Informe Presas de Tierra (1)

EP DE INGENIERIA CIVIL CURSO: ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS 2017-I

TEMA ENCARGADO N° 05 TEORIA Y DISEÑO HIDRAULICO DE PRESAS DE TIERRA DOCENTE

: ING. ECLER MAMANI CHAMBI

INTEGRANTES

: Gleidy E. Machacca Ala Tobar H. Mamani Quispe Brisman F. Machaca Herrera Max P. Huaylla Nuñoncca Maicol S. Huapaya Labra

FECHA

: 26-06-2017

CICLO

: X

ESTRUCTURAS HIDRAULICAS

INDICE PRESENTAC PRESENTACION ION.................................. .................................................... ................................... .................................. ................................... .......................... ........ 2 INTRODUC INTRODUCCIÓN CIÓN .................................. .................................................... ................................... .................................. ................................... .......................... ........ 3 OBJETIVOS OBJETIVOS.................................. ................................................... ................................... ................................... ................................... .................................. ................ 4 OBJETIVOS GENERALES .............................................................................................. 4 OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................... 4 1.

PRESAS. PRESAS. .................................. ................................................... ................................... ................................... ................................... ............................... ............. 5 1.1.

2.

CONCEPTO INGENIERIL DE PRESAS. .................. ......... .................. .................. .................. ................... ................. ....... 5

CLASIFICACION DE LAS PRESAS................... ......... ................... ................... .................. .................. .................. .................. ............ ... 6 2.1.

SEGÚN TIPO DE MATERIAL. ................. ........ ................... ................... .................. .................. .................. .................. ............... ...... 6

2.2.

SEGÚN SU USO. .................. ......... .................. .................. .................. ................... ................... .................. .................. .................. ............... ...... 6

2.3.

SEGÚN SU PROYECTO HIDRAULICO................. .................. ......... .................. ................... ................... ........... 8

2.4.

SEGÚN LOS MATERIALES............... .................. ......... ................... ................... .................. .................. .................. ............ ... 8

3.0 CIMENTACION DE LAS PRESAS. ............................................................................. 10 3.2. MEDIDAS PARA MEJORAR LA CIMENTACION DE PRESAS. ................. ........ ................... ............ .. 12 4.FILTRACIÓN A TRAVÉS DE LA PRESA ....................................................................... 20 5. ESTABILIDAD DE LA PRESA ....................................................................................... 20 6. CRITERIOS DE DISEÑO .............................................................................................. 23 CONCLUSIO CONCLUSIONES NES ................................. ................................................... ................................... .................................. ................................... ........................ ...... 24 RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 25 BIBLIOGRAF BIBLIOGRAFIA IA ................................... .................................................... .................................. ................................... ................................... .......................... ......... 26 ANEXOS ................... ......... ................... .................. .................. .................. .................. .................. ................... ................... .................. .................. .................. ............. .... 27

1


INDICE PRESENTAC PRESENTACION ION.................................. .................................................... ................................... .................................. ................................... .......................... ........ 2 INTRODUC INTRODUCCIÓN CIÓN .................................. .................................................... ................................... .................................. ................................... .......................... ........ 3 OBJETIVOS OBJETIVOS.................................. ................................................... ................................... ................................... ................................... .................................. ................ 4 OBJETIVOS GENERALES .............................................................................................. 4 OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................... 4 1.

PRESAS. PRESAS. .................................. ................................................... ................................... ................................... ................................... ............................... ............. 5 1.1.

2.

CONCEPTO INGENIERIL DE PRESAS. .................. ......... .................. .................. .................. ................... ................. ....... 5

CLASIFICACION DE LAS PRESAS................... ......... ................... ................... .................. .................. .................. .................. ............ ... 6 2.1.

SEGÚN TIPO DE MATERIAL. ................. ........ ................... ................... .................. .................. .................. .................. ............... ...... 6

2.2.

SEGÚN SU USO. .................. ......... .................. .................. .................. ................... ................... .................. .................. .................. ............... ...... 6

2.3.

SEGÚN SU PROYECTO HIDRAULICO................. .................. ......... .................. ................... ................... ........... 8

2.4.

