. (1984). Complejo Hidráulico con presa de materiales sueltos. Moscú, Rusia. Ed. MISI.
• United States Departament of Interior, (1982). Diseño de Presas Pequeñas. México, México. Ed. Continental S.A.
• Marsal, R. Resendiz, D. (1979). Presas de Tierra y Enrocamiento. México, México. Ed. Limusa, 1ª. reimpresión.
• Novak, P. Moffat, A. y Nalluri, C. (2001). Estructuras Hidráulicas. Bogotá, Colombia. Ed. McGraw-Hill 2ª edición.
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