Universidad de los Andes Facultad de Ingeniería Escuela de Ing. Geológica Geotecnia
PRESAS
Integrantes: Hoyo Adrián C.I.:16.806.263 López Leryana C.I.: 18.471 Romero Marivy C.I.: 18.349.850
Mérida, Agosto de 2010
Introducción:
Son Construcciones realizadas en la cuenca de los ríos con múltiples finalidades, entre las que destacan: abastecimiento de agua a poblaciones, regulación general de la corriente de agua o río, aprovechamiento industrial de su energía, hacer navegables ciertos canales o tramos de río y defender de los daños producidos por las riadas e inundaciones, entre otros. Semejantes o parecidos son los diques de protección construidos en terrenos desecados o amenazados por las aguas marinas, frecuentes sobre todo en Holanda. No obstante, siempre que se construye una presa, aunque sea para otra finalidad principal, se aprovecha para producción de energía. La presa de mayores dimensiones hasta ahora conocida es la de la Tres Gargantas (China); su construcción comenzó en 1994 para regular las desastrosas y devastadoras inundaciones producidas por el Yangtzé o río Azul casi todos los años y aún está sin terminar como consecuencia de las grandes críticas recibidas y de los problemas de financiación existentes. Presas:
En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo con la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética, y ésta nuevamente en mecánica al accionar la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas. Partes que conforman la presa: Corona: Parte superior de la estructura, generalmente revestida para prevenir el secado
del corazón impermeable y proporcionar una vía para el tránsito de vehículos. Altura: Diferencia entre las elevaciones de la corona y el punto más bajo de La
cimentación. Bordo libre: Distancia vertical entre el nivel de la corona y el de las aguas máximo
extraordinarias (NAME); este último se alcanza cuando el vertedor trabaja a su capacidad límite de descarga. El bordo libre debe de proteger a una presa, con cierto margen de seguridad, de los efectos del oleaje generado por el viento o sismos y tomar en cuenta el asentamiento máximo de la corona.
Namo: Nivel de aguas máximas ordinarias. Coincide con la elevación de la cresta del
vertedor en el caso de una estructura que derrama libremente; si se tienen compuertas, es el nivel superior de estas. Taludes exteriores: Están relacionados a la clasificación de suelos que se va a usar en la
construcción, especialmente suelos impermeables. El talud elegido es estrictamente conservador, y dependen del tipo de cortina y de la naturaleza de los materiales. Núcleo impermeable: Pantalla impermeable de la cortina construida consuelo
compactado este núcleo puede estar al centro y ser vertical o inclinado, o bien, localizado próximo al paramento de aguas arriba. Dichas alternativas van a depender de los materiales del lugar. Respaldos: Partes de la cortina construidas con materiales permeables (enroca miento,
gravas o arenas), o bien, suelos limosos o arcillosos colocados aguas abajo pero confinados por filtros. Filtros: Elementos de la sección formados con arena limpia, bien graduada, destinados a
colectar las filtraciones a través del núcleo y protegerlo de una posible erosión interna; puede requerirse un filtro vertical al centro, unido a otro en la base, aguas abajo: cuando el respaldo de aguas arriba debe de construirse con un material de permeabilidad relativamente baja, suelen intercalarse capas filtrantes horizontales. Protecciones: Para evitar la erosión causada por oleaje por el talud de aguas arriba o por
lluvias en el de aguas abajo, los paramentos respectivos se forman con materiales capaces de resistir dicha acción. Aguas arriba es conveniente usar una capa de enroca miento, pero la carencia de las rocas en el lugar puede obligar el uso de losas de suelo cemento, concreto o de recubrimientos asfálticos. Aguas abajo es frecuente cubrir con una capa de suelo y césped.