SEGÚN LOS MATERIALES............... .................. ......... ................... ................... .................. .................. .................. ............ ... 8

3.0 CIMENTACION DE LAS PRESAS. ............................................................................. 10 3.2. MEDIDAS PARA MEJORAR LA CIMENTACION DE PRESAS. ................. ........ ................... ............ .. 12 4.FILTRACIÓN A TRAVÉS DE LA PRESA ....................................................................... 20 5. ESTABILIDAD DE LA PRESA ....................................................................................... 20 6. CRITERIOS DE DISEÑO .............................................................................................. 23 CONCLUSIO CONCLUSIONES NES ................................. ................................................... ................................... .................................. ................................... ........................ ...... 24 RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 25 BIBLIOGRAF BIBLIOGRAFIA IA ................................... .................................................... .................................. ................................... ................................... .......................... ......... 26 ANEXOS ................... ......... ................... .................. .................. .................. .................. .................. ................... ................... .................. .................. .................. ............. .... 27

1


PRESENTACION

El presente trabajo recoge la teoría y la secuencia de un ejercicio práctico para realizar el diseño de una presa de tierra, teniendo en cuenta los criterios que el reglamento nos indica. Poner en práctica los conocimientos adquiridos en clases con fines de incrementar y llevar a la práctica lo aprendido. Realizando una búsqueda de información profunda sobre el tema a tratar, para realizar el diseño hidráulico de una presa de tierra usando la información obtenida. Lograr entender los conocimientos y criterios básicos para el diseño de una presa de tierra con las nuevas metodologías de diseño a medida que avanza la ciencia y se tienen nuevas experiencias en obras para embalsar el agua por medios de estructuras como son presas. Para facilitar la presentación del material, se ha compilado sistemática y ordenadamente, los criterios y principios en los que se basa el diseño de estructuras hidráulicas. Para el diseño de presas de tierra se presenta un resumen de lo que es la estructura, luego se indicara el proceso que debe seguir se para el diseño de la obra hidráulica mencionada, y se mostrara el conjunto de ecuaciones que son necesarias para su cálculo. .

2


INTRODUCCIÓN Los embalses de agua se proyectan y construyen con fines de almacenar grandes volúmenes de este valioso recurso hídrico en épocas estacionales de lluvias, en las que el consumo de agua es inferior a la disponibilidad, para posteriormente emplear estos volúmenes almacenados en épocas de estiaje. En el Perú los embalses de agua se construyen y emplean esencialmente para los siguientes casos: - Riego de terrenos con fines agrícolas.

- Afianzamiento hídrico de centrales hidroeléctricas. - Uso en agua potable. - USO Mixto. Para poder lograr estos embalses artificiales se construyen presas de tierra o concreto, normalmente en el curso de un río o quebrada o sobre elevando los bordes de una laguna. Dado el enorme valor que tiene el recurso hídrico almacenado, el manejo de las aguas debe poder ser adecuadamente controlado, por tal razón en el proyecto de un embalse de agua deben incluirse estructuras que permitan lo siguiente: 1. Efectuar una descarga de agua de servicio 2. Descargar los sólidos sedimentados que se acumulen en el fondo del embalse. Descargar los volúmenes de agua que excedan la capacidad de almacenamiento Las dos primeras funciones indicadas se logran mediante conductos de descarga independientes o uno solo que cumpla ambas funciones y que requieran una operación controlada. La tercera función se logra mediante estructuras de alivio (aliviaderos) por rebose con su correspondiente

conducto

de

descarga,

que

no

requieren

control.

El control de las estructuras de descarga sólo se puede lograr mediante equipos hidromecánicos, los que a su vez requieren para su funcionamiento de algunos servicios auxiliares. Aunque del monto total para la construcción de una presa, la parte correspondiente al equipamiento hidromecánico rara vez supera el 10%, la importancia de este equipamiento para lograr un control y manejo adecuado de las aguas embalsadas es crucial. 3


OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES 

El objetivo de este trabajo es dar a conocer los requerimientos para el diseño de una presa de tierra y brindar herramientas complementarias para el análisis de una presa como los softwares adecuados para este fin, todo esto coordinado y trabajando en equipo.



Brindar al alumno conocimientos básicos, teóricos y práctico de una presa de tierra.

OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Entender la importancia de una presa de tierra.



Aprender a diseñar adecuadamente una presa de tierra.



Realizar el diseño hidráulico de una presa de tierra.

4


MARCO TEORICO

1. PRESAS. Una presa es una estructura que se emplaza en una corriente de agua para embalsarla y/o desviarla para su posterior aprovechamiento o para proteger una zona de sus efectos dañinos. Las presas permiten controlar y disponer de agua con los siguientes fines:

1.1.



Consumo humano



Consumo industrial



Riego



Control de crecidas



Navegación



Protección de márgenes



Generación Eléctrica



Turismo, Esparcimiento y Recreación



Piscicultura



Contención de aluviones

CONCEPTO INGENIERIL DE PRESAS.

