UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL AGRARIA LA MOLINA Escuela de Post Grado de la UNALM Especialidad Ingeniería de Recursos Hídricos
CURSO DISEÑO DE PRESAS AVANZADO UNIDAD 4.- Diseño de Presas de Tierra
FILTROS PresaTicllacocha. Cuenca Alta del Rio Cañete.
Resumen de Clases Ing. Teresa Velásquez Bejarano. Docente Principal de la UNALM
Fuentes: . Tratado Básico de Presas. Vallarino. . Diseño de Presas. Bureau of Reclamation. . Presas de Tierra y Enrocado. Marsal.
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1.0 FIL F ILTROS TROS EN PRESAS El FILTRO FILTRO tiene por objeto el control control y manejo de las FILTRACIONES FILTRACIONES de agua que circula a través del cuerpo de la presa, deprimiendo de este modo el nivel de la línea de saturación.
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En todas las Presas de Material suelto se suscitan FILTRACIONES FILTRACIONES DE AGUA A TRAVES TRAVES DEL TERRAPLEN, T ERRAPLEN, LA FUNDACION Y LOS ESTRIBOS. DEBEN CONSIDERARSE EN EL DISEÑO ELEMENTOS PARA PREVENIR: EXCESIVAS * SUBPRESIONES EXCESIVAS * INESTABILIDAD DEL TALUD AGUAS ABAJO * SIFONAMIENTO * EROSION INTERNA Ing T
Velasquez Bejaran
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1.0 FIL F ILTROS TROS EN PRESAS El FILTRO FILTRO tiene por objeto el control control y manejo de las FILTRACIONES FILTRACIONES de agua que circula a través del cuerpo de la presa, deprimiendo de este modo el nivel de la línea de saturación.
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En todas las Presas de Material suelto se suscitan FILTRACIONES FILTRACIONES DE AGUA A TRAVES TRAVES DEL TERRAPLEN, T ERRAPLEN, LA FUNDACION Y LOS ESTRIBOS. DEBEN CONSIDERARSE EN EL DISEÑO ELEMENTOS PARA PREVENIR: EXCESIVAS * SUBPRESIONES EXCESIVAS * INESTABILIDAD DEL TALUD AGUAS ABAJO * SIFONAMIENTO * EROSION INTERNA Ing T
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1.0 FIL F ILTROS TROS EN PRESAS
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El fenomeno de TUBIFICACION se inicia con el arrastre de material en el lado de aguas abajo, donde la velocidad de salida es mayor. mayor.
Tubificacion en la Cimentacion
Tubificacion
Tubificacion
Tubificacion en la Presa
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FILTRACIONES de agua que circula a través del cuerpo de la presa
Red de Flujo que representa la circulacion de agua
FILTRO
Linea de saturacion de Red de Flujo.
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El FILTRO tiene por objeto el control y manejo de las FILTRACIONES de agua que circula a través del cuerpo de la presa.
PRESA HOMOGENEA CON DREN HORIZONTAL
PRESA HOMOGENEA
PRESA HOMOGENEA FILTRO DE TALON PRESA ZONIFICADA
El FILTRO deprime el nivel de la línea de saturación.
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2.0 CONTROL Y MANEJO DE FILTRACIONES A TRAVES DEL TERRAPLEN METODOS: ZONIFICACION GRADUAL DEL TERRAPLEN DE FINO A GRUESO CHIMENEAS VERTICALES O INCLINADAS Y/O COLCHONES HORIZONTALES DE SUBDRENAJE TUBERIAS COLECTORAS DE AGUA ABAJO DEL PIE DE LA PRESA (NO DEBE HABER TUBERIAS DENTRO DEL TERRAPLEN) •
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COLCHONES HORIZONTALES DE SUBDRENAJE
ZONIFICACION GRADUAL DEL TERRAPLEN DE FINO A GRUESO Fuente: Suarez D.
CHIMENEAS VERTICALES O INCLINADAS Ing T
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3.0 MEDIDAS PARA EVITAR LA TUBIFICACION •
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El fenomeno de TUBIFICACION se inicia con el arrastre de material en el lado de aguas abajo, donde la velocidad de salida es mayor. Todas las medidas tendientes a EVITAR este fenomeno se concretan a controlar el arrastre de material en el lado de aguas abajo, mediante el empleo de FILTROS. Los FILTROS estan constituidos de material PERMEABLE de buena graduacion, cuya GRANULOMETRIA esta condicionada a la del material que se pretende PROTEGER.
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4.0 CASOS TIPICOS DE EMPLEO DE FILTROS A) PRESA DE SECCION HOMOGENEA UBICADAS SOBRE CIMENTACION IMPERMEABLE.
