UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR. FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA. ESCUELA DE INGENIERA CIVIL.

OBRAS HIDRULICAS T.E.

PRESAS DE ENROCAMIENTO.DOCENTE: ING. EDGAR ALFREDO GAVIDIA PAREDES.

ALUMNO: IRWIN BATRES AVALOS

BA07007

MIRCOLES 18 DE ENERO DE 2012

NDICEINTRODUCCIN. ................................................................................................................................... I OBJETIVOS. ......................................................................................................................................... III JUSTIFICACIN. .................................................................................................................................. IV CAPITULO I. ......................................................................................................................................... 1 GENERALIDADES SOBRE LAS PRESAS. ................................................................................................. 1 CAPITULO II. ........................................................................................................................................ 7 CLASIFICACIN DE CORTINAS EN PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO, DE MATERIALES COMPACTADOS. .................................................................................................................................. 7 2.1. PRESAS DE RELLENO HIDRULICO. .......................................................................................... 7 2.2. PRESAS DE MATERIALES COMPACTADOS. ............................................................................... 9 2.2.1. Presas Homogneas. ....................................................................................................... 11 2.2.2. Presas homogneas con filtros. ...................................................................................... 11 2.2.3. Presas de materiales graduados. .................................................................................... 12 2.2.4. Presa de enrocamiento. .................................................................................................. 13 2.2.5. Presas con Delantal o con Pantalla. ................................................................................ 15 2.3. DEFINICIN DE TRMINOS. .................................................................................................... 18 2.4. TIPOS DE SECCION. ................................................................................................................. 20 2.4.1. Seccin homognea. ....................................................................................................... 21 2.4.2. Seccin graduada ............................................................................................................ 21 2.4.3. Seccin Mixta. ................................................................................................................. 21 CAPITULO III. ..................................................................................................................................... 23 ESTUDIOS BSICOS............................................................................................................................ 23 3.1. PRINCIPIOS DE DISEO Y CONSTRUCCIN DE PRESAS DE TIERRA Y ...................................... 23 3.1.1. Datos para el proyecto. ................................................................................................... 23 3.1.2. Bases para el proyecto. ................................................................................................... 24 3.2. NORMAS GENERALES DE CONSTRUCCIN............................................................................. 25 3.2.1. Limpia de la cimentacin................................................................................................. 25 3.2.2. Desvi. ............................................................................................................................. 25 3.2.3. Colocacin de los materiales en el terrapln. ................................................................. 26 CAPTULO IV. ..................................................................................................................................... 27 i

NOCIONES PRELIMINARES PARA LA ESTABILIZACION DE LAS CORTINAS EN PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO. .............................................................................................................................. 27 4.1. CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES ..................................................................................... 27 4.1.1. Granulometra. ................................................................................................................ 27 4.1.2. Graduacin. ..................................................................................................................... 28 4.1.3. Forma. ............................................................................................................................. 28 4.1.4. Plasticidad. ...................................................................................................................... 29 4.1.5. Estructura. ....................................................................................................................... 29 4.2. SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACION DE SUELOS (SUCS). ................................................ 30 4.3. PROPIEDADES GENERALES DE LAS FRACCIONES DE UN SUELO ............................................. 31 4.3.2. Limo y arcilla.................................................................................................................... 31 4.4. CLASIFICACION DE LAS GRAVAS Y ARENAS. ........................................................................... 33 4.4.1. Gravas bien graduadas (Gb). ........................................................................................... 33 4.4.2. Gravas mal graduadas (Gm). ........................................................................................... 33 4.4.3. Arenas bien graduadas (Ab). ........................................................................................... 34 4.4.4. Arenas mal graduadas (Am). ........................................................................................... 34 4.4.5. Arenas limosas (AL). ........................................................................................................ 34 4.4.6. Arenas Arcillosas (AB)...................................................................................................... 34 4.5. CLASIFICACIN DE MATERIALES FINOS.................................................................................. 35 4.5.1. Limos de baja compresibilidad (lp). ................................................................................ 35 4.5.2. Arcillas de baja compresibilidad (bp). ............................................................................. 35 4.5.3. Suelos orgnicos de baja compresibilidad (Op). ............................................................. 35 4.5.4. Limos de alta compresibilidad (Lc). ................................................................................. 35 4.5.5. Arcillas altamente compresibles (Bc). ............................................................................. 35 4.5.6. Suelos orgnicos altamente compresibles (Oc). ............................................................. 35 4.6. PRUEBAS MANUALES PARA IDENTIFICAR SUELOS FINOS EN EL ............................................ 36 4.6.1. Resistencia del suelo seco. .............................................................................................. 36 4.6.2. Tenacidad. ....................................................................................................................... 37 4.6.3. Limite plstico. ................................................................................................................ 37 CAPITULO V. ...................................................................................................................................... 38 ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES. ........................................................................................... 38 5.1. CAUSAS DE FALLA EN PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO................................................ 38 ii

5.2. TUBIFICACION. ..................................................................................................................... 38 5.2.1. Medidas para evitar la tubificacin. ............................................................................. 40 5.3. FALLAS POR AGRIETAMIENTO. ............................................................................................ 42 5.3.1. Medidas preventivas para evitar la falla por agrietamiento. ....................................... 43 5.4. FALLAS POR LICUACIN ......................................................................................................... 45 5.4.1. Recomendaciones para prevenir la falla por flujo. ...................................................... 49 5.5. DESLIZAMIENTO DE TALUDES. ............................................................................................... 50 5.5.1. Resistencia al esfuerzo cortante ..................................................................................... 50 5.6. TIPOS DE PRUEBA ................................................................................................................... 51 5.6.1. Compresin Triaxial. ........................................................................................................ 51 5.6.2. Prueba rpida .................................................................................................................. 51 5.6.3. Prueba consolidada rpida: ............................................................................................. 52 5.6.4. Prueba lenta .................................................................................................................... 52 5.7. CONDICIONES DE TRABAJO DE UNA PRESA DE TIERRA Y ...................................................... 52 5.7.1. Condiciones iniciales. ...................................................................................................... 54 5.7.2. Condiciones finales. ...................................................................................................... 54 5.7.3. Condicin de vaciado rpido. .......................................................................................... 55 5.8. RELLENOS COMPACTADOS..................................................................................................... 56 5.8.1. Diversos tipos de maquinas de compactacin. ............................................................... 57 5.9. CALCULO DE LA ESTABILIDAD DE UN TALUD EN UNA PRESA ................................................ 59 DE TIERRA Y ENROCAMIENTO. ...................................................................................................... 59 5.9.1. Calculo de la curva de filtracin en una presa de tierra de dos materiales. ................... 60 CAPITULO VI. ..................................................................................................................................... 64 RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES. ........................................................................................... 64 6.1. RECOMENDACIONES GENERALES PARA LA ESTABILIZACIN DE LAS .................................... 64 CONCLUSIONES. .................................................................................................................................. V BIBLIOGRAFA ..................................................................................................................................... VI

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INTRODUCCIN. Las presas son construcciones realizadas en la cuenca de los ros con mltiples finalidades, entre las que destacan: abastecimiento de agua a poblaciones, regulacin general de la corriente de agua o ro, aprovechamiento industrial de su energa, hacer navegables ciertos canales o tramos de ro y defender de los daos producidos por las riadas e inundaciones, entre otros. Semejantes o parecidos son los diques de proteccin 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 produccin de energa. La presa de mayores dimensiones hasta ahora conocida es la de la Tres Gargantas (China); su construccin comenz en 1994 para regular las desastrosas y devastadoras inundaciones producidas por el Yangtz o ro Azul casi todos los aos y an est sin terminar como consecuencia de las grandes crticas recibidas y de los problemas de financiacin existentes. Existen diversos tipos de presas ya sean de gravedad, contrafuerte, de arco bveda o escolleras, esta ultima es de inters principal para este trabajo ya que las presas escolleras son aquellas formadas por tierra y roca, es por ello que se les conoce como presas de enrocamiento, y tambin llamadas de materiales sueltos, estas son todas de gravedad, las cuales 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 ste 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. Las presas de tierra y enrocamiento, es posible que sean una de las estructuras ms antiguas construidas por el hombre. Se sabe que los chinos, antes de la era cristiana, ya tenan bordos de gran longitud y compactaban la tierra con varas de carrizo manejadas por verdaderos ejrcitos humanos. Los hindes desarrollaron este tipo de obra desde el ao 500 a.c. y construyeron la presa MaddukMasur, de 33 m de altura, hace 45 dcadas, se destruyo por carencia de vertedor. Las presas de tierra para el almacenamiento de agua para riego, como lo atestiguan la historia y los restos que sobreviven de las antiguas estructuras, se han usado desde los primeros das de la civilizacin. Algunas de las estructuras construidas en la antigedad eran de enorme tamao. En Ceiln, en el ao 504 A.C. se termin una presa de tierra deI

11 m de largo y de 70 pies de alto, contena, aproximadamente, 17 millones de yardas cbicas de terrapln. En nuestros das, como en el pasado, la presa de tierra contina siendo el tipo ms comn de presa pequea, principalmente porque en su construccin se utilizan materiales en su estado natural con un mnimo de tratamiento. Hasta en los tiempos modernos todas las presas de tierra se proyectan por procedimientos empricos, y la literatura de ingeniera est repleta de relatos de las fallas. Estas fallas obligaron a darse cuenta de que los mtodos empricos deban remplazarse por procedimientos racionales de ingeniera, tanto en el proyecto como en la construccin. Uno de los primeros en sugerir que los taludes de las presas de tierra se eligieran en esta forma fue Bassell en 1907. Sin embargo, se hicieron pocos progresos en la elaboracin de procedimientos de proyectos racionales hasta la dcada de 1930. El rpido avance de la ciencia de la mecnica de suelos, desde ese tiempo, haba dado por resultado el desarrollo de procedimientos de proyectos muy mejorados para las presas de tierra y roca. Estos procedimientos constan de investigaciones previas de las cimentaciones y del estudio de los materiales de construccin aplicacin de los conocimientos y tcnica de la ingeniera al proyecto y mtodos de construccin cuidadosamente proyectados y controlados. Como resultado, las presas de tierra y enrocamiento se construan (1968) hasta alturas que sobrepasaban de los 500 pies (152.40 m) arriba de sus cimentaciones y cientos de grandes presas de tierra compactada se construyeron en los pasados 20 aos sin haberse registrado ninguna falla. Sin embargo, las fallas de presas pequeas continan siendo cosa comn. Aunque es probable que algunas de estas fallas sean el resultado de un mal proyecto, muchas de ellas han sido causadas por falta de cuidado en la construccin. Los mtodos correctos de construccin incluyen la preparacin adecuada de la cimentacin y la colocacin de materiales en la presa con el grado necesario de compactacin, siguiendo un procedimiento establecido de prueba y control. El proyecto de una presa de tierra y enrocamiento debe apegarse a la realidad. Debe acusar las condiciones reales del emplazamiento en que se construye y los materiales de construccin de que se dispone, y no debe copiarse, simplemente, algn proyecto que haya tenido xito usado en un lugar en condiciones diferentes.