En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera artificial fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o una laguna. Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío para la agricultura para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego para laminación de avenidas (evitar inundaciones aguas abajo de la presa) o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética.

5


2. CLASIFICACION DE LAS PRESAS. Existen varias clasificaciones de las presas: atendiendo a su altura, a sus funciones o a otras características, sin embargo la clasificación más común es de acuerdo a sus materiales de construcción y su concepción estructural.

2.1.

SEGÚN TIPO DE MATERIAL.

a). Tipo a: Materiales sueltos (tierra y roca) - Tierra: Relleno hidráulico; sección homogénea compacta - Materiales graduados - Enrocamiento

b). Tipo b: Materiales cementados (concreto y mampostería) - Gravedad: Masiva; aligerada - Contrafuertes: Machones; losas planas; arcos o bóvedas múltiples - Arco y bóveda.

Selección del tipo de presa Las presas se pueden clasificar en un número de categorías diferentes, que depende del objeto de la clasificación. En este Proyecto Terminal consideraremos tres consideraciones de acuerdo con el uso, el proyecto hidráulico, o los materiales que conforman la estructura.

2.2.

SEGÚN SU USO.

Las presas las podemos clasificar de acuerdo con la función más general que van a desempeñar, como de almacenamiento, de derivación, o regulación. Podemos precisar más las clasificaciones cuando consideramos sus funciones específicas.

a). -Presas de almacenamiento - Se construyen para embalsar el agua en los períodos en que sobra, para utilizarla cuando escasea. Estos períodos pueden ser estacionales, anuales o más largos. Muchas presas pequeñas almacenan los escurrimientos de la 6


primavera para usarse en la estación seca del verano. Las presas de almacenamiento se pueden a su vez clasificar de acuerdo con el objeto del almacenamiento, como para abastecimiento de agua, para recreo, para la cría de peces y animales salvajes, para la generación de energía hidroeléctrica, irrigación, etc. El objeto específico u objetos en los que se va utilizar el almacenamiento tienen a menudo influencia en 01 proyecto de la estructura, y pueden determinar proyectos como el de la magnitud de las fluctuaciones del nivel que pueden esperarse en el vaso y el de volumen de filtraciones que pueden permitirse.

b). Las presas de derivación - Se construyen ordinariamente para proporcionar la carga necesaria para desviar el agua hacia las zanjas, canales u otros sistemas de conducción al lugar en que se van a usar. Se utilizan en los sistemas de riego, para la derivación de una corriente natural hacia el vaso de almacenamiento fuera del cauce natural de la corriente, para usos municipales e industriales, o para una combinación de los mismos.

c). Las presas reguladoras. Se construyen para retardar el escurrimiento de las avenidas y disminuir el efecto de las ocasionales. Las presas reguladoras se dividen en dos tipos. En uno de ellos, el agua se almacena temporalmente, y se deja salir por una obra de toma con un gasto que no exceda de la capacidad del cauce de aguas abajo. En el otro tipo, el agua se almacena tanto tiempo como sea posible y se deja infiltrar en las laderas del valle o por los estratos de grava de la cimentación. A este último se le llama algunas veces de distribución o dique, porque su principal objeto es recargar los acuíferos. Las presas reguladoras también se construyen para detener los sedimentos. A menudo estás se les llama presas de arrastres. Aunque no es muy frecuente que se utilicen para varios usos como las presas grandes, con frecuencia sirven para más de un fin. Cuando son para varios usos, se reserva un volumen separado del vaso para cada uno de ellos. 7


Existe una combinación de usos relativamente frecuente en la que entran el almacenamiento, el control de avenidas y para deportes.

2.3.

SEGÚN SU PROYECTO HIDRAULICO.

Las presas se pueden clasificar en presas vertedoras o no vertedoras.

a). Las presas vertedoras - Se proyectan para descargar sobre sus coronas y en general se deben construir de materiales que no erosionen con las- descargas. Es necesario emplear concreto, mampostería, aceros y madera, excepto las estructuras muy bajas de unos cuantos pies de altura.

b). Presas no vertedoras Son las que se proyectan para que el agua no rebase por la corona. Este tipo de proyecto permite ampliar la elección de los materiales incluyendo las presas de tierra y las de enrocamiento. - Con frecuencia se combinan los dos tipos para formar una estructura compuesta, que consiste de por ejemplo, una parte vertedora de concreto de gravedad con extremos formados por terraplenes.

2.4.

