DISEÑO DE PRESAS DE TIERRA
INTRODUCCIÓN
El agua
es el recurso natural natural más importante importante de la tierra. tierra. Durante mucho tiempo se pensó
que el agua era un recurso ininito de poca importancia ! nunca se pensó que esta amena"ar#a con altar alg$n d#a. %o! en todas las partes del mundo el agua se con&ierte en el l#quido más preciado ! necesitado. El agua es el elemento undamental para la su'sistencia del hom're( los animales ! las plantas. El gran aumento de d e la po'lación( el desarrollo desar rollo industrial( energ)tico( agropecuario( terrestre ! las necesidades dom)sticas son actores que han coincidido a que el agua sea considerada como una de las sustancias más complicadas ! di#ciles de o'tener en un estado limpio. El agua es considerada como uno de los recursos más importantes que nos 'rinda la naturale"a para el desarrollo desar rollo económico.
Una presa
es una estructura que se interpone a una corriente de agua para em'alsarla
!*o des&iarla des&iarla para su posterior posterior apro&echamiento apro&echamiento o para proteger una "ona de sus eectos da+inos. ,os moti&os principales para construir presas son concentrar el agua de una cuenca hidrológica que conlu!e a un r#o( en un sitio determinado( lo que permite producir energ#a para generar electricidad( regular el agua( dirigirla hacia canales ! sistemas de a'astecimiento( aumentar la proundidad de los r#os para hacerlos na&ega'les( controlar el caudal de agua durante los periodos de inundaciones ! sequ#a( ! crear pantanos para acti&idades recreati&as.
REQUERIMIENTO DE UN BUEN SITIO DE PRESA -n sitio satisactorio satisactorio para un em'alse em'alse de'e cumplir ciertos requisitos uncionales uncionales ! t)cnicos. ,a con&eniencia uncional de un sitio se rige por el 'alance entre sus caracter#sticas naturales espec#icas ! el propósito del em'alse. ,os requerimientos 'ásicos del lugar para poder empla"ar una presa son
,a "ona de'e tener una topogra#a tipo /cuello de 'otella0. ,a garganta de'e ser estrecha ! el em'alse amplio.
De la longitud( altura de la presa e hidrolog#a depende el reali"ar una o'ra que sea económica. ,a topogra#a en gran parte dicta la primera elección del tipo de presa. ,a elección del tipo de presa de'e estar precedida de una comparación de soluciones posi'les( en su triple aspecto estructural( es tructural( hidráulico ! económico. Entre otros aspectos que se de'en tener en cuenta respecto al sitio de la presa son a1 '1 c1 d1 e1 1
2undación Disponi'ilidad de los 3ateriales 4ertedero dero Orilla Orillass superior superiores es ! &asos no inil iniltra tra'le 'less 5rea 5rea de inun inunda daci ción ón Transp Transport orte( e( acces accesoo e inst instala alació ciónn de aena aenass
CLASIFICACIÓN DE LAS PRESAS Presas Rígidas: Se constru!en con materiales maci"os como hormigón( mamposter#a ! acero. ,os taludes de los paramentos son dierentes( en general mu! uertes aguas a'a6o ! casi &erticales aguas arri'a. Estas presas tienen periles relati&amente es'eltos seg$n el tipo ! están dise+adas generalmente a le7ión.
constr stru!en u!en con terrapl terraplenes enes de suelo suelo o Presa resass de tier tierra ra o de relle lleo! o!"" Se con enroc enrocad ados. os. ,as ,as pendi pendient entes es de los los parame parament ntos os agua aguass arri arri'a 'a ! agua aguass a'a6o a'a6o son son similares ! con un ángulo moderado( lo que produce una sección ancha ! un
&olumen de construcción grande con respecto a su altura.