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OBJETIVOS. OBJETIVO GENERAL. El objetivo primordial de esta tesis es el de analizar las condiciones de estabilidad de las presas de tierra y enrocamiento y definir los parmetros mecnicos de los materiales a utilizar en la construccin de estas obras y a partir de ello estimar su futuro comportamiento ante las condiciones de esfuerzos a las que sern expuestas durante su vida til. OBJETIVOS ESPECIFICOS. En la construccin de Presas de Tierra y enrocamiento, se debe cumplir con los siguientes objetivos, en una forma concisa y clara, presentar la metodologa que abarca, desde el estudio de los materiales de construccin hasta la etapa de construccin, de acuerdo con los nuevos avances de la mecnica de suelos y tomando en cuenta la tcnica desarrollada en nuestro pas en esta materia. En este trabajo se abordan los principios generales de diseo y construccin de cortinas de tierra y enrocamiento, escrito a un nivel que permita a los ingenieros, que no estn suficientemente familiarizados profundicen en este estudio, especialmente a los ingenieros no especializados en el campo de la Mecnica de Suelos adems pretenden ser una gua en el criterio general a seguir ante los problemas que se plantean tanto en el diseo como la construccin de presas de tierra y enrocamiento y tener un conocimiento preciso de los fundamentos de esta rama de la Ingeniera y de esta manera actuar con criterio del conocimiento desde los materiales a emplear hasta la maquinaria a utilizar as como formas de construccin, ya que el mayor nmero de cortinas que se han construido en nuestro pas, indudablemente caen dentro de ste tipo que son en un 70 %.. Es de importancia este trabajo debido a que existen muy pocas publicaciones sobre este tema, este trabajo servir a los alumnos de ingeniera civil, con datos precisos para la materia de Obras Hidrulicas.

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JUSTIFICACIN. Siendo El Salvador un pas que cuenta con una gran cantidad de habitantes que requieren satisfacer sus necesidades bsicas, como agua potable y drenaje requerido por la poblacin o por sus industrias, el consumo de energa, riego de los cultivos, para la produccin de alimentos, es necesario construir presas para aprovechar los recursos hidrulicos superficiales del pas. Se construyen presas para crear un lago artificial o derivar el ro a una cota prefijada, con objeto de almacenar o captar los escurrimientos y regar tierras o generar energa, o bien, dotar de agua potable a poblaciones o centros industriales. Tambin sirven para regularizar el flujo de una corriente que provoca inundaciones en predios o poblados. Dichas estructuras no siempre responden a solo una de las finalidades antes mencionadas, ms bien se proyectan para funciones mltiples coordinando los servicios de riego, electrificacin y regularizacin de avenidas, con miras al desarrollo integral de una regin. De lo anterior se infiere que la presa es el resultado de un estudio general, en el que intervienen las caractersticas del ro, la geologa de la regin, la existencia de sitios apropiados para crear el embalse y cimentar la obra, de tierras de labor o necesidades de energa en la regin, o bien de poblaciones que proteger o dotar de agua. En lo que se refiere a la presa propiamente dicha, los estudios generales comprenden la seleccin del tipo de estructura, la disposicin preliminar de las partes integrantes (cortina, obra de toma, vertedor, desvo, casa de mquinas, etc.) La construccin de Presas de Tierra y enrocamiento, cumple ampliamente con estos objetivos importantes y en una forma concisa y clara que presenta la tcnica seguida, desde el estudio de los materiales de construccin hasta la etapa de construccin, de acuerdo con los nuevos avances de la mecnica de suelos.

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CAPITULO I. GENERALIDADES SOBRE LAS PRESAS. En ingeniera se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra, hormign o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un ro o arroyo con la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regado, para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, o para la produccin de energa mecnica al transformar la energa potencial del almacenamiento en energa cintica, y sta nuevamente en mecnica al accionar la fuerza del agua un elemento mvil. La energa mecnica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energa elctrica, como se hace en las centrales hidroelctricas. Partes que conforman la presa:

Corona: Parte superior de la estructura, generalmente revestida para prevenir el secado del corazn impermeable y proporcionar una va para el trnsito de vehculos. Altura: Diferencia entre las elevaciones de la corona y el punto ms bajo de La cimentacin. Bordo libre: Distancia vertical entre el nivel de la corona y el de las aguas mximo extraordinarias (NAME); este ltimo se alcanza cuando el vertedor trabaja a su capacidad lmite 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 mximo de la corona. Namo: Nivel de aguas mximas ordinarias. Coincide con la elevacin de la cresta del vertedor en el caso de una estructura que derrama libremente; si se tienen compuertas, es el nivel superior de estas.1

Taludes exteriores: Estn relacionados a la clasificacin de suelos que se va a usar en la construccin, especialmente suelos impermeables. El talud elegido es estrictamente conservador, y dependen del tipo de cortina y de la naturaleza de los materiales. Ncleo impermeable: Pantalla impermeable de la cortina construida consuelo compactado este ncleo puede estar al centro y ser vertical o inclinado, o bien, localizado prximo 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 seccin formados con arena limpia, bien graduada, destinados a colectar las filtraciones a travs del ncleo y protegerlo de una posible erosin 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 erosin 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 accin. 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 asflticos. Aguas abajo es frecuente cubrir con una capa de suelo y csped. 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 caractersticas del terreno y los usos que se le quiera dar al agua, condicionan la eleccin del tipo de presa ms adecuado. Existen numerosos tipos, comenzando con que puede hablarse de presas fijas o mviles, pero primero debemos clasificarlas en dos grandes grupos segn su estructura y segn los materiales empleados en su construccin. Aunque existen cuatro tipos fundamentales de presas: De gravedad (de hormign rodillado o convencional) De contrafuertes De arcobveda De escollera (de tierra o de roca), y tambin llamadas de materiales sueltos (estas son todas de gravedad).2

Presa hinchable Pudiendo tener un ncleo, de diferentes formas, o incluso una pantalla asfltica para sellar, o una parte de arcilla. Existen tambin presas hinchables, basculantes y pivotantes pero son de mucha menor entidad o han cado en desuso, por lo que no se consideran aqu. Segn 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 ste 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. Dentro de las presas de gravedad se puede tener: Escollera Tierra homognea, tierra zonificada, CFRD (grava con losa de hormign), de roca. De hormign tipo RCC (hormign rodillado) y hormign convencional. Su estructura recuerda a la de un tringulo issceles 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 posicin vertical. La razn 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 presin en el fondo del embalse es mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendr que soportar ms fuerza en el lecho del cauce que en la superficie. La inclinacin sobre la cara aguas arriba hace que el peso del agua sobre la presa incremente su estabilidad. Presas de bveda 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 presin se transfiere en forma muy concentrada hacia las laderas de la cerrada, se requiere que sta sea de roca muy dura y resistente. Constituyen las represas ms innovadoras en cuanto al diseo y que menor cantidad de hormign se necesita para su construccin. Cuando la presa tiene curvatura en el plano vertical y en el plano horizontal, tambin se denomina de bveda. Para lograr sus complejas formas se construyen con hormign y requieren gran habilidad y experiencia de sus constructores que deben recurrir a Segn su material: Presas de hormign: son las ms utilizadas en los pases desarrollados ya que con ste material se pueden elaborar construcciones ms estables y duraderas; debido a que su clculo es del todo fiable frente a las3

producidas en otros materiales. Normalmente, todas las presas de tipo gravedad, arco y contrafuerte estn hechas de este material. Algunas presas pequeas y las ms antiguas son de ladrillo, de sillera y de mampostera. En Espaa, el 67% de las presas son de gravedad y estn hechas con hormign ya sea con o sin armaduras de acero. La presa de las Tres Gargantas situada en el curso del ro Yangzi en China es la planta hidroelctrica y de control de inundaciones ms grande del mundo. Se termin en el ao 2009. Una docena de ciudades y miles de pueblos fueron engullidos por las aguas, obligando a desplazarse a ms de un milln y medio de personas. Presas de materiales sueltos: son las ms utilizadas en los pases 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 ms utilizados en su construccin son piedras, gravas, arenas, limos y arcillas aunque dentro de todos estos los que ms destacan son las piedras y las gravas. Este tipo de presas tienen componentes muy permeables, por lo que es necesario aadirles un elemento impermeabilizante. Adems, estas estructuras resisten siempre por gravedad, pues la dbil cohesin 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 corazn del relleno) o bien una pantalla de hormign, la cual se puede construir tambin 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. Presas de Enrocamiento con Cara de Hormign (o Concreto): Este tipo de cortinas en ocasiones es clasificada entre las de materiales sueltos; por su forma de ejecucin y su trabajo estructural son diferentes. El elemento de retencin del agua es una cortina formada con fragmentos de roca de varios tamaos, que soportan en el lado del embalse una cara de hormign la cual es el elemento impermeable. La pantalla o cara est apoyada en el contacto con la cimentacin por un elemento de transicin llamado plinto, que soporta a las losas de hormign. Este tipo de estructura fue muy utilizada entre 1940 a 1950 en cortinas de alturas intermedias y cay en desuso hasta finales del siglo XX en que fue retomado por los diseadores y constructores al disponer de mejores mtodos de realizacin y equipos de construccin eficientes.