Tipos de presas:
Los diferentes tipos de presas responden a las diversas posibilidades de cumplir la doble exigencia de resistir el empuje del agua y evacuarla cuando sea preciso. En cada caso, las características del terreno y los usos que se le quiera dar al agua, condicionan la elección del tipo de presa más adecuado. Existen numerosos tipos, comenzando con que puede hablarse de presas fijas o móviles, pero primero debemos clasificarlas en dos grandes grupos según su estructura y según los materiales empleados en su construcción. Aunque existen cuatro tipos fundamentales de presas: De
gravedad (de hormigón rodillado o convencional)
De
contrafuertes
De
arco bóveda
De
escollera (de tierra o de roca), y también llamadas de materiales sueltos (estas son
‐
todas de gravedad). Presa
hinchable
Pudiendo tener un núcleo, de diferentes formas, o incluso una pantalla asfáltica para sellar, o una parte de arcilla. Existen también presas hinchables, basculantes y pivotantes pero son de mucha menor entidad o han caído en desuso, por lo que no se consideran aquí. Según su estructura:
Presas de gravedad: son todas aquellas en las que su propio peso es el encargado de
resistir el empuje del agua. El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que éste debe ser muy estable capaz de resistir, el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren. Presa Altus
Dentro de las presas de gravedad se puede tener:
Escollera Tierra homogénea, tierra zonificada, CFRD (grava con losa de hormigón), ‐
de roca.
De hormigón tipo RCC (hormigón rodillado) y hormigón convencional.
Su estructura recuerda a la de un triángulo isósceles ya que su base es ancha y se va
‐
estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado que da al embalse es casi de posición vertical. La razón por la que existe una diferencia notable en el grosor del muro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que la presión en el fondo del embalse es mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendrá que soportar más fuerza en el lecho del cauce que en la superficie.
La inclinación sobre la cara aguas arriba hace que el peso del agua sobre la presa incremente su estabilidad.
Presas de bóveda o presas en arco: son todas aquellas en las que su propia forma es
la encargada de resistir el empuje del agua. Debido a que la presión se transfiere en forma muy concentrada hacia las laderas de la cerrada, se requiere que ésta sea de roca muy dura y resistente. Constituyen las represas más innovadoras en cuanto al diseño y que menor cantidad de hormigón se
necesita para su construcción.
Presa El Atazar
Cuando la presa tiene curvatura en el plano vertical y en el plano horizontal, también se denomina de bóveda. Para lograr sus complejas formas se construyen con hormigón y requieren gran habilidad y experiencia de sus constructores que deben recurrir a Según su material:
Presas
de hormigón: son las más utilizadas en los países desarrollados ya que con éste
material se pueden elaborar construcciones más estables y duraderas; debido a que su cálculo es del todo fiable frente a las producidas en otros materiales. Normalmente, todas las presas de tipo gravedad, arco y contrafuerte están hechas de este material. Algunas presas pequeñas y las más antiguas son de ladrillo, de sillería y de mampostería. En España, el 67% de las presas son de gravedad y están hechas con hormigón ya sea con o sin armaduras de acero. La presa de las Tres Gargantas situada en el curso del río Yangzi en China es la planta hidroeléctrica y de control de inundaciones más grande del mundo. Se terminó en el año
2009. Una docena de ciudades y miles de pueblos fueron engullidos por las aguas, obligando a desplazarse a más de un millón y medio de personas. Presa De Las Tres Gargantas Presas
de materiales sueltos: son las más utilizadas en los países subdesarrollados ya que
son menos costosas y suponen el 77% de las que podemos encontrar en todo el planeta. Son aquellas que consisten en un relleno de tierras, que aportan la resistencia necesaria para contrarrestar el empuje de las aguas. Los materiales más utilizados en su construcción son piedras, gravas, arenas, limos y arcillas aunque dentro de todos estos los que más destacan son las piedras y las gravas. En España sólo suponen el 13% del total. Este tipo de presas tienen componentes muy permeables, por lo que es necesario añadirles un elemento impermeabilizante. Además, estas estructuras resisten siempre por gravedad, pues la débil cohesión de sus materiales no les permite transmitir los empujes del agua al terreno. Este elemento puede ser arcilla (en cuyo caso siempre se
ubica en el corazón del relleno) o bien una pantalla de hormigón, la cual se puede construir también en el centro del relleno o bien aguas arriba. Estas presas tienen el inconveniente de que si son rebasadas por las aguas en una crecida, corren el peligro de desmoronarse y arruinarse. En España es bien recordado el accidente de la Presa de Tous conocido popularmente como la "Pantanada de Tous". Presas Alcova Presas
de Enrocamiento con Cara de Hormigón (o Concreto): Este tipo de cortinas en
ocasiones es clasificada entre las de materiales sueltos; por su forma de ejecución y su trabajo estructural son diferentes. El elemento de retención del agua es una cortina formada con fragmentos de roca de varios tamaños, que soportan en el lado del embalse una cara de hormigón la cual es el elemento impermeable. La pantalla o cara está apoyada en el contacto con la cimentación por un elemento de transición llamado plinto, que soporta a las losas de hormigón. Este tipo de estructura fue muy utilizado entre 1940 a 1950 en cortinas de alturas intermedias y cayó en desuso hasta finales del siglo XX en que fue retomado por los diseñadores y constructores al disponer de mejores métodos de realización y equipos de construcción eficientes.