PRESA DE TIERRA -na presa puede denominarse de relleno de tierra si los suelos compactados representan más de 89: del &olumen colocado de material. -na presa de relleno de tierra se constru!e principalmente con suelos seleccionados cuidadosamente para la ingenier#a( de compactación uniorme e intensi&a en capas más o menos delgadas ! con un contenido de humedad controlada. ;onstitu!e el tipo de presa más com$n porque en su construcción inter&ienen materiales en su estado natural que requieren el m#nimo de tratamiento( además los requisitos para sus cimentaciones son menos e7igentes que para los otros tipos.
CLASIFICACIÓN DE LAS PRESAS DE TIERRA Podemos clasiicar las presas de tierra desde el punto de &ista del dise+o ! del m)todo de construcción.
Clasi#i$a$i% seg& el dise'o Presas (o)og*eas: Están compuestas de un solo material
En una sección completamente homogénea es inevitable que las filtraciones emerjan en el talud de aguas abajo, cualquiera que sea éste y la impermeabilidad del suelo.
=o es mu! desea'le la construcción de este tipo de presas( lo con&eniente es que e7ista al menos dos tipos de material( uno para proporcionar esta'ilidad ! que sea permea'le para reducir la presión de poros( ! otro impermea'le para e&itar la iniltración a tra&)s de la presa. ;omo con la modiicación del tipo de la sección homog)nea con drena6e resulta un pro!ecto mu! me6orado( la sección completamente homog)nea no se de'e usar para presas de almacenamiento.
Presas +oeadas o de se$$i% $o),-esta!" Es el tipo más com$n de presas de tierra compactada( están reali"adas de más de un material( el interno de tipo impermea'le( soportado por e7teriores de material relati&amente permea'le. El tipo más com$n consta de un n$cleo central impermea'le coninado por "onas de materiales considera'lemente más permea'les. ,as "onas permea'les coninan( soportan ! protegen el n$cleo impermea'le> la "ona permea'le de aguas arri'a proporciona esta'ilidad contra los rápidos desem'alses( ! la "ona permea'le aguas a'a6o act$a como dren para controlar el l#mite superior de iltración
En una sección completamente homogénea es inevitable que las filtraciones emerjan en el talud de aguas abajo, cualquiera que sea éste y la impermeabilidad del suelo.
=o es mu! desea'le la construcción de este tipo de presas( lo con&eniente es que e7ista al menos dos tipos de material( uno para proporcionar esta'ilidad ! que sea permea'le para reducir la presión de poros( ! otro impermea'le para e&itar la iniltración a tra&)s de la presa. ;omo con la modiicación del tipo de la sección homog)nea con drena6e resulta un pro!ecto mu! me6orado( la sección completamente homog)nea no se de'e usar para presas de almacenamiento.
Presas +oeadas o de se$$i% $o),-esta!" Es el tipo más com$n de presas de tierra compactada( están reali"adas de más de un material( el interno de tipo impermea'le( soportado por e7teriores de material relati&amente permea'le. El tipo más com$n consta de un n$cleo central impermea'le coninado por "onas de materiales considera'lemente más permea'les. ,as "onas permea'les coninan( soportan ! protegen el n$cleo impermea'le> la "ona permea'le de aguas arri'a proporciona esta'ilidad contra los rápidos desem'alses( ! la "ona permea'le aguas a'a6o act$a como dren para controlar el l#mite superior de iltración.
Para controlar con mayor eficacia las filtraciones transversales y las producidas por los desembalses, la sección de la presa debe tener, en lo posible, una permeabilidad creciente del centro hacia los taludes.
Este tipo de presas puede ser de más de ? "onas( dándose un incremento de tama+o ! permea'ilidad hacia uera( se requiere disponi'ilidad de materiales en los 'ancos ! me6or a dierentes ni&eles. ,a anchura má7ima de la "ona impermea'le se controlará con respecto a su esta'ilidad( a las iltraciones ! tam'i)n con respecto a los materiales disponi'les. Puede decirse que( si se dispone de una &ariedad de suelos ácilmente( el tipo de presa de tierra que se eli6a de'e ser siempre el de sección compuesta( de'ido a sus &enta6as inherentes que producirán econom#as en el costo de la construcción.