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Segn su aplicacin: Presas filtrantes o diques de retencin: son aquellas que tienen la funcin de retener slidos, desde material fino, hasta rocas de gran tamao, transportadas por torrentes en reas montaosas, permitiendo sin embargo el paso del agua.

Presa filtrante de hormign 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 dao a los terrenos situados aguas abajo de la presa en casos de fuerte tormenta. Presas de derivacin: El objetivo principal de estas es elevar la cota del agua para hacer factible su derivacin, controlando la sedimentacin del cauce de forma que no se obstruyan las bocatomas de derivacin. Este tipo de presas son, en general, de poca altura ya que el almacenamiento del agua es un objetivo secundario.

Presa De Derivacin En El Ro Mosa. En la foto, la bocatoma est en la margen derecha del ro. La estructura que atraviesa el ro sirve para crear un pequeo represamiento para garantizar el funcionamiento de la bocatoma.

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Presas de Almacenamiento: El objetivo principal de stas, es retener el agua para su uso regulado en irrigacin, generacin elctrica, abastecimiento a poblaciones, recreacin o navegacin, 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. Presas de Relaves o Jales: Son estructuras de retencin de slidos sueltos y lquidos de desecho, producto de la explotacin minera, los cuales son almacenados en vasos para su decantacin. Por lo comn son de menores dimensiones que las presas que retienen agua, pero en algunos casos corresponden a estructuras que contienen enormes volmenes de estos materiales. Al igual que las presas hidrulicas 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 lquidos.

Presa Alvaro Obregon, Mexico.

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CAPITULO II. CLASIFICACIN DE CORTINAS EN PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO, DE MATERIALES COMPACTADOS. Atendiendo al procedimiento de construccin, son dos los tipos de cortina: la de relleno hidrulico y la de materiales compactados. 2.1. PRESAS DE RELLENO HIDRULICO. Como antes se menciono sobre este tipo de presas solo hablaremos de forma rpida para que se tenga conocimiento de las diferencias entre estos tipos de presas. Su caracterstica fundamental es que los materiales integrantes de la seccin, incluyendo los finos del corazn y los granulares relativamente gruesos de los respaldos permeables, son atacados en la cantera, conducidos a la cortina y colocados en ella por medios hidrulicos. Con la creacin de un estanque al centro del terrapln y canales de distribucin que parten del tald exterior se logra una disposicin adecuada del material explotado en cantera. Manteniendo un control estricto de las pendientes en los canales de distribucin, los fragmentos ms gruesos se depositan en la vecindad de los taludes exteriores, la fraccin arcillosa o limosa se sedimenta en las partes centrales, y entre esta y la masa granular queda una zona de traccin. Tericamente la solucin es atractiva. En la prctica, son varios los factores que influyen en la construccin de la estructura, algunos de ellos de difcil vigilancia Cantera. Debe presentarse a un ataque hidrulico con chiflones o monitores, tener composicin granulometra aceptable y homognea. Estos dos ltimos requisitos son indispensables. El primero pude sustituirse por una explosin a base de explosivos, realizada en forma racional para obtener el producto buscado. Pero no todas las canteras pueden servir a este propsito, y antes de tomar una decisin es necesario hacer pruebas en el campo, suficientemente amplias para que resulte respectivamente de una explotacin en gran escala y permitan determinar variaciones en la composicin del material. Transporte. Para que la condicin de los materiales pueda realizarse econmicamente por medio de una corriente de agua, se requiere disponer de un desnivel entre la cantera y la cortina, adecuado para mantener velocidad alta. Esta limita el tamao mximo de los fragmentos que se incorporan a la presa. Como no siempre existe ducha condicin, puede ser costeable explotar dicha cantera con explosivos, cargar el producto en camiones, transportarlo a la cortina y formar en ellos montones que se atacan con chiflones para repartir el material por sedimentos, desde los taludes exteriores hacia el centro de la seccin. Este procedimiento, conocido con7

el nombre de semihidrulicos, es ms caro, pero tiene ventajas importantes sobre al anterior al permitir clasificar los materiales en el camin y distribuirlos mejor en el sitio. Terrapln. Puesto que la colocacin de los materiales en la cortina se realiza por sedimentacin debe ser estricto el control de la velocidad del agua en las diferentes partes de la cortina de otro modo, puede presentarse el caso de que se deposite al centro una capa de arena, o bien, se formen lentes de materiales. Las fronteras de los que deben considerar es el ncleo impermeable y las secciones permeables son en general, variables. Las oscilaciones son causadas por cambios en la composicin de la cantera y fallas de vigilancia en las pendientes de los canales de distribucin y del terreno sobre el que escurre la suspensin del material. Seccin de la cortina. El corte que se muestra en la figura es tpico de este tipo de estructura. N o sera posible destacar en forma precisa las fronteras de los diversos materiales componentes, pues debido al procedimiento de colocacin, de los tamaos grandes se pasa gradualmente al suelo fino que ocupa la zona central. Para hacer verificaciones de estabilidad, es indispensable determinar el lmite entre los materiales granulares y los cohesivos, indicando en la figura con lneas irregulares. La ubicacin de estas fronteras se obtiene a partir de la composicin granulomtrica media del material que se va a usar en la construccin, estableciendo la proposicin en que se encuentra los dos tipos de suelos. De acuerdo con la clasificacin del MIT, s la granulometra es la que corresponde con las derivaciones sealadas por las curvas adyacentes, se concluyen que el corazn tendra taludes de 0.5:1, en promedio, con valores extremos probables de 0.60:1 y 0.35:1. La separacin de los materiales friccionantes y cohesivos corresponden al tamao de 0.06mm, o sea a la divisin entre los limos y arenas finas. Los taludes exteriores del ejemplo son conocidos de antemano, as como la relacin de vacos de las diferentes fracciones separadas por sedimentacin. Las consecuencias de una variacin importante en la cantera, o bien de un control deficiente de la distribucin de los materiales en la cortina, se exhiben a continuacin.

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Nota. La disponibilidad de materiales, equipo y personal experimentado, puede hacer que este procedimiento de construccin resulte atractivo por razones de costo. Sin embargo, son varias las desventajas que ameriten anlisis.Lo ms importante es que todos los materiales son colocados en estado suelto. Por tanto, puede decirse que la resistencia al corte es menor y tanto la compresibilidad como la susceptibilidad a licuacin, mayores que en cortinas de materiales compactados. En general, el volumen de una presa construida por este mtodo es superior que otra de la misma altura realizada compactando los materiales. Las fallas de las presas de relleno hidrulico, Fort Peck en EUA y Necaxa en Mxico, han desprestigiado este tipo de construccin. El abatimiento de los costos de colocacin de capas y de desarrollo de equipos de compactacin cada vez ms eficientes ha contribuido a que la alteracin de presas de relleno hidrulico haya quedado al olvido, en las dos ltimas dcada Sin embargo, existe la tendencia a revivir e mtodo aplicando nuevas tcnicas de colocacin y compactacin de los materiales bajo aguas para formar zonas que resulten impermeables (presa Aswan, Egipto). 2.2. PRESAS DE MATERIALES COMPACTADOS. La compactacin de la tierra fue aplicada en Europa a principios del siglo XIX. En Inglaterra, hacia 1820, se usaron rebaos de ovejas posteriormente, rodillos pesados de concreto o fierro. Dicha practica fue llevada a California, EUA, por ingenieros europeos y aplicada en 1860. En ese mismo Estado se desarroll el rodillo pata de cabra (1950, con clavos de durmientes de unos 15 cm de longitud. Los resultados fueron satisfactorios y en 1970 se compact la presa Drum, con este tipo de rodillo.