Presa de Enrocado, Embalse del Guavio, Colombia. Según su aplicación:
Presas filtrantes o diques de retención: son aquellas que tienen la función de
retener sólidos, desde material fino, hasta rocas de gran tamaño, transportadas por torrentes en áreas montañosas, permitiendo sin embargo el paso del agua.
Presa filtrante de hormigón en un torrente de los Alpes
Presas de control de avenidas: son aquellas cuya finalidad es la de laminar el
caudal de las avenidas torrenciales, con el fin de que no se cause daño a los terrenos situados aguas abajo de la presa en casos de fuerte tormenta.
Presas de derivación: El objetivo principal de estas es elevar la cota del agua
para hacer factible su derivación, controlando la sedimentación del cauce de forma que no se obstruyan las bocatomas de derivación. Este tipo de presas son, en general, de poca altura ya que el almacenamiento del agua es un objetivo secundario.
Presa De Derivación En El Río Mosa.
En la foto, la bocatoma está en la margen derecha del río. La estructura que atraviesa el río sirve para crear un pequeño represamiento para garantizar el funcionamiento de la bocatoma.
Presas de Almacenamiento: El objetivo principal de éstas es retener el agua
para su uso regulado en irrigación, generación eléctrica, abastecimiento a poblaciones, recreación o navegación, formando grandes vasos o lagunas artificiales. El mayor porcentaje de presas del mundo, las de mayor capacidad de embalse y mayor altura de cortina corresponden a este objetivo.
Presa Alvaro Obregon
Presas de Relaves o Jales (México): Son estructuras de retención de sólidos
sueltos y líquidos de desecho, producto de la explotación minera, los cuales son almacenados en vasos para su decantación. Por lo común son de menores dimensiones que las presas que retienen agua, pero en algunos casos corresponden a estructuras que contienen enormes volúmenes de estos materiales. Al igual que las presas hidráulicas tienen cortina (normalmente del mismo tipo de material), vertedero, y en vez de tener una obra de toma o bocatoma poseen un sistema para extraer los líquidos. Como Afecta Un Sismo A Una Presa:
Cuando se construye una presa, se genera un embalse hacia aguas arriba, con lo cual las condiciones del sitio varían considerablemente, las laderas del embalse y la presa misma se saturan, de manera que cuando se produce un sismo, se generan vibraciones y fuerzas que actúan en forma diferente a la que presentaba en sus condiciones naturales. Los tipos de falla que pueden presentarse en una presa cuando se produce un sismo son los siguientes:
a)
Deslizamientos y distorsiones por esfuerzos de corte en el terraplén o en la fundación. Al producirse un sismo, se generan vibraciones, que originan el desarrollo de fuerzas
verticales y horizontales, con lo cual los esfuerzos de corte, tanto en la fundación como en el terraplén, se incrementan, lo cual puede producir deslizamientos y fallas como las que se ilustran el la figura N° 4. b)
Tubificación (erosión interna) a través de grietas en el terraplén, originada por movimientos diferenciales.
Los movimientos diferenciales ocasionados por asentamientos y desplazamientos del terraplén, originan grietas a través de las cuales comienza a circular el agua, la cual arrastra material hacia el exterior y va ensanchando la grieta hasta producir un conducto que facilita la erosión interna del material, que migra hacia el exterior, hasta producir el colapso de la presa. Ver figura N° 5. d) Pérdida de borde libre, debido al asentamiento del terreplén o de la fundación. Los asentamientos del terraplén o de la fundación, hacen que la cresta de la presa descienda, con lo cual el borde libre (diferencia entre el nivel de aguas máximas y la cresta de la presa) se reduce, facilitando el paso del agua sobre la cresta, con la consiguiente erosión y colapso posterior del terraplén. Esta pérdida de borde libre puede ser también ocasionada, por movimientos relativos entre el vaso y la presa, debido al desplazamiento de fallas geológicas. Estos movimientos diferenciales, pueden también ocasionar el paso de agua, entre el terraplén y su contacto con el estribo, con la consiguiente erosión interna. Ver figura N° 6.
e) Rotura de la
presa
por movimientos de geológica en la fundación.