SEGÚN LOS MATERIALES

a). Presas de tierra Las presas de tierra constituyen el tipo de presas más común, principalmente por su construcción ya que intervienen materiales en su estado natural que requieren el mínimo de tratamiento. Además, los requisitos para sus cementaciones son menos exigentes que para los otros tipos. Es probable que las presas de tierra continúen prevaleciendo sobre los demás tipos para fines de almacenamiento, parcialmente, debido a que el número de emplazamientos favorables para las estructuras de concreto está disminuyendo 8


como resultado de los numerosos sistemas de almacenamiento de agua que se han emprendido, especialmente en las regiones áridas y semiáridas en las que la conservación del agua para riego es una necesidad fundamental. Aunque dentro de la clasificación de las presas de tierra están comprendidos varios tipos, los adelantados obtenidos en los equipos de excavación, acarreo y compactación de materiales terrosos, ha hecho el tipo de presas de tierra compactada tan económico que virtualmente ha reemplazado los tipos de terraplenes hidráulicos y semihidráulicos. Las presas de tierra compactada se subdividen en presas de un solo material, o de varios, o con diafragmas. Las presas de tierra requieren estructuras complementarias que sirvan de vertederos de demasías. La principal desventaja de una presa de tierra es que, si no tiene suficiente capacidad, el vertedor de demasías puede dañarse y aún destruirse por el efecto erosivo del agua que llegue a rebasarla. También están sujetas a sufrir serios daños y aún a fallar debido a las perforaciones echas por animales cavadores, a menos que se tomen precauciones especiales. A menos que el emplazamiento de la presa quede fuera del cauce de la corriente, se deben de tomar medidas para desviar la corriente durante la construcción a través del emplazamiento por medio de un conducto, o alrededor del mismo por medio de un túnel. De otra manera, se deben incorporar en el proyecto medidas especiales que permitan que el agua pase sobre el terraplén durante la construcción. Este tipo de derivación solamente ” debe usa rse cuando

se disponga de personal experimentado en este trabajo.

b). Presas de enrocamiento En las presas de enrocamiento se utilizan rocas de todos los tamaños para dar estabilidad a una membrana impermeable. La membrana puede ser una capa de material impermeable del lado del talud mojado, una loza de concreto, un recubrimiento de concreto asfáltico, placas de acero o cualquier otro dispositivo semejante; o puede ser un núcleo interior delgado de tierra impermeable.

9


Como los terraplenes de tierra, los de roca están sujetos a daños y destrucción si los rebasa el agua y, por lo tanto, deben de tener un vertedor de demasías de la capacidad adecuada para evitar que esto suceda. Una excepción la constituyen las presas derivadoras extremadamente bajas en las que el enrocamiento está especialmente proyectado para soportan los derrames.

c). PRESAS DE CONCRETO DE TIPO GRAVEDAD. Las presas de gravedad, o de concreto se adaptan a los lugares en los que se dispone de una cimentación de roca razonablemente sana, aunque las estructuras bajas se pueden establecer sobre cimentaciones aluviales si se construyen los datos adecuados. Se adaptan bien para usarse como cresta vertedora y, debido a esta ventaja, a menudo se usan formando una parte vertedora de las presas de tierra y enrocamiento o de una presa derivadora. AI empezar el siglo XX, algunas de las presas de gravedad se construyeron de piedra. Sin embargo, la cantidad de mano de obra requerida en esta operación ha sido causa del uso exclusivo que se hace del concreto en la construcción de las presas modernas de gravedad.

3.0 CIMENTACION DE LAS PRESAS.

La cimentación debe proporcionar un apoyo estable para el terraplén en todas sus condiciones de carga y saturación. Debe tener resistencia a la filtración para evitar daños por erosión y pérdidas de agua. · El área de la fundación de la presa se debe limpiar totalmente removiendo todos los árboles, malezas,

raíces,

piedras,

tierra

vegetal,

basuras, materiales

permeables, etc., hasta llegar a una capa de suelo resistente y adecuada. La superficie obtenida para la fundación deberá ser escarificada antes de comenzar a construir el terraplén. · El área de fundación correspondiente a cauces de arroyos deberá ser limpiada, profundizada y ampliada hasta remover todas las piedras, grava, arena, y

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cualquier material indeseable. La limpieza de los cauces se efectúa profundizando de manera que los taludes de la excavación sean estables.