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En esa poca no se conoca la influencia del contenido de aguas del suelo en la compactacin. Varias presas construidas en Estado Unidos colocando la tierra sin controlar la humedad fallaron al entrar en operacin en la actualidad se supone que la estructura tena capas compactadas en estados seco y otras hmedas construidas durante el periodo de lluvias. En EUA nacieron varias tendencias respecto, una proporcionado la colocacin de la tierra con tal contenido de agua que era realmente lodo, y otra, aceptando el suelo en su condicin natural, que en las zonas ridas esta muy prximo al estado seco. Por su inters histrico, son dignas de atencin las notas de Sherard (1952) en su tesis doctoral sobre el comportamiento de presas de tierra. Hasta que Proctor pblico en 1933 los resultados de sus estudios sobre compactacin, los ingenieros comprendieron la importancia de ciertos parmetros como la humedad ptima y la energa de compactacin en las propiedades mecnicas de los suelos. Los nuevos conceptos tuvieron de los suelos. Los nuevos conceptos tuvieron una difusin rpida. Pronto se comprendi que no haba razn para colocar los filtros y las transiciones sin compactar, y se desarrollaron rodillos vibraciones adecuados para este trabajo. Hasta hace una dcada era usual exigir la colocacin en capas de 20 a 30cm, transmitidas con las bandas de un tractor D8 o equivalente. La mayora de las estructuras, tienen enrocamientos colocados a volteo, en capas de espesor variable entre 2.5 y 5.0m, extendidas con tractores. Las especificaciones de presas en construccin desde 1970, disponen que las zonas de grava y arena o enrocamiento con partculas de tamao menor de 30 cm., se coloquen en capas de 50 cm. De espesor y compacten con rodillo liso vibratorio de 10 ton. Esto da una idea de la evolucin observada de las presas de materiales compactados. Dicho est ligado estrechamente a los estudios de laboratorio sobre las propiedades de suelos sometidos a compactacin y, desde hace menos de una dcada, a las investigaciones del mismo tipo aplicadas a los suelos granulares gruesos. Paralelamente se construyen equipos adecuados, tales como rodillos pata de cabra, lisos, con vibradores y sin ellos de llanta de hule, algunos que pesan 10ton. Pisones neumticos, tractores con banda metlica o llanta neumtica, etc. Estos, conjuntamente con la fabricacin de camiones de veloces de gran tamao (17m 3 de capacidad), palas mecnicas y cargadores eficientes, y el desarrollo de mtodos ms racionales para la exploracin de roca, han permitido reducir los costos al mismo tiempo construir las presas en lapsos ms cortos. Las caractersticas de la seccionen una presa de materiales compactados dependen de la disponibilidad de suelos y rocas, de las propiedades mecnicas, de la topografa del lugar y de las condiciones geolgicas. A10

continuacin se describen secciones tpicas y se indican las razones principales que influyen en su eleccin. 2.2.1. Presas Homogneas. Construidas casi exclusivamente con tierra compactada, tiene por lo menos una proteccin contra el oleaje en el talud de aguas arriba. Fue el tipo usual de estructura en el siglo pasado. Por condiciones propias de la cimentacin y de los materiales disponibles se construyen cortinas importantes de este tipo en la actualidad, con algunas modificaciones que se indican a continuacin.

2.2.2. Presas homogneas con filtros. Con objeto de que el flujo de agua a travs de la masa de tierra no intercepte el talud de aguas abajo, con los inconvenientes que se analizaran ms adelante la versin moderna de la presa homognea es la que se muestra a continuacin. Tiene en la base del terrapln un filtro formado con arena bien graduada el espesor y longitud de este elemento son susceptibles de diseo mediante estudios de flujo en la masa de tierra.

Cuando los materiales que se usan en la cortina son sensibles al agrietamiento y la presa se cimienta sobre suelos compresibles o existen otras razones para prever la formacin de grietas en el terrapln, se han incluido en el un dren vertical o chimenea, que se conecta en un filtro horizontal, o bien a un sistema de drenes alojados en la cimentacin. Se11

interceptan as las grietas transversales a la cortina, y en el agua que pueda circular por ellas se conducen por los drenes aguas abajo, sin correr el riesgo de una peligrosa tubificacin en la masa de tierra.

Una condicin de trabajo importarte en las presas homogneas es el vaciado rpido. La accin tiene lugar en el talud de aguas arriba al tratar el problema se estudiarn mtodos para determinar su efecto en la estabilidad. En poca reciente se ha recurrido a la colocacin de filtros en el interior de la masa prxima al parmetro mojado, para reducir las fuerzas de filtracin en dicho talud.

2.2.3. Presas de materiales graduados. Se ha dado este nombre a las presas en que los materiales se distribuyen en forma gradual, de los suelos finos en el corazn, pasando por los filtros y transiciones en el enrocamiento, en los que tambin se trate de colocar el material respetando la misma idea. Esto no siempre puede lograrse, pues depende de que se tenga en el sitio la serie de materiales antes descritos.

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2.2.4. Presa de enrocamiento. Las presas de enrocado tienen caractersticas intermedias entre las presas de gravedad y las presas de tierra. La presa de enrocado tiene dos componentes estructurales bsicos: una membrana impermeable y un terrapln que soporta a la membrana. El dique generalmente consiste en una seccin aguas arriba de piedra seca o mampostera y una seccin aguas abajo de enrocado suelto. La seccin de las presas de enrocado incluye un elemento impermeable discreto de relleno de tierra compactada, concreto esbelto o una membrana bituminosa. La designacin como "presa de roca" o "presa de enrocado" es apropiada cuando ms del 50% del material de relleno se pueda clasificar como roca, es decir, material resistente a la friccin de granulometra gruesa, como en el caso de piedras de naturales permeables compactadas o descargadas. La prctica moderna es especificar un enrocado bien graduado, de alta compactacin en capas ms bien delgadas mediante un equipe pesado. En esencia el mtodo de construccin es, por tanto, similar al de una presa de relleno de tierra. Las masas de roca en estas presas son voluminosas comparadas con el corazn impermeable. Este puede ocupar la parte central, o bien ser inclinado hacia aguas abajo. Se prefiere dicha forma por su facilidad de construccin, pues disminuye las interferencias del trnsito de quipo dentro de la cortina, y en algunos casos el programa receptivo se adapta mejor a las condiciones climticas del lugar. Debe tenerse presente que la roca puede colocarse en poca de lluvia o nieve, mientras que ese trabajo es prcticamente imposible en el corazn, a menos que el proyecto de la cortina tolere fuerte discrepancias en la humedad del suelo o se adopten precauciones especiales.

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Un caso lmite de este tipo es la presa de enrocamiento con pantalla impermeable, sea de concreto o de asfalto, en el parmetro mojado.

Tambin se han construido estructuras con un muro de concreto o de mampostera, lleno o celular, al centro.

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Un problema tpico de las primeras es la junta de la pantalla con la cimentacin y empotramientos. Los asentamientos diferenciales son causa de roturas en la unin y por tanto de filtraciones. Este problema es de tal importancia que a menos que sea factible vaciar la presa para realizar reparaciones despus de los primeros aos de funcionamiento, no es un diseo aceptable. Por razones semejantes, los muros interiores sufren fracturamiento y siempre causan filtraciones. La compactacin de los enrocamientos puede ocasionar que, en un futuro no lejano, dichos problemas se reduzcan a su mnima expresin y resulte una solucin conveniente. La presa de enrocamiento con corazn de tierra compactada, central o inclinada, son las ms altas ejecutadas por el hombre. En la URSS, la presa Nurek, actualmente en construccin, tendr 300m de altura la de Oroville, en EUA, y Mica en Canad son de ms de 200m sobre el lecho del ro. En Mxico las presas de, El Infiernillo, La Angostura y Netzahualcoyotl alcanzan cerca de 150m. La PRESA Furnas, Brasil, de corazn inclinado, es de 130m aproximadamente. 2.2.5. Presas con Delantal o con Pantalla. Es frecuente encontrar depsitos de aluvin permeables en l cause del ro. Cuando su espesor es menor de 20m, se prefiere llevar el corazn impermeable hasta la roca mediante una trinchera, como es el caso de la presa lvaro Obregn, Sonora y El Infiernillo sobre el ro Balsas. Pero si tales depsitos son gruesos o muy permeables, como ocurre en la presa Abelardo L. Rodrguez, Son. , Y Jos M. Morales (La Villa), Michoacn, ambos del orden de 80m de espesor y coeficiente de permeabilidad de 10 y 1 cm/ seg. En promedio, respectivamente, no sera econmico excavar trincheras.

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Entonces, hay dos tipos de solucin: a) El delantal de arcilla compactada, prolongacin horizontal del corazn hacia aguas arriba. b) La pantalla impermeable formada a base de inyecciones (Serre Poncon, Francia), o bien con pilotes o muros de concreto simple colados in situ (La Villata), o por ltimo, sustituyendo l agrava y arena del ro por lodo en una trinchera de 3m de ancho excavada a travs del cauce (Las Trtolas, Durango).

Los mtodos de construccin en los tres casos son muy especializados. La presa de Aswan, en Egipto, combina el delantal de tierra compactada con pantallas de inyecciones. La adopcin de los tipos de presas de tierra y roca descritos responde, mas que a una idea preconcebida, a la conveniencia de construir una estructura econmica y segura con los materiales que existen en la vecindad de la boquilla, teniendo en cuanta las condiciones geolgicas y de cimentacin que en ella prevalecen. Por tanto, no es posible anticipar16

soluciones sin conocer las caractersticas de la roca en los empotramientos y el fondo del ri, las propiedades mecnicas de los materiales que se van a usar y los volmenes explotados, as como las condiciones topogrficas, hidrolgicas y ssmicas del lugar. En suma, dicha solucin es consecuencia de los estudios de mecnica de suelos y de rocas aplicados con criterio econmico en la obtencin de la estructura que mejor satisface las finalidades del proyecto y cumple con requisitos mnimos de seguridad sancionados por la experiencia adquirida previamente en este tipo de obras.

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2.3. DEFINICIN DE TRMINOS. La mayora de los trminos que se utilizarn, frecuentemente aparecen ilustrados en la figura y se describen a continuacin.

Cortina o presa. Ambos trminos se emplearn como sinnimos, para designar la estructura que tiene por objeto crear un almacenamiento de agua o derivar el ro. En algunos casos, a fin de evitar excesivas repeticiones, se usar la palabra terrapln. Boquilla o sitio. Lugar escogido para construir la cortina. Seccin de la cortina. En general, es cualquier corte transversal de la presa pero a menos que se especifique la estacin o escurrimiento de dicho corte, es la seccin de mxima altura de la cortina. Altura de la cortina. Se define como la distancia vertical mxima entre la corona y la cimentacin, la cual no necesariamente coincide con la medida desde el cauce del ro, por la presencia de depsitos aluviales. Corona o cresta. Es la superficie superior de la cortina que, en ciertos casos, puede alojar a una carretera o la va de un ferrocarril normalmente, es parte de la proteccin de la presa contra oleaje y sismo, y sirve de acceso a otras estructuras. Talud. Es cualquier plano que constituye una frontera entre los materiales de la cortina o con el medio circundante. Se medir por la relacin de longitudes entre el cateto horizontal y el vertical por ejemplo, un talud 3.5:1 significa que la cotangente del ngulo que forma el plano o traza con la horizontal es de 3.5. Corazn impermeable. Tambin llamado ncleo de tierra, es el elemento de la presa que cierra el valle al paso del agua contenida en el embalse o vaso.18

Respaldos permeables. Son las masas granulares que integran con el corazn impermeable, la seccin de la cortina. Pueden estar formados, como es el caso de la fig. 16, por filtros, transiciones y enrocamientos. NAME: Abreviacin del nivel de aguas, mxima extraordinario Es la evaluacin del agua en el vaso cuando la presa est llena y adems funciona el vertedor a su mxima capacidad. Hay otros niveles usuales en presas, como son el de aguas mximas ordinarias (CV), el nivel medio de operacin, el mnimo de operacin y el mximo azolves. La diferencia entre la elevacin de la corona y el NAME es bordo libre.