Presas de tierra . ero$ado: Tienen el interior de tierra( con rocas de gran tama+o en am'os taludes. ,a parte de tierra puede ser "oneada( protegida por "onas de iltro. El enrocado es para ines de esta'ilidad estructural ! para dar protección a los taludes.
Clasi#i$a$i% seg& el )*todo de $ostr-$$i%!" Seg$n el m)todo de construcción las presas pueden clasiicar en
Presas
$ostr-idas
,or
a,isoado
,or
$a,as: Se
colocan
capas
sucesi&as ! mecánicamente son compactadas( necesitan el a6uste constante de la humedad( por lo tanto se de'e reali"ar la compactación con capas de limitado espesor con la apropiada humedad. Requieren 'uena compactación ! adherencia( es el m)todo constructi&o más com$n ! requiere del uso de 'astante maquinaria.
Presas $ostr-idas ,or relleado (idr/-li$o!" Se reali"an con material e7ca&ado( transportado ! empla"ado con m)todos hidráulicos
FUNDACIONES DE PRESAS DE TIERRA ,a calidad de la undación de un sitio de presa de'e &alorarse en t)rminos de esta'ilidad( capacidad portante( compresi'ilidad
•
2undación de roca. 2undación de arena gruesa( gra&a( arenas densas ! gradadas. 2undación de arena ina( medias uniormes o limo. 2undación de arcilla. 2undación de capas delgadas impermea'les en undaciones
•
Estratos con incremento de permea'ilidad con la proundidad. 2undación de suelo orgánico.
• • • •
permea'
[email protected]
F-da$i% de
[email protected] Este tipo de undación resiste cargas mu! grandes( as# como tam'i)n a la erosión ! a la iltración( no presenta pro'lemas( e7cepto cuando e7isten "onas d)'iles allas( capas de arcilla( canales( ra6aduras( etc. ,a in&estigación de la undación deine iniltraciones de lechada de cemento o de 'entonita para me6orar la resistencia al desli"amiento ! para sellar las "onas de iniltración.
F-da$i% de area gr-esa0 gra1a0 areas desas . gradadas!" Estas
undaciones no dan pro'lemas de esta'ilidad( pero son mu! permea'les por lo que requieren medidas para el control de la iniltración. Si está 'ien compactada es 'uena para resistir presas de tierra( de enrocamiento ! presas 'a6as de concreto.
F-da$i% de area #ia0 )edias -i#or)es o li)o!" Presentan asentamientos dierenciales desiguales( son propensas a la licueacción durante los mo&imientos s#smicos. Se pueden utili"ar para presas de poca altura( no sir&en para presas de enrocamiento. =o ha! pro'lema con este tipo de undación si la densidad relati&a es apro7imadamente 8:( requieren alta compactación ! control de la iniltración.
F-da$i% de ar$illa!" ,as arcillas si tienen alta plasticidad requieren de in&estigación ! dise+o( tienen pro'lemas de esta'ilidad de'ido a su 'a6a resistencia al corte ! la lenta tasa de consolidación! Por la esta'ilidad requieren pendientes 'a6as en los taludes( no son 'uenas para presas de concreto.
F-da$i% de $a,as delgadas i),er)ea2les e #-da$ioes ,er)ea2les " Estratos $o i$re)eto de ,er)ea2ilidad $o la ,ro#-didad!" En este tipo de undaciones las altas presiones de iniltración se pueden desarrollar cerca al talón de la presa! Requieren drena6e para ali&iar la presión de iniltración ! e&itar el peligro de canali"ación o soca&ación( se de'e garanti"ar la e&acuación de las iniltraciones a supericie li're ! no a presión.