una falla
Un movimiento sísmico, puede provocar el desplazamiento, tanto en sentido vertical, como en sentido horizontal, de alguna falla existente en el lecho de del río, lo cual provocará su rotura del terraplén de la presa y ocasionar su colapso. Ver figura N° 7.
f) Deslizamientos en el vaso de almacenamiento. Los materiales que conforman el vaso de almacenamiento, se saturan, con lo cual disminuyen su estabilidad al producirse un sismo, las laderas pueden deslizarse súbitamente y caer en el embalse, provocando el desplazamiento del agua y por lo tanto, sobrepasar la cresta de la presa. Ver figura N° 8 Desbordamiento
por
oscilaciones
de
período
largo
en
el
embalse
(ola)
La sacudida sísmica, hace que el agua dentro del embalse, oscile hacia aguas arriba y aguas abajo respectivamente, pudiendo provocar el desbordamiento del embalse sobre la cresta de la presa. Ver figura N° 9.
Fallas en las estructuras complementarias.
Las estructuras complementarias tales como el aliviadero, torre toma y conductos subterráneos, pueden sufrir daños de consideración debido a la ocurrencia de un sismo.(Ref. 3).
Construcción de Presa de Terraplén. Limpieza: Desarrollo de la cantera y caminos de acceso. El lugar de la cantera debería ser
determinado principalmente sobre la base de roca de calidad, por ejemplo la roca fragmentada debe ser sana, con fuerza y limpia. Si la ubicación no posee roca de calidad, entonces es deseable separar la cantera y los caminos de acceso de otros trabajos como la entrada, el vertedero o la construcción de la central eléctrica. Se le debe dar atención a factores ambientales como el ruido, la vibración de explosivos y polvo. En el diseño de la carga de explosivos, la forma de montón debe ser considerada. Los caminos de acceso deben ser construidos para satisfacer la velocidad requerida de construcción, y esto implica el tamaño de las unidades de transporte. Los caminos deberían ser al menos de 13 mts. de ancho, para tráfico de doble via, por preferencia, de modo que el tráfico debería ser organizado para un trabajo grande. Los gradientes deben ser como dar el coste mínimo para los vehículos involucrados. La disposición general de caminos de accesoy rampas enormemente puede ser facilitada con modelos a escala.
Escogencia y compactación de los materiales:
Finos
‐
Los terraplenes de prueba deberían ser construidos para determinar relaciones
entre el contenido de humedad, el grosor de capa, el tipo de rodillo, el número de pasadas de rodillo y la densidad resultante y la permeabilidad del relleno. El agua adicional durante la consolidación por lo general mejora la impermeabilidad de suelos residuales por un factor de al menos diez comparado con la consolidación sobre el lado seco de contenido de humedad óptimo.
Arcillas plásticas Un poco más mojado que el contenido de humedad óptimo, pueden ser ‐
comprimidas por rodillos de neumáticos, que tienen agua para el lastre. Una desventaja del rodillo de neumáticos es aquella capa y planos de corte tienden a formarse en algunos materiales. Ya que los materiales finos son por lo general sensibles a la humedad el técnico debe ser sumamente meteorológico consciente. Si esperan fuerte lluvia deberían hacer rodar la superficie del material fino y liso con el gradiente suficiente para deshacerse el agua del área de trabajo.
Filtro o Material de Transición El grosor del filtro y zonas de transición dependerán de la ‐
presión del agua para ser sostenida y los materiales económicamente disponibles. Para una presa grande el filtro fino es a menudo de roca aplastada, que es cara. Su ancho normalmente sería el más estrecha que puede ser colocado y comprimido. El ajuste de las fronteras de la zona es importante, sobre todo para presas curvas con un filtro delgado. El número de pasadas debería ser determinado tal que la futura ubicación del centro y la zona de filtro corresponderá lo más aproximadamente posible.
Consolidación de Roca
‐
El rodillo vibratorio de acero normalmente es usado para la
consolidación de roca. Sobre las caras inclinadas, un rodillo de 1.5 toneladas es el más útil. El grosor de la capa de relleno de roca y el tamaño máximo aceptable para rocas debería ser considerado como factores pertinentes al diseño de la presa.
Agua para ayudar la consolidación del relleno de roca La roca mojada compactará mejor ‐
bajo rodamiento que la roca seca. En primer lugar, la fricción es menos entre las rocas y en segundo lugar muchas rocas pierden la fuerza cuando mojadas de modo que el aplastamiento ocurra en los puntos de contacto durante la tercera o cuarta pasada de los rodillos.