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2.4. TIPOS DE SECCION. Es costumbre llamar " seccin de una presa de tierra " a la forma que resulta de un corte vertical y transversal del eje de la presa. La distribucin de los materiales debe satisfacer los requisitos de buen funcionamiento y mnimo costo, lo cual depende, para cada sitio en, particular, las propiedades mecnicas, volmenes y distancias de acarreo de los materiales disponibles y de las caractersticas de la cimentacin. Las posibles combinaciones de estos factores dan lugar a un sin numero de secciones, pero estas pueden agruparse en tipos, adaptables a los diversos conjuntos de combinaciones que prevalezcan en distintos sitios, de manera que se cumplan satisfactoriamente los requisitos de seguridad y economa. Es frecuente que el diseador tenga que comparar entre si mas de un tipo de seccin y algunas de sus variantes, antes de llegar a la solucin mas conveniente. Desde el punto de vista del funcionamiento de una presa de tierra, importa al ingeniero que lo materiales disponibles en un sitio dado, se distribuyan en la seccin de manera tal que resulte una presa capas de soportar los efectos exteriores a que estar sometida y de retener el agua es decir, una presa estable e impermeable. La estabilidad depende, principalmente, aunque no nicamente, como se ver ms adelante, de la resistencia de los materiales al esfuerzo cortante, mientras que la estanqueidad est ntimamente asociada a su permeabilidad. Es frecuente que los materiales resistentes al corte, ejemplificados por aquellos que estn constituidos predominantemente por granos macroscpicos, sean tambin los mas permeables e inadecuados para proporcionar estanqueidad y que, los materiales de mnima permeabilidad, capaces de cumplir esta funcin, ejemplificados por los suelos constituidos principalmente por partculas microscpicas, sean los de mnima resistencia al corte. En raras ocasiones, se han empleado materiales formados por una combinacin natural de partculas gruesas y finas, en proporciones tales que hacen a esos suelos impermeables y, a la vez, a la resistencia al esfuerzo cortante Atendiendo a las funciones que desempean los materiales en la seccin, se distinguen aqu los siguientes tipos bsicos de secciones de presa de tierra.

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2.4.1. Seccin homognea. Constituida en su mayor parte en un solo suelo que proporciona simultneamente la impermeabilidad y estabilidad necesarias. Se emplean en ese tipo de seccin suelos finos, limosos y arcillosos y suelos gruesos con alto contenido de finos, que tienen baja permeabilidad. Normalmente intervienen, en volmenes menores, otros materiales auxiliares (enrocamiento, gravas y arenas) que contribuyen a proteger al elemento principal Fig. 17. 2.4.2. Seccin graduada Cuando se dispone de volmenes suficientes de suelos con diferente permeabilidad, stos pueden distribuirse en la seccin de acuerdo con su permeabilidad, como lo muestra, el esquema. Fig. 18. Se distingue en la seccin graduada en varias zonas que desempean diferentes funciones: la zona uno, proporciona la impermeabilidad y una parte de la estabilidad, dependiendo de sus propiedades mecnicas, se emplean en ella suelos finos, limosos o arcillosos, o suelos gruesos con alto contenido de finos que les comunica baja permeabilidad. La zona 2 est formada por suelos permeables o semipermeables, cuyas permeabilidades del orden de 100 veces o mayor que la zona 1. Se utiliza grava y arenas de buena calidad o graduacin, con bajo contenido de finos o limpias. Esta zona funciona como filtro protector de la zona 1 y proporciona una parte de la estabilidad es adems un elemento de transicin entre la zona 1 y 3. Esta ultima, formada por materiales pesados y de alta resistencia al corte, aporta, junto con la zona 2, la mayor parte de la estabilidad. La zona 3 se forma con grava gruesa, mezcladas de grava, arena y voleos o enrocamiento. Los enrocamientos auxiliares, indicados con l numero 4, sirven de proteccin contra erosin del oleaje de la lluvia al resto de la seccin, pudiendo algunas veces ser sustituidos en esta funcin por el material de la zona 3, cuando sta queda formada por enrocamiento. 2.4.3. Seccin Mixta. Integrada por un corazn impermeable, formadas por materiales como los que se emplean en la seccin homognea, que contribuye poco a la estabilidad, y respaldos muy importantes de enrocamiento o boleos, gravas y arenas, de alta permeabilidad, que aporta la mayor parte de estabilidad, con su alta resistencia al corte. Los respaldos de enrocamiento se separan del corazn, por capas de poco espesor que funcionan como filtros. Si los respaldos estn formados por mezclas de gravas, arena y cantos rodados, se puede suprimir los filtros Fig. 19. Las condiciones de la cimentacin comunican a estos tres tipos bsicos algunas variantes dignas de mencionarse. En los casos que la cimentacin est formada por depsitos permeables de poco espesor, como los suelos21

gruesos, limpios, stos se interceptan con una prolongacin, hacia abajo, del corazn o elemento impermeable. Esta variante reduce el gasto de filtracin a travs de la cimentacin y el gradiente hidrulico medio. La adicin de filtros, construidos con gravas y arenas de buena graduacin ya sea en forma de delantales, o filtros al pie de talud de aguas abajo, constituye otras variantes de las formas generales. Es evidente que, dependiendo de los materiales disponibles en el sitio, pueden hacerse diversas combinaciones de los tres tipos de seccin bsicos y sus variables.

1. 2. 3. 4. 5.

Materiales permeables. Material permeable, bien graduado. Enrocamientos. Enrocamiento. Roca fina (grava).22

CAPITULO III. ESTUDIOS BSICOS 3.1. PRINCIPIOS DE DISEO Y CONSTRUCCIN DE PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO. Los mtodos que se siguen en la actualidad para disear una presa de tierra y enrocamiento son el resultado de la experiencia, basada principalmente en la observacin del comportamiento de este tipo de estructuras. El origen de este resultado se desconoce. Sin embargo, algunos reportan que los chinos construan ya presas de tierra desde hace unos 2000 aos. Desde entonces y hasta principios del presente siglo el diseo era puramente emprico, en muchos casos, como lo ha demostrado el estudio de algunas fallas ocurridas, con un desconocimiento casi completo de las caractersticas de los materiales que intervienen en la construccin y de los diversos fenmenos a que dichos materiales estaban sujetos. Tal situacin daba por resultado un nmero considerable de fallas desastrosas y creaba la impresin de que una presa de tierra y enrocamiento no era una estructura digna de confianza en cuanto a seguridad. En el primer cuarto de este siglo, con la aparicin de la Mecnica de Suelos, el diseo de las presas de tierra entr en una etapa en la que el empirismo se ha ido sustituyendo con el conocimiento de las propiedades de los suelos y el anlisis de las causas que han provocado las fallas ocurridas en el pasado, para dar lugar a los mtodos modernos de diseo y construccin, que permiten al ingeniero realizar ese tipo de obras con tanta o mayor seguridad que la que puede ofrecer una presa de concreto. Esto resulta particularmente cierto en aquellos casos en que las condiciones de la cimentacin no permitiran construir una presa de concreto segura. Lo anterior no implica, en modo alguno que los problemas inherentes al diseo y construccin de las presas de tierra y enrocamiento estn totalmente resueltos en la actualidad. Por el contrario, an queda mucho por hacer a este respecto, como se ver al entrar en materia en pginas subsecuentes, cuya finalidad es exponer, en forma breve, los principios bsicos de los mtodos actuales de estabilidad de taludes en las cortinas, haciendo especial hincapi en la relacin que existe entre dichos y los fundamentos de la Mecnica de Suelos. 3.1.1. Datos para el proyecto. Los datos necesarios para el proyecto de una presa de tierra que se discuten a continuacin, y se describen los estudios de las cimentaciones y las fuentes de materiales de construccin. El detalle necesario y la precisin de los datos estarn gobernados por la naturaleza del proyecto y su propsito inmediato; es decir, si el proyecto se va a utilizar como base de un presupuesto para determinar su costo y viabilidad, si el proyecto es para obtener datos de construccin, o si va a servir para un objeto intermedio.