F-da$i% de s-elo org/i$o!" Es totalmente inadecuado( de'emos hacer un análisis de co'ertura para &er cuánto material tendr#amos que remo&er para poder tener otro tipo de material so're el cual undar
CAUSAS DE FALLA 3 CRITERIOS PARA UN DISE4O SE5URO
Ca-sas de Falla ,os principales mecanismos ! modos de alla identiica'les en una presa de relleno se ilustran en orma esquemática en la igura B.C. ;iertos mecanismos están interrelacionados( por e6emplo( puede ocurrir re'osamiento de'ido a una capacidad inadecuada del &ertedero o por carencia de un 'orde li're lo que( a su &e"( puede resultar de una deormación ! sedimentación de largo pla"o. ,a erosión interna ! los mecanismos de re'osamiento son de inter)s particular( cada uno de ellos es responsa'le de la ma!or#a de los incidentes ! allas serias.
limos menos cohesi&os( arenas( etc.( tienen los ma!ores riesgos a corto pla"o. <'1 Erosión interna ! canali"ación con migración de inos del n$cleo etc. puede iniciarse por la ormación de grietas internas o por iniltración a lo largo del per#metro de la alcantarilla( etc.1. nótense tam'i)n los modos de deormación del &alle trans&ersal
Criterios de dise'o
El criterio general para el dise+o de presas de terrapl)n de'e ser “Proteger contra las conocidas causas de falla y anticiparse a ellas .
,os criterios principales que de'en tenerse en cuenta para un dise+o seguro de una presa de terrapl)n son
Re2osa)ieto . 2orde [email protected] El &ertedero de e7cesos ! la capacidad de desagGe de'en ser suicientes para pre&enir re'osamientos( con riesgo de erosión se&era ! posi'le la&ado del relleno. El 'orde li're( es decir( la dierencia entre el ni&el má7imo del em'alse ! el ni&el m#nimo de la cresta de la presa( de'e ser suiciente para pre&enir re'osamientos por la acción de las olas. Tam'i)n de'e incluir un margen para la sedimentación a largo pla"o en la presa pre&isi'le en una cimentación compresi'le.
Esta2ilidad!" El relleno( incluida su cimentación( de'e ser esta'le 'a6o la construcción ! en todas las condiciones de operación del em'alse. ,as pendientes de los paramentos de'en ser( por tanto( suicientemente planas para asegurar que los esuer"os internos ! la cimentación permane"can dentro de l#mites acepta'les.
Cotrol de i#iltra$i%[email protected] ,a iniltración dentro ! de'a6o del relleno de'e controlarse para pre&enir la erosión interna oculta ! la migración de materiales inos( por e6emplo( del n$cleo( o la erosión e7terna ! los desprendimientos. ,os gradientes hidráulicos( la presión de iniltración ! las &elocidades de iniltración dentro ! 'a6o la presa de'en( por tanto( restringirse a ni&eles acepta'les para los materiales del caso.
Prote$$i% de los tal-des!" El paramento aguas arri'a de'e protegerse contra la erosión local que resulta de la acción de las olas( mo&imiento del hielo( etc. El paramento aguas a'a6o de'e protegerse contra la erosión que resulta de la acción las llu&ias( etc.
O2ras de desag6e . [email protected] Se de'e ser mu! cuidadoso para garanti"ar que el desagGe u otras estructuras construidas dentro de la presa( no permitan el paso sin
o'strucción de agua iniltrada a lo largo de su per#metro con el riesgo de una migración de suelos ! canali"ación.
REDES DE FLU8O El lu6o tiende a e6ercer presión so're las part#culas del suelo( ! la uer"a de iltración actuante( deinida por unidad de &olumen( puede arrastrarlas en el sentido de la corriente. ,as uer"as que se oponen al arrastre del lu6o es la tra'a"ón entre las part#culas ! su cohesión( pero al emerger aguas a'a6o de la presa( es el peso sumergido del suelo la principal uer"a en sentido opuesto( al menos en suelos sin cohesión. ,a energ#a de'e disiparse lo suiciente por ricción ! otras p)rdidas a tra&)s de esa tra!ectoria( de orma de que salga el agua
El flujo de agua como filtración es perjudicial en obras civiles! en presas de tierra la filtración llega a producir fuer"as que se desarrolla dentro y por debajo de la presa atentando contra su estabilidad.