3.1 TIPOS DE CIMENTACION a). Cimentaciones en roca En general no presentan problemas de resistencia a la capacidad portante. El principal problema lo constituyen las filtraciones excesivas por fisuras y grietas.

b). Cimentaciones en limo-arcilla El problema estriba no tanto en las filtraciones como en la estabilidad del suelo de la cimentación.

c). Cimentaciones saturadas Es necesario estudiar el grado de consolidación del suelo previa identificación del mismo. El estudio es extensivo y puede resultar costoso. Algunas medidas constructivas son: reemplazar o quitar los suelos blandos, instalar sistemas de drenaje durante la construcción, suavizar los taludes del terraplén.

d). Cimentaciones relativamente secas Son suelos buenos desde que la relación de vacíos sea adecuada. Si el suelo es seco y de baja densidad pueden surgir asentamientos considerables cuando se cargue la presa y se sature el suelo, causando la falla bien sea por asentamientos

totales y disminución del borde

libre de

la presa, o por

asentamientos parciales que pueden partir el núcleo impermeable. Medidas constructivas a tomar son: reemplazo del suelo; delantales impermeables aguas arriba; filtro permeable aguas abajo; humedecimiento previo del suelo.

e). Cimentaciones en arena y grava Frecuentemente la cimentación de presas flexibles consiste en depósitos aluviales de arena y grava relativamente permeables. Se presentan los siguientes problemas básicos: magnitud de las filtraciones subterráneas, presiones producidas

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por las filtraciones; tubificaciones; y licuefacción. Arenas sin cohesión de baja densidad son peligrosas como fundación.

3.2. MEDIDAS PARA MEJORAR LA CIMENTACION DE PRESAS. Los problemas de filtración se presentan generalmente aguas abajo debido a que la fuerza de presión del agua (subpresión) en un punto dado de la cimentación iguala a la presión ejercida por el peso combinado del suelo y agua por encima de él. Para contrarrestar filtraciones, se puede usar alguno de los sistemas siguientes o combinación de ellos.

a) Dentellones de tierra Del mismo material del núcleo impermeable de la presa. Siempre que sea posible, las filtraciones de una cimentación permeable se deben cortar con un dentellón que llegue el estrato impermeable. La anchura mínima del fondo (e) varía entre 0.6 m (USBR) y 1.0 m (HIMAT, para presas pequeñas), y se puede calcular tentativamente así: e = H- d e = ancho del fondo del dentellón H = carga hidráulica arriba de la superficie del terreno. d = profundidad del dentellón por debajo de la superficie del terreno. Profundidad mínima del dentellón = 0.20H. El dentellón puede tener las paredes verticales o inclinadas disminuyendo hacia abajo, ya que las fuerzas de filtración han disminuido al hacer el agua su recorrido en sentido vertical. Es necesario controlar el agua mientras permanezca abierta la excavación para el dentellón.

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b) Dentellones parciales Experimentos hechos han demostrado que un dentellón que se profundice un 50% de la distancia en el estrato permeable reduce un 25% la f iltración, y si se profundiza un 80% las filtraciones se reducen en un 50%.

c) Dentellones con tablestacas de acero Se usan ocasionalmente en combinación con un dentellón en tierra.

Están

limitados a cimentaciones de limo, arena y grava fina pues problemas del hincado en gravas pueden esperarse al romperse o doblarse el dentellón, aparte que resultan costosos. Por las uniones se pueden presentar filtraciones por lo que su efectividad se reduce.

d) Dentellones de concreto in situ (diafragmas) Se construyen bombeando o inyectando lechadas de cemento que al mezclarse con el material de cimentación forman un elemento de arena y gravas unidas con cemento. Si el estrato impermeable está a cierta profundidad se puede combinar un dentellón en tierra y un diafragma.

e) Inyecciones Pueden ser de cemento, asfalto, arcilla y materias químicas (silicato de sodio y cloruro de calcio) que en el suelo precipitan y forman una gel sólida.

f) Colchones del lado aguas arriba Se usan generalmente cuando el manto impermeable está a una profundidad excesiva. El colchón se construye del mismo material impermeable de la presa. El espesor mínimo recomendado es 1.0 m. o 0.10H. El colchón se extiende hacia aguas arriba hasta que las pérdidas por filtración sean las consideradas para el proyecto y se debe unir con la zona impermeable de la presa.

g) Filtros y colchones horizontales de drenaje

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Su objetivo es mermar la presión del agua al permitir su descarga, y evitar la tubificación. El diseño es de tal forma que no ocurra movimiento de las partículas de la cimentación o del terraplén hacia el filtro. Se usan sobre cimentaciones permeables relativamente homogéneas cuando no hay dentellones efectivos. Se recomienda que la longitud del colchón sea 3H, evitando el efecto de la fuerzas de filtración tratando de levantar el talón aguas abajo.