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La extensin de los estudios de las cimentaciones y fuentes de materiales de construccin tambin estar gobernada por la complejidad de la situacin. 3.1.2. Bases para el proyecto. El principio bsico de proyecto es construir una estructura, satisfactoria y funcional al costo total mnimo. Se debe dar la debida consideracin a las necesidades de mantenimiento, de manera que las economas obtenidas en el costo inicial de construccin no resulten en costos excesivos de mantenimiento. Estos ltimos casos variarn con el tipo de proteccin de los taludes de aguas arriba y aguas abajo, los dispositivos de drenaje, y con el tipo de estructuras accesorias y el equipo mecnico. Para que el costo sea mnimo, el dique debe proyectarse para la mxima utilizacin de los materiales ms econmicos de que se disponga, incluyendo los materiales que deban excavarse para sus cimentaciones y las de las estructuras auxiliares. Las presas de tierra y enrocamiento deben ser seguras y estables durante todas las fases de la construccin y de la operacin del vaso. Para lograrlo, se deben satisfacer los siguientes requisitos: 1. El terrapln debe estar asegurado contra el rebasamiento durante las avenidas de proyecto, disponiendo suficiente capacidad en el vertedor de demasas y en las obras de toma. 2. Los taludes de los terraplenes deben ser estables durante la construccin y en las condiciones que se presenten durante la operacin del vaso, incluyendo el rpido desembalse en el caso de las presas de almacenamiento. 3. El terrapln deber proyectarse de manera que no produzca esfuerzos excesivos la cimentacin. 4. Se deben controlar las filtraciones a travs del terrapln, de la cimentacin y estribos, para que no se produzca erosin interna y por lo mismo no haya derrumbes en el rea donde las filtraciones emergen. La cantidad de agua perdida por traccin debe controlarse para que no interfiera con las funciones proyectadas para la obra. 5. El terrapln debe estar asegurado contra el efecto de rebasamiento por el oleaje. 6. El talud de aguas arriba debe estar protegido contra la erosin producida por oleaje, y la corona y el talud de aguas abajo deben estar protegidos contra erosin producida por el viento y la lluvia. Las presas de tierra proyectadas para satisfacer las anteriores condiciones sern permanentemente seguras, siempre que se empleen los mtodos de construccin y de control correctos.

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3.2. NORMAS GENERALES DE CONSTRUCCIN El proceso de construccin de una presa de tierra comprende las siguientes etapas: 1. Limpia de la cimentacin y desvo del ro. 2. Excavacin de trincheras, a travs de depsitos permeables, cuando stas son necesarias. 3. Tratamiento de la cimentacin. 4. Colocacin de los materiales que constituyen al cuerpo de la cortina. Los procedimientos de construccin que se sigan en cada una de las etapas, deben satisfacer todos los requisitos de diseo estudiados con anterioridad. Es por ello conveniente tratar brevemente algunos aspectos relativos a la construccin, estableciendo los criterios a seguir en cada una de sus etapas. 3.2.1. Limpia de la cimentacin Estos trabajos tienen por objeto garantizar el buen contacto entre las zonas impermeables de la presa y la roca de su cimentacin, eliminando, mediante excavacin, la tierra vegetal la roca que se encuentra alterada fracturada en la superficie. La profundidad de excavacin en la roca intemperizada debe establecerse exclusivamente en funcin de las condiciones locales, ya sea que stas hayan sido descubiertas durante el estudio geolgico previo que se manifiesten al iniciarse las excavaciones. Se especifica por lo general una excavacin mnima de 1.50 m. y hasta de 3 m. de profundidad, para remover la roca suelta fuertemente fisurada, que se encuentre en la zona del contacto de los materiales impermeables; aunque, en ocasiones se requiere llegar a mayores profundidades para encontrar la roca sana, en algunas zonas del rea de contacto; tal es el caso de la presa de la Vega, que muestra la figura 10. Las especificaciones sobre este particular no debern ser nunca inflexibles y, aun en el caso de disponer de amplios estudios previos, el ingeniero deber estar siempre a la expectativa de condiciones geolgicas imprevistas. 3.2.2. Desvi. Es comn que, simultneamente con las operaciones de limpia de la cimentacin se inicien los trabajos necesarios para desviar la corriente del ro, en preparacin de los trabajos de excavacin subsecuentes que haya necesidad de ejecutar. La obra de desvo consiste generalmente en uno varios tneles a travs de la ladera, que podrn utilizarse posteriormente para alojar la obra de toma, bien en zanjas a cielo abierto excavadas al pie de alguna ladera que permitan construir un canal de desvo localizado sobre roca sana; es frecuente que dicho canal se emplee tambin para alojar los conductos de la obre de toma cuando se trata de conductos que pasan a travs del cuerpo de la cortina; vanse los esquemas de las figuras 11 y 12. En todos estos trabajos de excavacin en la roca, debe restringirse en lo posible el empleo de dinamita, ya que el abuso de los explosivos se traduce en incremento importante del fisuramiento, lo cual empeora las25

condiciones de permeabilidad de la cimentacin. Una vez terminados todos los tneles tajos de desvo, se construyen las ataguas de aguas arriba y aguas abajo para conducir el agua del ro a travs de la obra de desvo y mantener en seco el sitio, de manera que puedan realizarse la operaciones de limpia y preparacin de la cimentacin en la zona del cauce. Dichas ataguas son pequeas presas construidas de enrocamiento de grava y arena e impermeabilizadas con una pantalla de material arcilloso limoso, en el lado mojado correspondiente; a menudo, las ataguas pasan a formar parte de los respaldos zonas permeables de la presa posteriormente. 3.2.3. Colocacin de los materiales en el terrapln. Una vez que la cimentacin se encuentra en las condiciones deseadas se procede a colocar los materiales que constituirn el terrapln de la cortina. En esta etapa, es importante cerciorarse de que dichos materiales se coloquen en las condiciones especificadas por el diseador, a fin de lograr que sus propiedades mecnicas sean del mismo orden de magnitud que las previstas en el diseo. Hasta el presente estas especificaciones han producido resultados satisfactorios, ya que, el contenido de humedad con que se colocan estos materiales es suficientemente alto para facilitar el acomodo a los asentimientos diferenciales sin agrietarse y, el grado de saturacin, que resulta generalmente menor de 85 %, permite asegurar que la mayor parte de los asentamientos debido a la compresin de los materiales del terrapln se produzcan mediante el proceso de construccin. Las presiones de poro que se desarrollan en los materiales impermeables durante la construccin estn, de antemano, consideradas en los anlisis de estabilidad para condiciones iniciales, basados en los resultados de las pruebas triaxiales del tipo rpido, segn se explico con anterioridad. Cuando se tienen cimentaciones compresibles de las que se esperan deformaciones posteriores a la construccin y existe el riesgo de asentamientos transversales del corazn impermeable es deseable obtener materiales capaces de adaptarse a las deformaciones diferenciales que se producirn en el futuro, sin que se desarrollen agrietamientos, para tal fin es conveniente aumentar el contenido de agua en colocar los materiales del corazn impermeable a valores que exceden de la humedad ptima de 2 en 2 al 4 %. En las zonas permeables de la cortina, constituidas por grava y arena, debe alcanzarse una compacidad relativa superior al 70 % con objeto de garantizar que los asentamientos de estas zonas sean mnimos y que no se reducirn problemas de licuacin. Los enrocamientos deben colocarse a volteo, procurando que la roca contenga el mnimo posible de finos, por lo que es recomendable, en caso de que el banco de roca este contaminado de limos y arcillas, se someta la roca a un lavado previo antes de depositarse en la cortina.

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CAPTULO IV. NOCIONES PRELIMINARES PARA LA ESTABILIZACION DE LAS CORTINAS EN PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO. 4.1. CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES Al hacer el diseo de una presa de tierra y enrocamiento, el ingeniero debe tener presentes una serie de propiedades de los materiales de que dispone para formar el cuerpo de la presa y de los que existen en su cimentacin. Podran mencionarse, por ejemplo, propiedades como la permeabilidad, resistencia al corte, la compresibilidad etc. Las cuales tienen un amplio rango de variacin en los diferentes tipos de suelos. De aqu que sea conveniente, antes de entrar en los problemas de estabilizacin, tratar acerca de la clasificacin de suelos con el objeto de tratar con diferentes factores que afectan sus propiedades mecnicas, al mismo tiempo que se establezca una convencin para ordenarlos en grupos con caractersticas semejantes. De las diversas convenciones que existen para clasificar a los suelos, se ha elegido aqu el sistema conocido como "Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos"(S.U.C.S), no slo por considerrsele uno de los ms descriptivos sino que, adems, por haber sido adoptado por varias organizaciones interesadas en este campo de la ingeniera, facilita el intercambio de informacin sobre el tema. Con objeto de explicar mejor el sistema de clasificacin antes mencionado, y que su aplicacin sea de utilidad prctica para el ingeniero, es necesario describir primero los factores de los cuales dependen, principalmente, las propiedades mecnicas que a ste le interesan. 4.1.1. Granulometra. Las propiedades mecnicas de los suelos estn ntimamente relacionadas con el tamao y la forma de las partculas que los integran. Un suelo puede estar constituido predominantemente por partculas de tamaos muy semejantes entre s, o bien, puede encontrarse con l una gran diversidad de tamaos, variando desde aquellos que no son visibles aun con los mejores microscopios pticos (partculas coloidales) hasta piedras de 8 a 10 cm. Si se hace pasar una porcin de suelo a travs de una serie de mallas o tamices de aberturas conocidas, como los que indica la tabla 1, en cada una de ellas se irn deteniendo partculas cuyo tamao es mayor que la abertura de la malla que los retiene y menor que la inmediata superior.

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Esta cifra corresponde al nmero de hilos por pulgada que forman a la malla. Tabla. I. Aberturas de mallas del sistema Tyler.

De esta manera puede establecerse la proporcin relativa, en peso, de los diversos rangos de tamao que constituyen el material en cuestin. Cuando tienen dichas proporciones para un suelo dado se dice que se conoce su granulometra, o su textura. 4.1.2. Graduacin. Cuando un suelo est constituido por partculas de gran variedad de dimetros, se dice que el suelo es de buena "graduacin". La curva granulomtrica es continua y suave. Si la curva presenta tramos horizontales o verticales significa, respectivamente, que falta o predomina cierto rango de tamaos y se considera un suelo de "mala graduacin". Una lnea vertical significa que ese suelo est formado por partculas de tamao muy semejante entre s y se conoce como "suelo uniforme". Un suelo uniforme es generalmente ms poroso y ligero y menos resistente que otro bien graduado. 4.1.3. Forma. Independientemente de su tamao, las partculas del suelo pueden tener formas redondas, subredondas, angulares o laminares, como se muestra en la figura. La forma influye en las propiedades mecnicas; por ejemplo: un suelo compuesto en su mayor parte por granos gruesos (mayores de 4.76 mm.) de forma angular, exhibe una mejor trabazn entre sus partculas que otro de igual granulometra pero de granos redondos. Esto se traduce en una mayor resistencia al desplazamiento relativo de las partculas, en el primer caso. Por lo que respecta a los suelos de las partculas finas, la forma es an ms importante. Los coloides de forma laminar alargada poseen propiedades electroqumicas que son mucho ms intensas que en los de forma redondeada. Esta diferencia se refleja en las propiedades plsticas de los suelos finos.