Provisión para Instrumentos
‐
Esto presentará inconvenientes a la construcción y el
fracaso de los equipos de trabajo representará una pérdida financiera para el costo de su compra e instalación, y poco se puede hacer sobre ello después de que la presa está construida. La información vital sobre el comportamiento de la presa será perdida si no es tomado el cuidado en la instalación.
Presas de Tierra
‐
Las variables más importantes que afectan la construcción de
terraplenes de relleno de tierra son la distribución de suelos, método de colocación, contenido de agua, y la consolidación. Los suelos pueden ser clasificados por propiedades de ingeniería en varios grupos. Estos grupos se caen en dos divisiones principales, los granos de curso y los granos finos. Los granos de curso son aquellos más grandes que los que pasan por un tamiz número 200 e incluye gravas y arena. Granos finos son más pequeños que un tamiz número 200 e sedimentos y arcillas. El material de grano de curso es usado para las zonas externas de un terraplén, y el material de grano fino es usado para la parte impermeable principal o central de la presa. Una prueba de análisis de tamiz determinará el por ciento de material que pasa un tamaño de tamiz dado. El material de suelo debe ser colocado en capas horizontales no más de 15 cm. de espesor después de ser compactado. El suelo debería ser homogéneo y libre de material orgánico u otras imperfecciones. Antes de la colocación, el material debería tener el contenido de humedad óptimo
requerido para el objetivo de compactación. El contenido de humedad óptimo, o el contenido de agua que produce la densidad máxima, pueden ser obtenidos por una prueba de Proctor de laboratorio. La consolidación buena de un suelo cohesivo reduce la permeabilidad y aumenta la fuerza cortante y la estabilidad de la presa. El equipo de consolidación incluye rodillos de pata de oveja, rodillos neumáticos, y pisones de mano. La densidad seca del suelo no debería ser menos del 95 por ciento de la prueba Proctor estándar Presas más representativas de Venezuela:
Presa Raúl Leoni, Gurí
Complejo Hidroeléctrico Uribante Caparo, Edos. Táchira y Barinas, 1983. Presa Borde Seco
Complejo Hidroeléctrico Uribante Caparo, Edos. Táchira y Barinas, 1983. Presa La
‐
‐
Vueltosa
Edo Bolívar 1988. Presa Macagua
Minera Loma de Níquel, Edos. Miranda y Aragua, 1997. Presa Santa Elena.
Minera Loma de Níquel, Edos. Miranda y Aragua, 1997. Presa Enfriamiento.
Edo Bolívar 1988. Presa Macagua
Embalse Sta. Clara Edo. Anzoategui
Embalse Camatagua. Edo. Aragua.
Embalse El Palmar. Edo. Bolívar.
Embalse Pao Cachinche. Edo Carabobo.
Embalse Mapara. Edo Falcon.
Embalse El Jabillal. Edo Guarico.
Embalse Taguaza. (Ing. Pedro Pablo Azpurua). Edo Miranda
‐
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. 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 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 mas 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. La resistencia al esfuerzo cortante se obtiene por la ecuación de Coulomb: En presiones efectivas:
•
t = C ´+stagf´
•
t = esfuerzo cortante
•
C = cohesión
•
s = esfuerzo efectivo total normal a la superficie potencial de deslizamiento
•
f = ángulo de fricción interna
•
s = esfuerzo total normal a la superficie potencial de deslizamiento
•
m = presión del agua en los poros, determinada por medio de piezómetros, red de flujo, teorías de consolidación. Las anteriores ecuaciones indican que la resistencia al esfuerzo cortante se reduce por la
presencia del agua. En un principio las cargas son absorbidas por el agua pero si se da tiempo a que el material consolide, la presión de poro se disipa y empieza a actuar el suelo. El análisis de estabilidad se puede hacer considerando esfuerzos efectivos o totales. El análisis de las presiones efectivas se usa para chequear el comportamiento a largo plazo de la presa dando lugar a que el exceso depresión de poros se disipe. Se tienen en cuenta f´ y C ´.