CALCULO DE FLU8O DE A5UA Para calcular el lu6o de agua a tra&)s del suelo se requiere la aplicación directa de la le! de Darc!. El lu6o de agua a tra&)s de un suelo no solo es en una dirección( ! no es uniorme so're toda el área perpendicular al lu6o. En tales casos( el lu6o del agua su'terránea se calcula generalmente usando gráicas llamadas redes de lu6o. El concepto de red de lu6o se 'asa en la ecuación de continuidad de ,aplace( que go'ierna la condición de lu6o permanente para un punto dado de la masa de suelo.
El lu6o de agua se produce entre puntos de alta energ#a a puntos de 'a6a energ#a por la dierencia en el ni&el del agua. ,a igura F.B muestra una relación entre la carga de
presión( la carga por ele&ación ! las cargas totales para el lu6o de agua a tra&)s del suelo. Pie"ómetros
Redes de #l-9o
,a ecuación de la continuidad
#$neas de flujo
Es una l#nea a lo largo de la cual una part#cula de agua &ia6a del
lado de aguas arri'a al lado de aguas a'a6o en medio de un suelo permea'le. #$neas equipotenciales%
Es una l#nea a lo largo de la cual la carga de potencial
es igual en todos sus puntos.
-na com'inación de &arias l#neas de lu6o ! equipotenciales se llama red de flujo. #as redes de flujo se construyen para calcular el flujo del agua en el medio considerado.
Para completar la construcción gráica de una red de lu6o( se de'en di'u6ar las l#neas de lu6o ! equipotenciales de manera que las equipotenciales crucen a las de lu6o seg$n ángulos rectos ! que los elementos de lu6o ormados sean apro7imadamente cuadrados. ,as l#neas de lu6o < N f 1 orman canales de lu6o ! dos l#neas equipotenciales < N d 1 orman las ca#das equipotenciales
Redes de #l-9o e $i)eta$ioes!" ;uando una presa está undada so're suelos granulares permea'les pueden presentarse pro'lemas de erosión interna en el material de la undación( a causa del lu6o que se iniltra 'a6o la presa ! emerge aguas a'a6o de la misma. Podr#a ocurrir que el lu6o que se iniltra a tra&)s del material de la undación de la presa( tenga la capacidad de producir el arrastre de las part#culas del suelo en la "ona aguas a'a6o de la misma( donde dicho lu6o emerge al e7istir alguna de las siguientes condiciones( o una com'inación de ellas
;arga hidráulica en el em'alse lo suicientemente ele&ada. ,a carga hidráulica se mantiene el tiempo necesario. El material de la undación es permea'le( ormado por suelos granulares inos
En la figura se representa la red de flujo establecida a través de la fundación de una presa, constituida por un material isotrópico en lo referente a la permeabilidad
Redes de #l-9o e el $-er,o de la ,resa
El lu6o de agua a tra&)s de presas de tierra constitu!e uno de los casos de ma!or importancia en la aplicación de la teor#a del lu6o de agua a los pro'lemas prácticos( ello se de'e tanto a la importancia que la presa tiene en si como estructura( como al hecho de que en este caso el pro'lema del lu6o presenta caracter#sticas especiales a las que ha de dedicarse un estudio especial para poder llegar a soluciones apropiadas. El lu6o de agua a tra&)s de una presa de tierra produce los siguientes eectos
•
-no directo( de p)rdida de agua( que suele ser menos importante ! más ácil de
•
controlar o su'sanar. -n estado de presiones internas con componentes opuestas al eecto esta'ili"ador del peso. Además( al estar mo6ados los materiales( disminu!e su cohesión ! su resistencia al ro"amiento( a+adi)ndose estos eectos al de sus
•
componentes desesta'ili"adoras de las presiones internas. El paso del agua a tra&)s de las "onas con materiales inos tiende a arrastrar esas part#culas( con el consiguiente peligro de erosión interna progresi&a. Este enómeno se llama sionamiento.