1.-Boquilla

6.-Talud aguas arriba

11.-Filtro

2.-Cresta o corona

7.-Enbalse o vaso

12.- NAME

3.-Filtros/ Transiciones

8.-Borde libre

13.-Altura

de 4.-Nucleo impermeable 5.-Talud aguas abajo

9.-Trinchera 10.-Cimentacion

14

Cortina


h) Drenes al pie de la presa y zanjas de drenaje Generalmente se combinan con los colchones horizontales de drenaje y sirven para colectar las aguas y conducirlas a un tubo de descarga exterior. También pueden ser usados en cimentaciones impermeables para estar seguros de que cualquier agua que pueda filtrarse a través del t erraplén o la cimentación sea recogida.

i) Pozos de drenaje Se usan cuando hay estratos impermeables de cierto espesor sobre otros permeables. La cimentación no necesita tratamiento anti filtrante si el espesor del estrato impermeable es mayor que γwH. La separación mínima que se acostumbra entre pozos

es de 8.0 m. y el diámetro mínimo es de 6". Si las filtraciones son excesivas se puede hacer uso combinado de varios sistemas anti filtrante.

CUERPO El cuerpo de la presa puede ser homogéneo o heterogéneo formado de diferentes materiales. Da Estabilidad e impermeabilidad a la estructura. La Tabla N° 27 es una guía sencilla sobre la Calidad de los materiales que constituyen la fundación y el cuerpo de la presa.

15


ZONAS DE LA PRESA MIXTA Pueden ser tres o más: 

Núcleo impermeable



Filtros o material de transición



Espaldones de enrocado

Las características del material que formará la presa se deben determinar en el proyecto, y llevar la obra de tal manera que se consigan tales características con el fin de lograr el coeficiente de seguridad deseado. Valores usuales del coeficiente de permeabilidad K para cada zona son:

Núcleo impermeable El tamaño del núcleo depende del material y de la cimentación. Puede ser grueso o delgado según la pérdida de agua que se pueda admitir y según el material que lo constituye.

El ancho mínimo del núcleo en su parte superior debe ser entre 1.0 m. y 1.5 m. para facilitar la compactación. La anchura mínima del núcleo en la base puede ser H/2 si el núcleo es grueso. Un núcleo delgado puede proyectarse si el material que lo constituye es muy impermeable y la compactación es bien controlada. En este caso, el espesor en la base es del orden (1/3-1/7) H.

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Filtros La granulometría de las zonas adyacentes debe ser tal que los materiales de una zona no sean arrastrados a otras. Se necesita por tanto una zona de transición entre el núcleo impermeable y elespaldón de enrocado lo que se logra con el uso de filtros. Los filtros por tanto evitan la fuga de partículas del núcleo al cuerpo de la presa protegiéndolo del lavado y pérdida de materiales finos. El uso de geotextiles como material de filtro debe limitarse al caso en que la diferencia del tamaño de las partículas entre el núcleo y los espaldones no sea mucha, pues si hay por ejemplo piedras grandes y arcillas, esfuerzos de tensión pueden generarse y el geotextil se daña. Para presas pequeñas el núcleo impermeable de arcilla se puede reemplazar por asfalto.

Material permeable de los espaldones de enrocado El material permeable se coloca aguas abajo para permitir el abatimiento de la línea freática y mermar presiones intersticiales por el agua filtrada y se coloca aguas arriba para permitir la disipación de presiones al hacer desembalse rápido y para proteger los taludes de erosión por oleaje, etc.

TALUDES La pendiente de los taludes de presas pequeñas de material homogéneo depende de la altura total del terraplén, de las características de los materiales empleados, y del grado de compactación exigido para su construcción. Por regla general, al talud húmedo por estar sometido a la acción del agua se le asigna una pendiente más suave para evitar deslizamientos. Tablas N° 28 y 29.

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Taludes para presas pequeñas de tierra de sección compuesta en cimentaciones estables.

CORONA El ancho mínimo que se da a las presas pequeñas en su corona obedece a los siguientes factores: · Dar mayor volumen a la presa para mejorar su seguridad y estabilidad. · Establecer los servicios necesarios sobre la presa, utilizándola como vía de mantenimiento e inspección. · Facilitar la construcción con los equipos disponibles.

El HIMAT (1984) dice: · Ancho mínimo cuando no se usa como vía = 3.0 m ·Ancho mínimo cuando se usa como vía = 3.60 m. El ancho mínimo usado en Italia es de 2.5 m. Una recomendación práctica es tomar el ancho de la corona iguala ¼ de la altura.

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El drenaje superficial de la corona se logra dando un bombeo así: · Pendiente transversal cuando el talud seco está revestido: 2% hacia ambos lados a partir del centro. Pendiente transversal cuando el talud seco no está revestido: 2% hacia el lado aguas arriba. · La protección para evitar erosión cuando no se usa como vía consiste en 0.10 m. de afirmado o grava.