Asentamiento de la presa:
El asentamiento de la presa es del mayor interés para su estabilidad. El mayor asentamiento se produce durante la construcción de la presa y durante los primeros meses de su operación. Los asentamientos ocurren en la presa y la fundación por diferentes causas tales como compactación inadecuada de la presa y la fundación, preparación incorrecta de la fundación, empleo de materiales de mala calidad. Los asentamientos pueden llevar a la falla de una presa al causar el rompimiento de la membrana impermeable, del núcleo o de los filtros. Otra causa de fallas es el aplastamiento de materiales por las cargas actuantes encima de ellos. El asentamiento se produce en dos etapas:
1.
El principal, que ocurre durante la construcción, lo que no afecta la membrana impermeable a menos que se construya al mismo tiempo que el cuerpo de la presa.
2.
El secundario, que ocurre al llenarse el vaso y se produce la transmisión de las fuerzas del agua al enrocamiento.
Cuanto mayor sea el tamaño de los bloques, es menor el número de puntos sujetos a aplastamiento. Presas de escollera hechas de granito o caliza no asientan más del 2%, aunque se puede llegar al 5%. El valor del asentamiento vertical durante el período de explotación de una presa de arcilla usualmente no es mayor del 1.0% de la altura pero puede llegar al 3% o más. Como recomendación general en presas pequeñas se puede proporcionar la siguiente altura adicional por asentamientos: Fundación y terraplén % de altura total
•
Materiales no compresibles 2%
•
Materiales compresibles 5%
Fallas más comunes en la construcción de presas flexibles Causa Porcentaje de fallas
Porcentaje de fallas
Hidrología e hidráulica
45
Diseño y construcción
30
Geología y mecánica de suelos
8
Operación y mantenimiento
6
Ambientales Otras
5 Falla
Problemas
Asentamientos debido a la compresibilidad
Hidráulica
∙
(20% corresponden a presas altas y 50% a
del terreno de fundación.
presas bajas)
∙
Paso del agua por encima de la cresta de la
presa debido a asentamientos o a la poca capacidad del vertedero. ∙
Acción de las olas sobre el paramento aguas
arriba. ∙
Fallas del filtro.
∙
Erosión al pie de la presa si la descarga de
agua del vertedero y la salida de fondo queda muy próxima a la estructura. ∙
Erosión de los taludes debido a la lluvia.
Filtración
∙
Pérdida de agua debido a la erosión, o a
(50% corresponden a presas altas y 30% a
terraplenes permeables desde el principio.
presas bajas)
∙
Raíces formando parte del terraplén.
∙
Filtraciones a lo largo de conductos que
cruzan el terraplén. ∙
Fallas por expansión y contracción de suelos
plásticos. ∙
Animales que excavan el terraplén.
Estructural
∙
Deslizamientos de la fundación.
(33% corresponden a presas altas y 20% a
∙
Alta velocidad de construcción.
∙
Deslizamiento de los taludes debido a
presas bajas)
materiales inadecuados de construcción, desembalses rápidos, cambios en la posición de las líneas de flujo, factores atmosféricos. ∙
Angulo de fricción interna del suelo menor del
esperado. ∙
Desembalse rápido.
∙
Taponamiento del filtro.
Materiales para la construcción de una presa de tierra
El criterio empleado para escoger una tipología de materiales sueltos frente a una de hormigón radica, bien en la escasa calidad del cimiento natural del terreno (baja capacidad portante) o bien en el hecho de que resulte más rentable proceder a la recogida y tratamiento (machaqueo y clasificación) del material local para configurar la presa, que fabricar el hormigón con similares intenciones. En cualquier caso, deberá someterse el caso particular a un profundo análisis que comprenda tanto la caracterización de las propiedades geológicas y geotécnicas del entorno, como otros factores entre los que destacan: calidad de los materiales autóctonos, posibilidad de instalar una planta de machaqueo de piedra, distancias de transporte, sensibilidad medioambiental, etc.+ Las presas de materiales sueltos pueden construirse casi con cualquier material con equipo de construcción rudimentario. Las presas de tierra se han construido con éxito utilizando grava, arena, limo, polvo de roca y arcilla. Si se dispone de gran cantidad de material permeable como arena y grava y hay que importar material arcilloso, la cortina tendría un corazón o núcleo pequeño de arcilla impermeable y el material local constituiría el grueso de la cortina. Se ha utilizado concretamente como corazón impermeable, pero no ofrece la flexibilidad de los materiales de arcilla. Si no hay material permeable, la cortina puede construirse con materiales arcillosos con drenes inferiores de arena y grava importada debajo de la línea de base de aguas abajo, para recolectar las filtraciones y reducir las presiones de poro. Consideraciones Que Hay Que Tomar En Cuenta En El Diseño:
