PRESAS DE TIERRA

MECANINCA DE SUELOS

PRESAS

QUE ES UNA PRESA ? Una presa es una estructura que se

emplaza en una corriente de agua para embalsarla y/o desviarla para su posterior aprovechamiento o para proteger una zona de sus efectos dañinos.

Las presas permiten controlar y disponer de agua con los siguientes fines:

Consumo humano Consumo industrial Riego Control de crecidas Navegación Protección de márgenes Generación Eléctrica Turismo, Esparcimiento y Recreación Piscicultura Contención de aluviones

En el Perú los embalses de agua se construyen y emplean esencialmente para los siguientes casos:

Riego de terrenos con fines agrícolas Afianzamiento hídrico de centrales

hidroeléctricas Uso en agua potable

PRESA DE TIERRA

Las presas de tierra constituyen el tipo de presas más común, principalmente por su construcción ya que intervienen materiales en su estado natural que requieren el mínimo de tratamiento. Además, los requisitos para sus cementaciones son menos exigentes que para los otros tipos.

PARTES DE UNA PRESA DE TIERRA

TIPOS DE PRESA DE TIERRA

PRESAS HOMOGENEASSon construidas exclusivamente con suelos compactados tienepor lo menos una protección contra el oleaje en el talud de aguasarriba. PRESAS HETEROGENEASEl tipo más común de sección depresa de suelos compactados esaquel que tiene un núcleo centralimpermeable

PRESAS DE PANTALLAEl terraplén de estas presas se constituye con material permeable (arena, grava o roca) estableciéndose una pantalla fina de material impermeable que constituye una barrera que impide el paso del agua. PRESAS DE ESCOLLERASe utiliza rocas de todos los tamaños de mar de asegurar la estabilidad y una pantalla impermeable para darle estanquidad.

DISEÑO PRESA DE TIERRA

Altura de la Presa Cimentación Ancho de Coronamiento Borde Libre Diseño de Filtros Conducto Cerrado Diseño de taludes Protección contra la erosión

ALTURA DE LA PRESALa altura de la cortina o presa, se obtiene en base al estudio hidrológico, donde se ha determinado el volumen de almacenamiento necesario para la demanda de riego y en relación con la altura más económica de la presa, donde los componentes de dicha altura se manifiestan de acuerdo con la siguiente ecuación: H = H1 + H2 + H3 + R

Donde:H = Altura total de la presaH1 = Altura debido al volumen muertoH2 = Altura debido al volumen útilH3 = Altura debido al volumen de descarga por el vertedor R = Altura por bordo libre de la presa

CIMENTACIÓNEl término de cimentación, incluye tanto el cauce del río como los estribos. Lo requisitos esenciales de una cimentación para una presa de tierra: que debe proporcionar un apoyo estable para el terraplén en todas las condiciones de saturación y de carga, debiendo tener al mismo tiempo una resistencia elevada a la filtración para evitar una pérdida de agua excesiva.Debido a que los métodos de tratamiento son apropiados para diferentes condiciones, las cimentaciones se agrupan en tres clases principales de acuerdo con sus características predominantes: Cimentaciones de roca Cimentaciones de materiales de grano grueso

(arena y grava) Cimentaciones de grano fino (limo y arcilla)

ANCHO DE CORONAMIENTO

El ancho de coronamiento depende principalmente del uso que va a tener el coronamiento (vía, mantenimiento, etc.) Criterio del Bureau of Reclamación:

Donde: H = Altura total de la Presa (m.) W = Ancho de coronación (m.)Criterio de Stiegler Warmen Dammbau:El ancho W de la corona varia de 1/7 hasta ¼ de la altura H de la presaEl U.S. Army Corps of EngineersRecomienda un ancho mínimo de 7,5 m., para permitir una compactación adecuada de la Presa

35HW

DISEÑO BORDE LIBRE

El borde libre es la distancia vertical entre la cresta de la Presa y la altura máxima del agua en el vertedero para la inundación de diseñoFactores a tener en cuenta para el diseño del Borde libre Efectos del viento Acción de las olas Efectos de los Sismos Asentamientos de la Presa Factor de seguridad (3 % de la altura de la Presa)

Formula de según G. Post y Laude, para embalses con L < 18 Km. De longitud

Donde: R = Borde libre v = velocidad de la ola en m. h = altura de la ola en m. g = 9,81 gravedad

gvhR2

75.02

DISEÑO DE FILTROS Filtración en el cuerpo de la presaLa filtración a través de la presa se controla por medio de un dren central de material graduado (arena y gravilla), que puede ser vertical o inclinadoLa ubicación de la curva de filtración o “curva de la presión hidrostática cero” depende de los siguientes factores: Permeabilidad de los materiales de construcción

del cuerpo de la presa Condiciones de cimentación

Dren o tapiz filtrante en talud aguas abajoDe acuerdo con el cálculo de la curva máxima de saturación del material del cuerpo de la presa se espera que la altura máxima sobre el talud del tapiz filtrante aguas abajo sea 10.54 m, sin embargo por razones de seguridad para el diseño se adopta una altura hasta el NAN y un espesor de 1 m, y horizontalmente este dren se desplaza hasta el pie del talud.  