BORDE LIBRE O RESGUARDO El borde libre protege a la presa para evitar que el agua pase por encima de ella. Tiene las siguientes funciones: · Contrarrestar asentamientos por encima de los previstos. · Seguridad en caso de avenidas más grandes que las previstas. · Evitar sobrepaso por olas o fallas por mal funcionamiento de vertedero de

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demasías.


3. FILTRACIÓN A TRAVÉS DE LA PRESA

Para garantizar la seguridad y la economía en una estructura del tipo de presa flexible, es indispensable conocer la influencia del chorro de filtración sobre la presa, la posición de la curva de filtración, el punto de salida del chorro de filtración, la altura de la elevación por capilaridad del agua, la composición química de los suelos y del agua que se filtra. Para la solución de los problemas de filtración en las presas de suelos existen métodos hidromecánicos, hidráulicos y experimentales que han sido obtenidos para el caso de propiedades isotrópicas, pero para casos en que esta propiedad no se presente, habrá que introducir correctivos en las soluciones obtenidas. Para el cálculo de la filtración se pueden aplicar varios métodos. Unos métodos son más aproximados que otros, pero en general puede decirse: Toda red de filtración se construye en la hipótesis de que el suelo de un estrato dado por donde se filtra el agua es uniforme en su permeabilidad. En realidad, en los estratos de suelos naturales, la permeabilidad varía de punto a punto, especialmente a lo largo de líneas normales a los límites del estrato. Por ello, la diferencia entre una red de filtración crudamente esquematizada y otra exacta es comúnmente pequeña, comparada con la diferencia entre la fluencia del agua en el suelo real y la que indica la red de filtración exacta.

La

universalidad de esta circunstancia hace que los refinamientos en la construcción de redes de filtración, como los estudios detallados sobre modelos físicos o matemáticos no se justifiquen desde el punto de vista práctico para proyectos de presas pequeñas.

5. ESTABILIDAD DE LA PRESA

La estabilidad de los taludes de una presa se determina por su capacidad para resistir esfuerzos cortantes ya que la falla se produce por deslizamiento a lo largo de una superficie de corte. El análisis de estabilidad de la presa consiste en determinar la estabilidad de sus taludes aguas arriba y aguas abajo. Se hace por unidad de longitud de talud. Este es un proceso de tanteos en que se suponen diferentes condiciones de carga a que puede estar sometida la presa. Las fuerzas que producen el movimiento de la masa que constituye el talud son: fuerzas de gravedad, fuerzas sísmicas, acción del oleaje, del hielo y sobrecargas. Las 20


fuerzas que se oponen al movimiento son las debidas a los parámetros de resistencia del suelo que constituye el terraplén: cohesión y fricción interna del material. Los terraplenes hechos de materiales granulares son más estables ya que tienen mayor resistencia a la fricción y por ser más permeables permiten la rápida disipación de las presiones intersticiales. Por esto, presas homogéneas de materiales más o menos impermeables llevan taludes más tendidos que las presas mixtas o las de enrocado. El talud de aguas arriba por estar sometido a la permanente acción del agua es más tendido que el de aguas abajo. La situación más crítica para el talud aguas arriba es el rápido desembalse que sigue a un largo periodo de niveles altos en el embalse, y para el talud aguas abajo es la máxima saturación del terraplén cuando el embalse está lleno.

MÉTODOS PARA ANALIZAR LA ESTABILIDAD DE UN TALUD a) Método sueco b) Método de Fellenius c) Método de Bishop Modificado Además, de los anteriores que son bastante usados mundialmente, existen otros más rigurosos (Sarma, Morgenstern y Price, Spencer) e incluso otros más rápidos que sirven como guía para estimar la posición del centro del círculo crítico, determinar el tipo probable de falla y encontrar el ángulo del talud adecuado a los requerimientos de seguridad (Duncam y Buchigmani).

a) Método sueco Uno muy sencillo es el método sueco o el del círculo de falla por deslizamiento, que puede afectar a parte del talud, a todo el talud o a éste y parte de la cimentación. Este es un método de tanteos en el cual: 1) Se fija un centro del círculo de falla y su radio, de forma que desde el centro se traza un círculo que divide en dos el terraplén. 2) Se determinan las fuerzas actuantes y resistentes. 3) Se calculan los momentos. 4) Se determina el factor de seguridad del círculo supuesto. 21