,a presa de tierra es( en muchos sentidos una región de lu6o como otra cualquiera> tra"ando su red de lu6o para las condiciones de rontera que se tengan se podrá calcular el caudal de iltración( los gradientes hidráulicos( las &elocidades del agua en cualquier punto( las presiones hidrodinámicas( las uer"as de iltración( etc. ,a particularidad del pro'lema del lu6o a tra&)s de presas radica en el hecho de que son necesarios m)todos especiales para lograr tra"ar la red de lu6o( en la región de lu6o que es la presa de tierra( no se conoce a priori una de las ronteras( de modo que no se satisace el [email protected] 'ásico para resol&er el pro'lema( el conocimiento de todas las ronteras de la región para el tra"o de la red de lu6o
DISE4O DE FILTROS El dise+o de los iltros ! las capas de transición se reali"a para pre&enir la migración de inos inducida por la iniltración. ,os iltros de transición se requieren entre las "onas impermea'les
Si se dispone de suicientes cantidades de material de iltro a costo ra"ona'le( se encontrará( generalmente más económico construir iltros más gruesos que los descritos( que tratar el material para satisacer e7actamente los requisitos para los iltros delgados( como se descri'e enseguida. ;uanto más grueso es el iltro( ma!ores son las des&iaciones permitidas de las condiciones que se dan para los iltros( especialmente en el paralelismo e7igido en las cur&as de granulometr#a entre el iltro ! la 'ase.
,os iltros tienen que satisacer F criterios para estar 'ien dise+ados
•
Criterio de $aali+a$i%!" ,os &ac#os del iltro no de'en permitir la migración de part#culas desde la "ona protegida( por lo que requieren ser suicientemente
inos. •
Criterio de ,er)ea2ilidad!" El material del iltro de'e ser suicientemente más permea'le que el material de la "ona protegida para inducir una reducción 'rusca en el gradiente hidráulico ! permitir la descarga li're de la iniltración.
El primer requerimiento da lugar a un l#mite en el segundo. Es decir que en general el cumplimiento del primer requerimiento hace que cumplamos el segundo.
El principio esencial de dise(o plantea que cualquier cambio de material fino a grueso debe efectuarse de manera gradual con un filtro en etapas o "onas de transición, es decir n)cleo de arcilla * arena * arena gruesa * grava fina * espaldón grueso.
Es,esores )íi)os de #iltros ,os espesores m#nimos que se recomiendan en iltros para presas son los siguientes
• •
2iltros 4erticales B.9 B.8m 2iltros %ori"ontales @ B8 cm para arenas @ ?9 cm para gra&as.
DRENA8E DE PRESAS El drena6e de las presas es una acción que se eect$a para el control de la iniltración en la presa. ,a supericie reática del r)gimen de iniltración( es decir( la supericie li're( de'e
mantenerse ale6ada del paramento aguas a'a6o para e&itar altas presiones del agua en los poros que puedan promo&er la inesta'ilidad del talud. En el caso e7tremo en que la l#nea de iniltración emer6a en el paramento( ocurrirá a'landamiento local ! erosión ! se iniciarán desprendimientos. ,as presiones ! &elocidades de iniltración tam'i)n de'en controlarse para pre&enir la erosión interna ! la migración de part#culas.
El control de infiltración se efect)a mediante la incorporación de sistemas de drenaje, protegidos por filtros y capas apropiadas de transición.
El drena6e es necesario para reducir o cortar la cantidad de iniltración a tra&)s de la presa ! la undación. Se dispone de los siguientes m)todos
,a "ona o cara aguas a'a6o si está compuesto por material permea'le se
comporta como un drena6e li're o natural. RocJ toe
! trans&ersales. Drenes tipo chimenea( pueden ser &erticales o inclinados( penetrando hacia adentro ! arri'a de la sección de la presa.