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4.1.4. Plasticidad. Es un hecho bien conocido que, al mojar una tierra constituida por limo y arcilla, se vuelve blanda, formando lodo que al secarse se endurece en grado variable o se vuelve polvo. Estos sencillos fenmenos son, en realidad de naturaleza, fsico qumico muy complejo, y que constituye la base de las pruebas desarrolladas por Atterberg para estudiar las variaciones de la consistencia de los suelos finos con los cambios de humedad. Atterberg introdujo los siguientes conceptos que se conocen como " lmites de consistencia", o de "Atterberg". 4.1.5. Estructura. Adems de la granulometra, la graduacin y la plasticidad, la manera como se asocian las partculas entre s, es decir, la estructura del suelo, es tambin un factor importante en las propiedades mecnicas, se distinguen tres tipos de estructura: " La granular, "La apanalada " y la " La floclenla"; que se muestra en la figura La primera es propia de materiales formados principalmente por granos mayores que los de limo; la segunda es tpica de suelos limosos, uniformes, de estructura suelta, y la ultima de arcillas coloidales floculentas depositadas en agua. Pueden encontrarse muchas combinaciones de estos tres tipos de estructura.29

GRANULAR

APANALADAFig. 21. Tipos de estructuras de los suelos

FLOCULENTA

4.2. SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACION DE SUELOS (SUCS). Este sistema, originalmente introducido por el Dr. A. Casagrande como Sistema de clasificacin de suelos para Aeropuertos, durante los aos de la segunda Guerra Mundial, fue ligeramente modificado, posteriormente por el U.S. Army Corps of Engineers y el U.S. Bureau of Reclamation, para adoptarlo a usos en caminos, presas de tierra y cimentaciones; actualmente se le conoce como Sistema Unificado. Este sistema ofrece la doble ventaja de ser fcilmente adaptable al campo y al laboratorio, requiriendo poca experiencia y unas cuantas pruebas sencillas para determinar el grupo al cual pertenece un suelo dado. Por tomar en cuenta la granulometra, la graduacin y las caractersticas de la plasticidad, describe a los suelos de tal manera que es fcil, con un poco de criterio, asociar a cada grupo de suelo el orden de magnitud de las caractersticas mecnicas, ms importantes y, por consiguiente, su adaptabilidad a diversos usos en la construccin. El cuadro se muestra, en resumen, los principios sencillos en que se basa el sistema unificado. Comienza por dividir los suelos en dos grandes categoras: suelos gruesos y suelos finos. Los primeros son aquellos constituidos por ms de 50%, en peso, de partculas gruesas, considerando como tales las retenidas en la malla Num. 200(0.074 mm). En los segundos., las partculas finas, limo y arcilla, constituyen ms del 50%. Los suelos gruesos, tambin denominados granulares, se subdividen en gravas y arenas segn que, ms, o menos del 50% de las partculas gruesas sean retenidas por la malla Nm. 4. En el laboratorio pueden precisarse estos datos mediante el anlisis granulomtrico, pero en el campo se requiere un apoca de experiencia para apreciar a ojo los porcentajes relativos de cada uno de los componentes gruesos. Es til saber que las partculas de 0.074 mm, son las ms pequeas que pueden distinguirse a simple vista y que el tamao de la malla 4 es, aproximadamente, 5 mm.

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4.3. PROPIEDADES GENERALES DE LAS FRACCIONES DE UN SUELO Para tener un concepto claro de las propiedades que puede tener una mezcla de diferentes proporciones de gruesos y finos es muy instructivo conocer las caractersticas de cada fraccin de suelo aisladamente. 4.3.1. Gravas y Arenas. Las gravas y arenas bien graduadas son materiales muy estables y cuando carecen de finos son muy permeables. Las gravas son ms estables y permeables que las arenas gruesas y estas ms que las arenas finas. Las arenas finas muy uniformes, (mal graduadas) son, en cambio, ms permeables y menos estables que las bien graduadas. Estas propiedades de las fracciones gruesas dependen mucho de la graduacin, forma y tamao de las partculas. 4.3.2. Limo y arcilla. El limo y la arcilla constituyen la fraccin fina de un suelo y muy pequeas proporciones de ellos pueden modificar considerablemente las propiedades de la fraccin gruesa, especialmente su permeabilidad y capilaridad, pues en los suelos gruesos bien graduados basta un 12% de finos para volverlos prcticamente impermeables. Es fcil confundir a la simple vista de un limo con una arcilla cuando se encuentran secos y pulverizados, pero hmedas se distinguen muy fcilmente mediante tres pruebas manuales. A continuacin se dan las propiedades distintivas de estas dos fracciones. Los limos son los finos no plsticos; son sumamente inestables cuando estn saturados, son impermeables y difciles de compactar y en los lugares de invierno riguroso existe el peligro de que se hinchen por efecto de la congelacin. A diferencia de las arcillas, en los limos el agua no se adhiere a las partculas con tanta fuerza, lo cual les proporciona una mayor movilidad; esto hace que, al agitar una pastilla de limo saturado, en la mano, el agua a parezca rpidamente en la superficie, dndole una apariencia lustrosa. Cuando esta seca se puede pulverizar fcilmente entre los dedos y al hacerlo polvo da una sensacin al tacto como de harina. La compresibilidad de un limo compactado depende, en gran parte de la forma y tamao de las partculas; cuando estas son grandes y redondeadas es menos compresible y el limite liquido tiene valores de alrededor de 30%; si son partculas muy finas como las de la tierra de diatomeas, o laminares como la de los limos micceos, es muy comprensible y su limite liquido varia de 50 a 100% o ms. El poder retentivo de la humedad es menor en el limo que en la arcilla y, para igual valor del lmite lquido, el ndice de plasticidad es menor que el primero.

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Las arcillas son los finos plsticos del suelo y sus caractersticas mecnicas se ven importantemente afectadas por el contenido de humedad, cuando este es alto poseen una baja resistencia al esfuerzo cortante, mientras que en estado seco la resistencia llega a ser muy considerable, lo cual se comprueba fcilmente al tratar de desmoronar un trozo de arcilla seca entre los dedos. Por otra parte, al permitir el secado de una arcilla hmeda, se observa que se contrae con la reduccin de humedad, y se expande cuando esta aumenta. La compresibilidad tambin varia con los cambios de humedad, siendo mayor para un contenido de humedad alto. Estas propiedades de la arcilla se atribuyen al comportamiento de las partculas de tamao coloidal (menor que 0.0002 mm) a las cuales el agua se adhiere por atraccin molecular, formando una pelcula de espesor variable segn la cantidad de agua disponible y las caractersticas elctricas del coloide; esta agua elctricamente adherida se conoce como agua adsorbida. Cuando el agua se evapora el espesor de las pelculas disminuye y las partculas se acercan entre s; en cambio, si se dispone de agua abundante el espesor de la pelcula aumenta y las partculas se separan; esto explica las variaciones del volumen de la arcilla con las variaciones de humedad. La variacin de resistencia al esfuerzo cortante se atribuye que al cambiar el espesor de las pelculas de agua cambia la separacin entre pelculas coloidales y varia la fuerza atractiva molecular entre ellas y que consecuentemente, su resistencia al desplazamiento; de aqu que, mientras mayor sea el espesor de las pelculas, las partculas estn sometidas a una menor fuerza atractiva y ofrecen una menor resistencia al desplazamiento que si las pelculas fueran delgadas. La variacin de la compresibilidad puede tambin explicarse con los mismos conceptos; cuando las pelculas son gruesas el suelo es muy poroso y la resistencia al desplazamiento relativo de sus partculas ms alta, como sucedera si las partculas de agua adsorbido fuesen delgadas. La resistencia de una arcilla no solamente varia con el contenido de humedad; si se toma un trozo de arcilla en estado natural y se le amasa con la mano, sin cambiarle el contenido de humedad se observa que su resistencia disminuye en mayor o menor grado, segn la clase de arcilla de que se trate y su historia geolgica, por ejemplo, las arcillas volcnicas de un deposito lacustre del Valle de Mxico son accesibles al premoldeo que las arcillas marinas de Guaymas, otra caracterstica interesante de la arcilla, desde el punto de vista de la construccin consiste en que la resistencia que se pierde con el premoldeo se recupera parcialmente con el tiempo; este fenmeno se le conoce con el nombre de "tixotropa" y es de naturaleza fsicoqumica pero no ha sido bien estudiado todava. El cuadro muestra, en resumen, los principios sencillos en que sebasa el sistema unificado. Comienza por dividir los suelos en dos grandes categoras: suelos "gruesos" y suelos "finos". Los primeros son aquellos constituidos por mas de 50%, en peso, de partculas gruesas, considerando como tales las retenidas en la malla Num. 200(0.074 mm). En los segundos., las partculas finas, limo y arcilla, constituyen ms del 50%.32