B) SECCIONES DE PRESA ZONIFICADAS SIN DENTELLON UBICADAS SOBRE CIMENTACION PERMEABLE C) SECCIONES DE PRESA ZONIFICADAS CON DENTELLON IMPERMEABLE SOBRE CIMENTACION PERMEABLE D) SECCIONES DE PRESA ZONIFICADAS CON MANTO AGUAS ARRIBA SOBRE CIMENTACION PERMEABLE Ing T
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A) PRESA DE SECCION HOMOGENEA UBICADA SOBRE CIMENTACION IMPERMEABLE.
FILTRO EN DELANTAL, ESPALDON POCO PERMEABLE, CIMENTACION IMPERMEABLE •
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En una Presa de sección Homogénea apoyada sobre una cimentación impermeable , las filtraciones emergen arriba del pie del talud de aguas abajo y el agua discurre sobre el talud lo que origina el arrastre de material en los sitios con heterogeneidad propia del material que constituye la Presa. Se evita este problema con la instalación de un FILTRO. El filtro puede ser: * FILTRO DELANTAL * FILTRO EN TALUD o AL PIE * FILTRO CHIMENEA
FILTRO EN TALUD o AL PIE
FILTRO DELANTAL
Cimentación IMPERMEABLE
Cimentación IMPERMEABLE
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A) PRESA DE SECCION HOMOGENEA UBICADA SOBRE CIMENTACION IMPERMEABLE.
FILTRO EN DELANTAL, ESPALDON POCO PERMEABLE, CIMENTACION IMPERMEABLE
* FILTRO CHIMENEA VERTICAL
Fuente: Suarez D.
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A) PRESA DE SECCION HOMOGENEA UBICADA SOBRE CIMENTACION IMPERMEABLE.
FILTRO EN DELANTAL, ESPALDON POCO PERMEABLE, CIMENTACION IMPERMEABLE
* FILTRO CHIMENEA INCLINADA
Fuente: Suarez D.
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GEOTEXTIL, producto fabricado a base de fibras sintética no biodegradables, enlazadas entre si por medio de procesos mecánicos y térmico. Se caracteriza por su estructura permeable, y su gran resistencia a la tensión desgarre y deterioro químico . Fuente: Membranas Ecologicas Mexi
FILTRO SINTETICOS
GEOTEXTIL
GEORED
Fuente: Suarez D.
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La GEORED es una estructura de polímero manufacturada en forma de lienzo, que consiste de un sistema regular de costillas sobrepuestas y conectadas íntegramente, cuyas aberturas son generalmente más grandes que los elementos que la forman. Se caracteriza por su estructura Velasquez Bejaran 12 permeable.
B) PRESA DE SECCION ZONIFICADA UBICADA SOBRE CIMENTACION PERMEABLE FILTRO EN ANGULO, NUCLEO POCO PERMEABLE, ESPALDON PERMEABLE, CIMENTACION PERMEABLE
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Cuando la Presa esta apoyada sobre depositos aluviales de alta permeabilidad y en la seccion no existe ningun elemento que intercepte las filtraciones a traves de la cimentacion, se requiere un FILTRO EN ANGULO que permita controlar el flujo, tanto a traves del NUCLEO IMPERMEABLE como de la cimentacion. La seccion horizontal del FILTRO EN ANGULO constituye, en estos casos, la parte mas importante del FILTRO y debe de ser cuidadosamente diseñada y construida.
FILTRO EN ANGULO
Cimentación PERMEABLE
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B) PRESA DE SECCION ZONIFICADA UBICADA SOBRE CIMENTACION PERMEABLE FILTRO EN ANGULO, ESPALDON PERMEABLE, CIMENTACION PERMEABLE
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Caso de Sección con FILTRO EN ANGULO que permite controlar el flujo, tanto a través de la sección de espaldón IMPERMEABLE y de la cimentación.
Cimentacion PERMEABLE Ing T
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C) SECCIONES DE PRESA ZONIFICADAS CON DENTELLON IMPERMEABLE UBICADA SOBRE CIMENTACION PERMEABLE FILTRO EN NUCLEO Y DENTELLON DE LA CIMENTACION CON NUCLEO POCO PERMEABLE, ESPALDON PERMEABLE, CIMENTACION PERMEABLE HASTA LA BASE DEL DENTELLON LUEGO IMPERMEABLE
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Secciones ZONIFICADAS CON DENTELLON O TRINCHERA IMPERMEABLE , cuando los depósitos aluviales son interceptados por un DENTELLON IMPERMEABLE, debe de colocarse un FILTRO que proteja los taludes de aguas abajo del NUCLEO IMPERMEABLE y del DENTELLON o TRINCHERA . El FILTRO del DENTELLON podrá suprimirse en aquellos casos en que el material del deposito aluvial satisfaga los requisitos de un buen filtro.