“El dise(o de una resistencia de drenaje de aguas abajo es gobernado por la altura de la presa, costo y disponibilidad de material y de la naturale"a de la fundación.
Tal-d de drea9e li2re!" ,a eicacia del talud aguas a'a6o para ser&ir como dren en una sección "oneada( depende del radio de la permea'ilidad de la "ona permea'le con relación a la "ona impermea'le( ! del grado de anisotrop#a.
Por lo tanto otro tipo de drenaje no es requerido si cumple con las condiciones. Para ayudar en el drenaje a veces es necesario un peque(o “+oc toe.
Ro$ toe ;,ie de ero$a)ieto
Si K% L K4 ! K% L MK4 los ni&eles de iniltración serán como los mostrados en la igura. ,a altura del pie de enrocamiento de'e ser de B*? a B*N de la altura de la presa.
Drea9e =ori+otal!" El o'6eto de un colchón hori"ontal de drena6e( es permitir la descarga de las iltraciones ! disminuir la posi'ilidad de allas por tu'iicación( tanto del tipo de re&entones como del tipo de erosión su'terránea. Se logra este o'6eti&o aplicando peso so're la porción de la cimentación( aguas de'a6o de la "ona impermea'le de la presa( donde e7isten uer"as de iltración hacia arri'a ele&adas. El colchón de'e ser permea'le para que pueda eectuarse el drena6e( ! de'e pro!ectarse en orma que se e&ite el mo&imiento de las part#culas de la cimentación o del terrapl)n por la descarga de las iltraciones( es decir se de'en reali"ar los iltros de transición adecuados.
-eber'n incluirse colchones hori"ontales de drenaje en los proyectos de todas las presas peque(as sobre cimentaciones permeables relativamente homogéneas cuando no lleven dentellones efectivos.
Tam'i)n pueden usarse so're cimentaciones relati&amente homog)neas( permea'les( que est)n cu'iertas por capas delgadas impermea'les> el colchón( con su peso( esta'ili"a la cimentación ! reduce eecti&amente las presiones que podr#an atra&esar la capa impermea'le. En el caso de una cimentación permea'le estratiicada sin dentellón de tierra( la eecti&idad del colchón de drena6e hori"ontal no será grande( porque las estratiicaciones diicultan el drena6e en dirección &ertical.
El sistema de drenaje tiene que tener suficiente sección para evacuar la mayor cantidad de infiltración, con un factor de seguridad adecuado. #os drenes hori"ontales pueden disponerse a diferentes alturas.
#a longitud necesaria del colchón de drenaje hori"ontal puede determinarse teóricamente por medio de la red de flujo.
&omo base para el proyecto de presas
peque(as, se recomienda que la longitud del colchón se haga igual a tres veces la altura de la presa.
,o recomenda'le para los espesores del dren ! los iltros de transición en drenes hori"ontales son los siguientes
>! Dren(
e/.0 1 /.2m,
3 /0mm 1 42mm
?! 2iltro grueso
e0.5 1 0.2m,
3 6mm 1 60mm
@! 2iltro ino
e0.510.2m,
3 0.62mm 7 2mm
Drees ti,o $(i)eea!" Este tipo de drenes interceptan todas las capas de la presa ! pre&ienen la iniltración en el talud aguas a'a6o( reducen considera'lemente la presión de poros. Siempre están com'inados con drenes hori"ontales.
,os drenes siempre de'e estar protegido en todas sus caras por iltros. ,o recomenda'le para los espesores del dren ! los iltros son los siguientes
>! Dren(
eL F ?m
?! 2iltro grueso
e L B.9 B.8 m
Una precaución importante durante la construcción es mantener los materiales del filtro y el dren un poco m's alto que las "onas finas de los lados, esto para evitar la contaminación de los finos.
ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TERRAPLENES 5eeralidades El pro!ecto de los taludes de los terraplenes puede &ariar mucho seg$n el carácter de los materiales disponi'les para su construcción( las condiciones de la cimentación ! la altura de la presa. ,os taludes de los terraplenes son los necesarios para dar la esta'ilidad a la presa so're una cimentación resistente a los esuer"os que en ella act$an( por lo tanto las pendientes de los taludes( pre&iamente están condicionadas a la disponi'ilidad de una fundación estable
De especial importancia es la naturale"a del suelo que se &a a usar en la construcción de las presas homog)neas modiicadas o en el n$cleo de una presa de sección compuesta. En este caso( la relación del tama+o del n$cleo al tama+o de la cu'ierta es tam'i)n importante.
#a estabilidad de un terraplén se determina por su capacidad para resistir esfuer"os cortantes, porque la falla se produce por desli"amiento a lo largo de una superficie de corte.
,os esuer"os cortantes pro&ienen de las cargas e7ternas aplicadas( como son las del &aso ! las producidas por los terremotos( ! de las uer"as internas producidas por el peso del suelo ! de los taludes del terrapl)n. ,as uer"as internas ! e7ternas tam'i)n producen esuer"os de compresión normales a cualquier supericie de desli"amiento potencial. Estos esuer"os de compresión contri'u!en tanto a la resistencia al corte del suelo( como al desarrollo de presiones intersticiales que destru!en la esta'ilidad.
Tal-des de re#ere$ia ,os taludes de reerencia de aguas arri'a de las presas de tierra puede &ariar de FB a uno tan tendido como de NB por esta'ilidad( generalmente son de F B o ?B. Se usan a &eces taludes de aguas arri'a tendidos para eliminar protecciones costosas en los taludes. ,os taludes ordinarios aguas a'a6o de las presas de tierra peque+as sin talud saturado son de FB cuando la presa lle&a una "ona impermea'le ! el talud es permea'le( ! de F B cuando todo el terrapl)n es impermea'le. Estos taludes son esta'les para los tipos de suelos com$nmente usados ! cuando se pro!ecta el drena6e adecuado de manera que el talud aguas a'a6o nunca se satura con las iltraciones.
#os taludes de una presa de tierra dependen del tipo de presa
8es decir, terraplén
con diafragma, homogéneo modificado, o compuesto9, y de la naturale"a de los materiales de construcción.
Re$o)eda$ioes e ,resas ,e-e'as! ,os Taludes recomendados por la -S. H-REA- O2 RE;,A3ATIO= para presas de tierra peque+as &ienen ta'ulados tomando en cuenta ciertas caracter#sticas de cada presa. ,os taludes del terrapl)n están relacionados a la clasiicación del suelo que se &a a usar en la construcción( especialmente los suelos impermea'les. ,os taludes elegidos son necesariamente conser&adores ! solo se recomiendan para las presas peque+as de tierra.
Tal-des re$o)edados Para
presas
de
tierra
homogénea
en
fundaciones
estables
los
taludes
recomendados se indican en la siguiente ta'la( para el caso de presa de regulación ! almacenamiento( ! con o sin la posi'ilidad de un &aciado rápido. Donde se da más de una clasiicación de suelos para un grupo de taludes( es una indicación que la presa se puede construir con estos taludes usando cualquiera de estos suelos o una com'inación de los mismos
Para presas compuestas o
"oneadas
con
fundaciones
estables
los
taludes
recomendados se indican en la siguiente ta'la( para el caso de presas peque+as de regulación ! almacenamiento( con n$cleos m#nimos ! má7imos( ! con o sin la posi'ilidad de un &aciado rápido. Donde se da más de una clasiicación de suelos para un grupo de taludes. ,os taludes que se requieren para la esta'ilidad de un terrapl)n compuesto son unción de los tama+os relati&os del n$cleo impermea'le ! los aldones permea'les. El tama+o del n$cleo de B9 pies se toma como el m#nimo que permite la colocación
!
compactación
económica
de
los
materiales impermea'les del
terrapl)n con el equipo de construcción. Además si el n$cleo uera más delgado e7istir#a iniltración ! ha'r#a el peligro de que se rompiera por los asentamientos dierenciales de la cimentación.