4.4. CLASIFICACION DE LAS GRAVAS Y ARENAS. Las gravas se clasifican segn su graduacin, su porcentaje de finos y las caractersticas de plasticidad de estos, en cuatro grupos, cada uno de los cuales se representa por un smbolo formado por dos letras, como sigue: 4.4.1. Gravas bien graduadas (Gb). Las que contienen menos del 50% de finos y poseen buena graduacin. La buena graduacin queda definida por dos parmetros que son: el coeficiente e uniformidad (Cu) y el coeficiente de curvatura (Cc); ambos obtenidos de la curva granulomtrica segn las siguientes expresiones: Segn que, mas, o menos del 50% d4 las partculas gruesas sean retenidas por la malla Nm. 4. En el laboratorio pueden precisarse datos mediante el anlisis granulomtrico, pero en el campo se requiere una poca de experiencia para apreciar a ojo los porcentajes relativos de cada uno de los componentes gruesos. Es til saber que las partculas de 0.074 mm, son las mas pequeas que pueden distinguirse a simple vista y que el tamao de la malla 4 es, aproximadamente, 5 mm. Representada por un smbolo formado por dos letras, como sigue: En las que: 1. D60 es el dimetro, en mm, para el cual el 60% de las partculas son menores que ese dimetro. 2. D10 es el dimetro, en mm, para el cual el 10% de las partculas son menores que ese dimetro. 3. D20 es anlogo a los anteriores, pero para 30%. La figura 1 muestra estos conceptos: Una grava se considera bien graduada cuando se cumplen las siguientes condiciones: Cu > 4 < Cu < 3 4.4.2. Gravas mal graduadas (Gm). Las que contienen menos del 5% de finos y su curva granulomtrica revelan una mala graduacin, identificada por las siguientes expresiones: Cu < 4 Cu < 1; o Cc > 3

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En el campo, la buena o mala graduacin puede apreciarse observando si predomina o falta, en el material que se examina, algn rango de tamaos de partculas. Gravas Limosas (GL). Las que contiene mas del 12% de finos no plsticos; esto s definir al tratar de los suelos finos. Gravas Arcillosas (GB). Tienen ms del 125 de finos plsticos; se definir al tratar de los suelos finos. Las arenas quedan clasificadas en cuatro grupos semejantes a los anteriores. 4.4.3. Arenas bien graduadas (Ab). Contienen menos del 5% de finos y satisfacen los siguientes requisitos de uniformidad: Cu > 6 1 < Cu < 3 4.4.4. Arenas mal graduadas (Am). El mismo contenido de finos que el anterior, pero con los siguientes requisitos de graduacin: Cu < 6 Cu < 1; o Cc > 3 4.4.5. Arenas limosas (AL). Mas del 12% de finos no plsticos. 4.4.6. Arenas Arcillosas (AB). Ms del 12% de finos plsticos. Tanto en las gravas como en las arenas, aquellos materiales cuyo contenido de finos esta entre 5% y 12% se identifican con un smbolo doble, separado por un guin. Ejemplo: grava que contiene 8% de finos no plsticos y su curva granulomtrica es suave. Su smbolo (GbGL). Tambin pueden presentarse casos en que la plasticidad de los finos sea intermedia y el contenido mayor de 12%, emplendose para estos casos el smbolo doble. Ejemplo: arena con 205 de finos de plasticidad media (ALAB). Los suelos finos se subdividen, segn sus caractersticas de plasticidad, en dos grupos: Suelos de baja plasticidad y de alta plasticidad, aceptando como frontera arbitraria entre los dos grupos un LL= 50%; los del primer grupo son aquellos que exhiben un limite liquido menor. En las construcciones de presas de tierra, la plasticidad de34

los suelos finos esta asociada con su compresibilidad, despus de haber sido compactada en el terrapln. 4.5. CLASIFICACIN DE MATERIALES FINOS. Los materiales finos de baja plasticidad son de compresibilidad baja y se clasifican en los tres siguientes tipos: 4.5.1. Limos de baja compresibilidad (lp). Formados por partculas minerales cuyas caractersticas de plasticidad, representadas en las cartas de plasticidad descrita anteriormente (figura 22), dan puntos localizados debajo de la lnea A y a la izquierda de la lnea B. Los materiales finos de baja plasticidad son de compresibilidad baja y se clasifican en los tres siguientes tipos: 4.5.2. Arcillas de baja compresibilidad (bp). Suelos minerales cuyas caractersticas de plasticidad dan puntos arriba de la lnea A y a la izquierda de la B. 4.5.3. Suelos orgnicos de baja compresibilidad (Op). Limos o arcillas minerales, con alto contenido de humus dan puntos bajo de la lnea A y a la izquierda de la B. 4.5.4. Limos de alta compresibilidad (Lc). Son suelos minerales cuyas caractersticas de plasticidad quedan representadas por puntos bajos de la lnea A y a la derecha de la B 4.5.5. Arcillas altamente compresibles (Bc). Arcillas inorgnicas, con alto contenido de coloides, que dan puntos arriba de la lnea A y a la derecha de la B. 4.5.6. Suelos orgnicos altamente compresibles (Oc). Limos o arcillas minerales que contienen una fuerte cantidad de humus orgnico y sus caractersticas de plasticidad se representan por puntos debajo de la lnea A y a la derecha de la B. Un grupo independiente en este sistema de clasificacin lo constituyen los suelos denominados "turbas" que estn formados predominantemente por materia orgnica descompuesta o en proceso de descomposicin.

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Se caracterizan por su color oscuro, bajo peso, gran compresibilidad y baja resistencia. La distincin entre los diversos tipos de suelos finos en el campo se basa en tres pruebas muy sencillas, cuyos principios se comprendern mejor despus de describir las propiedades fsicas inherentes a cada fraccin del suelo. En la construccin de presas de tierra se emplean materiales aun mas gruesos que las gravas; dichos materiales son por lo general depositados por las corrientes de los ros y afectan normalmente formas redondeadas, a lo cual deben el nombre de boleos o cantos rodados. Los rellenos formados por fragmentos de roca, obtenidos de la explotacin de una pedrera, constituye otro de los materiales de uso frecuente; tales rellenos se denominan enrocamientos. 4.6. PRUEBAS MANUALES PARA IDENTIFICAR SUELOS FINOS EN EL CAMPO Movilidad de agua. Despus de quitar las partculas gruesas, mayores que la malla numero 40, preprese una pastilla de suelo hmedo, de un volumen aproximadamente igual a 10 cm; si es necesario, aada suficiente agua para dejar el suelo blando, pero no pegajoso. Colquese la pastilla en la palma de la mano y agtese horizontalmente, golpese vigorosamente con la otra mano varias veces. Una reaccin positiva consiste en que la superficie de la pastilla aparece con agua, adquiriendo una apariencia lustrosa como de hgado. Cuando la pastilla se aprieta entre los dedos desaparecen de la superficie el agua y el lustre, el suelo se vuelve tieso y finalmente se agrieta o se desmorona. La rigidez con la que aparece el agua en la superficie al agitar y desaparece al apretar sirve para identificar la clase de fines del suelo. Las arenas muy finas dan una reaccin ms rpida y distintiva, mientras que las arcillas plsticas no muestran reaccin. Los limos inorgnicos tales como el polvo de roca dan una reaccin moderada. 4.6.1. Resistencia del suelo seco. Despus de eliminar las partculas de tamao mayor que el de la malla numero 40, moldese una pastilla de suelo hasta alcanzar la consistencia de una macilla, aadiendo agua si es necesario. Squese la pastilla completamente al horno, al sol o al aire, y prubese su resistencia al esfuerzo cortante rompindola entre los dedos. Esta resistencia es una medida del carcter y que cantidad de fraccin coloidal que contiene el suelo, pues aumenta con su plasticidad.36

Una alta resistencia en seco es caracterstica de las arcillas del grupo B. Un limo inorgnico tpico exhibe resistencia muy baja, al igual que las arenas finas limosas, pero puede distingursele por la sensacin al tacto del material pulverizado; la arena fina se siente granulosa, mientras que el limo da una sensacin suave de harina. 4.6.2. Tenacidad. Despus de eliminadas las partculas retenidas en la malla nmero 40, moldese un espcimen de 10 cm3, hasta alcanzar la consistencia de macilla. Si esta muy seco deber de agregarse agua, y si esta muy hmedo se extiende en una capa delgada que permite la perdida de humedad por evaporacin. Amsese entre las manos o sobre una superficie lisa, haciendo una barrita de 3 mm. De dimetro, hasta que dicha barra se vuelva quebradiza, es decir, hasta alcanzar l 4.6.3. Limite plstico. En estas condiciones se juntan los pedazos de la barrita y se amasan entre los dedos formando una bola. La preponderancia de fraccin arcillosa de un suelo se identifica por la mayor o menor tenacidad de la barrita al acercarse al limite plstico y por la rigidez de la bolita la aplastarla entre los dedos. La debilidad de la barrita en el limite plstico y la baja tenacidad de la bola indican la presencia de arcilla inorgnica de baja plasticidad, tales como las del caoln, o de arcillas orgnicas que caen bajo la lnea "A". Las arcillas altamente inorgnicas se sienten dbiles y esponjosas al tacto en el lmite plstico.

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CAPITULO V. ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES. 5.1. CAUSAS DE FALLA EN PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO. Puesto que las normas de diseo moderno de las presas de tierra se basan, por una parte en el conocimiento de las propiedades mecnicas de los materiales que integran a la seccin, y por la otra en el estudio de los fenmenos que han sido responsables de las fallas ocurridas en el pasado. Simultneamente se irn describiendo los fenmenos que involucra cada tipo de falla y aquellas propiedades de los suelos que estn ntimamente relacionados con ella. Se conocen como causas de falla ms frecuentes las siguientes: 1. Tubificacin 2. Agrietamiento 3. Licuacin 4. Deslizamiento de taludes 5.2. TUBIFICACION. Al almacenarse el agua tras de una presa de tierra una parte de dicha agua comi