El diseño de presas de tierra ha progresado en las últimas décadas, debido al avance de los programas de computación. De los métodos pseudo estáticos, se han pasado a los métodos de elementos finitos, no obstante, el buen juicio y la experiencia, aunado a una adecuada investigación de campo, es lo que puede permitir éxito en el diseño y construcción de las presas. Hay problemas aún sin solución, tales como: la selección del sismo de diseño, la determinación de las presiones de poro originadas por el sismo, las deformaciones obtenidas de los datos combinados del análisis de respuesta y ensayos de laboratorio. Para el óptimo diseño de una presa de tierra es necesario realizar los siguientes estudios: Estudios Geológicos Regionales
Estos estudios, debe determinarse el sistema de fallas así como de las principales unidades estratigráficas, a fin de establecer una correlación con los sitios que se van a estudiar. Esta correlaciones deben hacerse no solamente desde el punto de vista de geología pura, sino desde un punto de vista de geología aplicada, esto quiere decir que si en un estudio geológico regional, se menciona una formación geológica, deben indicarse las características físicas de la misma y los problemas que puedan suscitarse en la construcción de estructuras sobre dicha formación. Estudios geológicos del vaso de almacenamiento
Una vez llenado un embalse, las condiciones generales del sitio variarán, por los tanto, deberán estudiarse todos aquellos problemas que puedan derivarse del almacenamiento de un volumen importante de agua en la región. Por lo tanto, los estudios geológicos que se realicen, deberán considerar los problemas que se puedan presentar, por la presencia de dicha agua, entre los cuales es importante destacar, los originados en laderas inestables, durante el descenso de las aguas, por cuanto éstas son propensas a deslizarse dentro del embalse, en especial, cuando ocurra un sismo, con lo cual, además reducirse el volumen de agua almacenada, pudiera poner en peligro la estabilidad de la presa, debido a la formación de olas que rebosen la cresta de la presa. Es necesario determinar la influencia que puedan tener las principales fallas que atraviesan el embalse, en la construcción de las obras, investigar si alguna de ellas pueda tener alguna actividad y cuál sería el comportamiento en caso de ocurrir un sismo. Estudio de las características sísmicas de la región
En el estudio de presas, se hace imperativo tomar en cuenta la actividad sísmica de la región, a fin de adecuar el diseño de la presa y estructuras complementarias, a los problemas sísmicos que puedan presentarse. Para ello es necesario determinar el grado de sismicidad del área. Estudio detallado del sitio de presa
Las investigaciones que se realicen en el sitio de presa, son realizadas con la finalidad de determinar los tipos y distribución de suelos y rocas que existen en la fundación y los estribos, y determinar sus propiedades, desde el punto de ingeniería, en especial el esfuerzo de corte, la compresibilidad y la permeabilidad. Se debe estudiar la susceptibilidad de las fundaciones y los estribos, a sufrir deformaciones importantes durante la ocurrencia de un sismo, así como también estudiar las fundaciones blandas, por cuanto estas pueden sufrir deformaciones importantes durante un movimiento sísmico; debe estudiarse también la presencia de limos y arenas saturadas porque éstas pueden ser afectadas por el fenómeno de licuación durante la ocurrencia de un sismo. Previamente al diseño de una presa de tierra, es conveniente tener en mente las siguientes medidas preventivas o normas, para prevenir fallas en caso de un sismo o cualquier movimiento de tierra:
Dejar suficiente borde libre
Usar transiciones amplias de material no susceptible al agrietamiento.
Usar zonas de drenaje adecuadas, que permitan evacuar rápidamente el flujo de agua a través de las grietas.
Usar filtros bien gradados aguas abajo del núcleo de la presa.
Ensanchar el núcleo en el contacto con los estribos.
Usar en el núcleo, materiales plásticos no susceptibles al agrietamiento.
Evitar ubicar las presa, en aquellos sitios donde las laderas del vaso de almacenamiento sean susceptibles a deslizarse.
Proporcionar un conducto para permitir la rápida evacuación de las aguas embalsadas, en caso de que la presa sufra daños.
Hay autores que recomiendan no ubicar presas sobre fallas activas, no siempre esto es posible, por lo cual en el diseño habrá que tomar todas las precauciones, para que no falle la presa cuando se produzcan desplazamientos en las fallas.