CONDUCTO CERRADO

La colocación de un conducto de agua, generalmente a la obra de toma, a través de un terraplén o de una cimentación deformable lleva implícitos riesgos de tres clases: Fugas a través de juntas y fisuras, con sus

consecuencias en las propiedades de los suelos que las reciben.

Fallas estructurales del ducto por incompatibilidad a deformación con el medio en que yace, o por excesiva presión de contacto con el mismo.

Vías para el agua entre el ducto y el terreno, favorecidas por la compactación deficiente y por incompatibilidad a deformación.

DISEÑO DE TALUDES

Pendiente de los taludesComo punto de partida para el diseño se ha establecido taludes mínimos tanto aguas arriba como abajo con criterios que toman en cuenta los tipos de materiales disponibles en los bancos de préstamo con los cuales se pretende construir la presa, altura de la presa, condiciones de la cimentación: El material para el cuerpo de presa será del tipo: CL Arcilla Magra arenosa SC Arena arcillosa con grava Altura máxima de la presa sobre el lecho del río H = 22 m. Talud aguas arriba 1: 3 Talud aguas abajo 1: 2.5

Pendientes de Taludes para Presas Homogéneas Típicas

Altura (m.) Talud Aguas Arriba Talud Aguas Abajo

5 2.00 H: 1 V 1.50 H : 1V

5 a 10 2.50 H: 1 V 2.00 H : 1V

12 a 15 2.75 H: 1 V 2.50 H : 1V

20 a 30 3.00 H: 1V 2,50 H: 1V

Cálculo Estabilidad de Taludes

Se han propuesto varios métodos para calcular la estabilidad de las Presas de Tierra. Estos métodos se basan en la resistencia al corte del suelo y en algunas suposiciones con respecto al carácter de una falla del terraplén.

El método sueco o del " circulo de deslizamiento ", el cual supone que la superficie de ruptura es cilíndrica, es un método relativamente sencillo de analizar la estabilidad de un terraplén. Aunque se han elaborado otras soluciones estrictamente matemáticas, el método de círculo de deslizamiento para analizar la estabilidad es el más aceptado.

El factor de seguridad contra deslizamiento de un círculo supuesto se puede calcular con la siguiente ecuación: CL + tanϕ (N-U)/ TDonde: N = Resultante de las fuerzas normales a lo largo del arco U = Resultante de la fuerza de subpresión, debido a la

presión intersticial a lo largo del arco. T = Suma algebraica de las fuerza tangenciales a lo largo

del arco L = Longitud del arco del círculo de deslizamiento C =Cohesión ϕ = Angulo de fricción interna

PROTECCIÓN CONTRA EROSIÓN DE TALUDES

Las Presas con taludes exteriores de material fino, deben protegerse contra la erosión producto del oleaje.Los procedimientos más conocidos para la protección del talud de aguas arriba son: Enrocamiento sobre un filtro de arena de

dimensiones y características adecuadas. Pavimento de concreto sobre un filtro de

arena bien graduada. Mezclas asfálticas o suelo-cemento

PROBLEMAS ESPECIALES QUE PRESENTAN LAS PRESAS DE TERRA

Efectos naturales como sismos Mal diseño o construcción Mala selección de los materiales Envejecimiento y falta de mantenimiento Inestabilidad de cimentación y empotramientos Filtraciones y supresiones Fallas en equipo mecánico (vertederos) Mal funcionamiento u operación (del vaso y el

vertedor)

CONSIDERACIONES GENERALES PARA LA UBICACIÓN DE LA PRESA

Consideraciones topográficas Consideraciones geológicas Consideraciones hidrológicas Consideraciones hidráulicas Consideraciones estructurales Consideraciones generales

VENTAJAS EN PRESAS DE TIERRA

Aplicable en distintos tipos de sitio (Valles amplios o gargantas estrechas).

Adaptable a un amplio rango de condiciones de fundación, desde rocas competentes hasta formaciones de suelos blandos y compresibles o permeables.

Usa materiales de la zona, minimiza la necesidad de importar o transportar grandes cantidades de material.

El diseño es flexible, muchas posibilidades de aprovechar los materiales y las condiciones.

La construcción es mecanizada y continúa. Los costos unitarios del terraplén suben más lento que

los del concreto. Bien diseñada se puede ajustar con seguridad a un

apreciable grado de asentamiento-deformación.

DESVENTAJAS EN PRESAS DE TIERRA

Muy vulnerables por sobrevertido. Hay que garantizar realce para crecidas. Vertedero suficiente. Vertedero separado. Vulnerable filtración y erosión interna en

la presa o en la fundación.

CONSECUENCIAS

Las presas de tierra son las más comunes dentro de los diferentes tipos de construcciones cuyo objetivo es el almacenamiento de agua, esto se debe principalmente al tipo del material del cual se encuentran elaborados ya que generalmente se encuentran en su estado natural y a esto se le suma que los requisitos para su elaboración no requieres de tanta complejidad como lo son necesarios para otro tipo de construcciones.

Se logró establecer que las presas de tierra no son tan complejas para su elaboración, debido a su reducido tamaño requieren de estructuras complementarias que les sirva de soporte como es el caso de los vertederos como por lo que es necesario inicialmente tener en cuenta la capacidad de almacenamiento que tendrá la presa para no incurrir en una de las falencias de estas construcciones que es no contar con la suficiente capacidad de almacenamiento y terminar dañando las estructuras complementarias aunque los daños se puede presentar por otros factores.