5) Se suponen otros círculos de falla y encontrar el factor de seguridad del talud. El método sueco se puede aplicar a cualquier pendiente y combinación de fuerzas para suelos netamente cohesivos o sea cuando la resistencia al esfuerzo cortante del suelo sea independiente de los esfuerzos normales al plano de falla (τ = C). El factor de seguridad por

este método está entre 10% y 15% más bajo que otros métodos más exactos.

b) Método de Fellenius Es un método en que la superficie de falla se divide en n dovelas o tajadas para analizar el sistema de fuerzas. Este método al igual que el de Bishop permite considerar materiales heterogéneos y analizar otras superficies de falla. También, es conveniente utilizar este método cuando la resistencia al esfuerzo cortante del suelo es función de los esfuerzos normales o sea:

Se proponen los siguientes pasos generales para determinar la estabilidad de un talud: 1. Suponer una superficie de falla circular, la cual puede ser por el pie del talud, la base del talud, o el talud mismo. Esta superficie de falla determina una superficie de deslizamiento y una masa deslizante. 2. Dividir la zona de falla en dovelas de espesor constante o variable. 3. Calcular las fuerzas motoras y las fuerzas que se oponen al deslizamiento o fuerzas resistentes para cada dovela. 4. Calcular los momentos motores y los resistentes que actúan a lo largo de la superficie de falla. 5. Calcular el factor de seguridad para la superficie de falla asumida. 6. Asumir otras superficies de falla y recalcular el factor de seguridad hasta encontrar el mínimo. El factor de seguridad al deslizamiento se obtiene así.

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Las fuerzas a considerar incluyen los efectos de sismos, hielo, olas, embalse lleno o vacío. Un factor de seguridad de 1.5 se considera suficiente para presas.

6. CRITERIOS DE DISEÑO

Las fallas graves o catastróficas en presas de materiales locales según el orden de ocurrencia son: 1.- rebase de la cortina. 2.- sifonamiento mecánico. 3.- agrietamiento transversal. 4.- deslizamiento del talud aguas abajo. 5.- sismos. 6.- licuación. 7.- perdidas por filtración.

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CONCLUSIONES 

La calidad de la información es vital para realizar los cálculos en el diseño de la presa de tierra, ya que de no ser así se realizará un diseño de presa que no se ajuste a las necesidades y alcance los fines para los que fue destinada su construcción.

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El uso e software facilita los cálculos a realizar para el diseño, pero se debe tener especial cuidado en la interpretación de los resultados y el criterio adecuado para discernir si los resultados ofrecidos son correctos.



Con base en la información recolectada y procesada de las diferentes fuentes se logró analizar y describir de una manera adecuada las principales características de los acueductos.

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El trabajo realizado es un aporte importante para el desarrollo adecuado de presas de tierra.



Se especificaron los parámetros necesarios para llevar acabo el diseño hidráulico de una presa de tierra a nivel básico.

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RECOMENDACIONES 

El Criterio para elegir en material no es siempre preciso en todos los casos, las presas de tierra son económicos pero están expuesto a muchos problemas y son muy propensos a f allar.

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Durante el diseño y construcción de la presa de tierra, los ingenieros deben tener en cuanta las siguientes cuestiones: 1. ¿Qué dimensiones debería tener la presa para obtener la estructura más económica y segura?

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Se recomienda repetir este trabajo incluyendo el análisis estructural, e momento último, recubrimiento , longitud de empalmes, acero de refuerzo , acero mínimo.

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Los tamaños relativos de cada zona en una presa de tierra y los materiales de las mismas dependen de los materiales disponibles en el lugar. En función a ello es donde se debe tener un buen criterio para seleccionar el tipo de material con el que se trabajara.

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BIBLIOGRAFIA LIBROS 

Marsal, R. Resendiz, D. Presas de Tierra y Enrocamiento. México, México. Ed. Limusa, 1ª. Reimpresión (1979).

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RUBIO, H. A. (2008). Apuntes de hidráulica. Chimbote, Perú.

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VILLON, M. (MARZO de 2005). Diseño de estructuras hidráulica. lima: Villón.

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CORCHO, R. F. DUQUE S.J (2005), Acueductos teoría y diseño. Medellín Colombia

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https://aula.tareasplus.com/Luis-Sanchez984/Diseno-Basico-de-Presas

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http://www.ana.gob.pe/media/389716/manual-dise%C3%B1os-1.pdf

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ANEXOS

Imagen 01.Niveles Característicos en una Presa de Tierra

Imagen 02.Distribución de Sedimentos en Función del tiempo.

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Imagen 03.Estimacion del Borde Libre.

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Informe Presas de Tierra (1)

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