Será necesario primero hacer un análisis estático de la presa y una vez seleccionada la sección a utilizar, deberán realizarse análisis dinámicos.
Cuando el material de la presa no tiene drenaje libre, las presiones de poro se incrementan con lo cual se reduce la estabilidad de la misma. Por esto es necesario hacer una estimación de las posibles presiones que se producen.
Los materiales permeables como las gravas o los enrocamiento, permiten una rápida disipación de la presión de poros dinámica. Cualquier disipación de la presión de poros, resultará necesariamente, en una mayor resistencia al desarrollo de deformaciones y en una menor susceptibilidad a la licuación.
Ventajas de la presa de tierra:
Las presas de tierra presentan varias ventajas con respecto a las presas de concreto o mampostería, entre ellas que se pueden utilizar suelos que se pueden obtener de la
misma zona ya sea naturales o mezclándolos con otro tipos de suelos de mejores características para mejorar sus propiedades.
Se puede aplicar en muchos sitios como lo son valles amplios o gargantas estrechas.
Su costo es mucho menor que las presas hechas con otros materiales, al igual que el nivel de inflación de los precios del material.
Se puede utilizar el mismo material de la zona, evitando el transporte del mismo desde otro sitio.
Además, este tipo de presas se pueden construir sobre suelos con capacidades de soporte bajas ya que las cargas que se transmiten a la fundación se distribuyen sobre un área mayor que en cualquier otro tipo de presa.
Una de las ventajas importantes de las estructuras de tierra es que se integran armoniosamente de forma natural a su entorno, permitiendo el crecimiento de vegetación conservando el ecosistema preexistente.
Las presas de tierra tienen varias ventajas en comparación con otros sistemas constructivos, entre ellos que se posibilita la construcción de macizos de gran volumen y peso, por consiguiente resistentes a ser desplazados por el flujo a partir de materiales de pequeñas dimensiones.
Otra ventaja es su deformabilidad, la cual obedece a que las piedras no están cementadas entre sí y pueden sufrir desplazamientos y rotaciones, por lo que las estructuras construidas con estos elementos se adaptan a las deformaciones del terreno de fundación.
Una de las ventajas es el menor impacto que se producirá al medio ambiente al explotar la cantera por un menor volumen de material, además se reducirá la contaminación sónica, también habrá una reducción energética por el menor uso de combustibles.+
Desventajas de las presas de tierra:
Vulnerables al sobre vertido. •
Garantizar el realce para crecida.
•
Vertederos suficientes.
•
Vertederos separados.
Vulnerables a la infiltración y a la erosión interna en la presa y fundaciones.
Conclusiones:
Las presas de tierra son de las primeras en aparecer en la historia de contención de aguas debido a la necesidad de almacenarla no importaba que tan rudimentarias fueran. En la actualidad se pueden ser de material homogéneo pera controlar con mayor eficiencia las filtraciones verticales que se producen a lo largo de ellas. Estas se deben de tener un mantenimiento preventivo para evitar deslaves a futuro y evitar que vuelque. Se estableció que una presa de tierra tiene que contar con los requisitos de estabilidad y durabilidad por la complejidad de la obra ya sea funcionalidad, materiales, cimentación, desviaciones de los ríos que intervienen, oleaje, clima, y demás factores para garantizar que las presas no sean obsoletas en corto tiempo. La calidad de la información es vital para realizar los cálculos en el diseño de cualquier presa, 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. La ubicación de una presa de ser bien analizado y estudiado, teniendo como consideración un balance de aspectos positivos y negativos, con las soluciones respectivas. La ubicación es el resultado de un conjunto intersección de diferentes condicionantes o limitantes físicas (analizadas previamente), La utilización del software facilita los cálculos 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, esto estará basado en un dominio de los conceptos y fundamentos en los que se basa el software.
Bibliografía:
http://www.funvisis.gob.ve/archivos/www/terremoto/Papers/Doc003/doc003.htm
http://www.scribd.com/doc/20123451/hidraulicas
http://fluidos.eia.edu.co/presas/tipos_presa/paginas/p_arco.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Presas_de_materiales_sueltos.
http://www.funvisis.gob.ve/archivos/www/terremoto/Papers/Doc003/doc003.htm
http://www.oocities.com/gsilvam/presas.htm
http://www.scribd.com/doc/20123451/hidraulicas
http://www.construaprende.com/tesis03/2006/09/requisitos-de-estabilidad.html
http://www.cedex.es/lg/asesora/hidraul.html