Cimentación PERMEABLE Cimentación IMPERMEABLE
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ZANJA O PANTALLA IMPERMEABILIZANTE • Permite visualizar la cimentacion • Tratamiento de la pantalla • Se recomienda un ancho mayor de
20% la altura de agua de la Presa y no menos de 6.0 m. • Debe de incluir Filtros.
Fuente: Suarez D. Ing T
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ZANJA PANTALLA EN SLURRY (RELLENO FLUIDO) • Para la excavacion se requiere de Lodo de Bentonita(*) • Tambien se utiliza relleno de Cemento fluido • No se recomienda cuando en la cimentacion existen estratos con Bloques o cantos de
roca. (*) El lodo bentonítico es una mezcla de bentonita con agua. La bentonita es un tipo de arcilla montmoril lonítica de muy alto límite líquido. Esto implica que a pesar de que se le añada mucha agua, la mezcla no pierde estabilidad o consistencia. Los lodos bentoníticos tienen una propiedad muy importante que los hace muy útiles en construcción: cuando un lodo bentonítico es amasado sin que se produzca variación de agua, pierde resistencia (cohesión entre partículas sólidas) comportándose como un fluido. El lodo de perforación es una suspensión acuosa de una arcilla especial: la bentonita. Es necesario controlar algunas características del lodo durante su utilización, la densidad, la viscosidad y el contenido de arena, ya que el lodo se carga de las partículas de arena procedentes del suelo.
Fuente: Suarez D.
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ZANJA PANTALLA DE CONCRETO
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FILTRACIONES AL PIE DE PRESA CON CONDUCTOS DE DRENAJE
. Se colocan collares alrededor de la Tuberia de drenaje. . Se recomienda una buena compactacion alrededor de la Tuberia o utilizar concreto.
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FILTRACIONES POR DEBAJO EL ALIVIADERO
. Se recomienda colocar Drenes bajo la loza del Vertedero. . Si fuera el caso considerar pantallas impermeabilizantes.
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FILTROS EN UNA PRESA
Fuente: Suarez D.
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FILTROS EN UNA PRESA
Fuente: Suarez D.
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FILTROS EN UNA PRESA
Fuente: Suarez D.
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FILTROS EN UNA PRESA
Fuente: Suarez D.
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5.0 REQUISITOS DE UN BUEN FILTRO
El FILTRO debe de permitir el paso libre del caudal producido en el material a proteger. Evita el paso de partículas del material protegido. Considerar estas dos razones para el diseño del diámetro del FILTRO.
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5.0 REQUISITOS DE UN BUEN FILTRO
Las ESPECIFICACIONES DEl FILTRO, son dadas en base a investigaciones experimentales realizadas por el Dr. Terzaghi y G.E. Bertram en la universidad de Harvard, Laboratorios de U.S. Waterways Experiment Station y por el U.S. Bureau of Reclamation.
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5.0 REQUISITOS DE UN BUEN FILTRO
Las ESPECIFICACIONES DEl FILTRO, son dadas en base a investigaciones experimentales realizadas por el Dr. Terzaghi y G.E. Bertram en la universidad de Harvard, Laboratorios de U.S. Waterways Experiment Station y por el U.S. Bureau of Reclamation.
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En las ESPECIFICACIONES 1 y 2, el D15 es el Diámetro para el cual 15% de las partículas son de menor tamaño. D85 es el Diámetro para el cual 85% de las partículas son menores. Ing T
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5.0 REQUISITOS DE UN BUEN FILTRO
Las ESPECIFICACIONES DEl FILTRO, son dadas en base a investigaciones experimentales realizadas por el Dr. Terzaghi y G.E. Bertram en la universidad de Harvard, Laboratorios de U.S. Waterways Experiment Station y por el U.S. Bureau of Reclamation.
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El material que constituye el FILTRO debe de ser de buena graduacion y contener menos de 5% de finos (que pasan la malla No 200)
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5.0 REQUISITOS DE UN BUEN FILTRO
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Las ESPECIFICACIONES DEl FILTRO, son dadas en base a investigaciones experimentales realizadas por el Dr. Terzaghi y G.E. Bertram en la universidad de Harvard, Laboratorios de U.S. Waterways Experiment Station y por el U.S. Bureau of Reclamation.
El material que constituye el FILTRO debe de ser de buena graduacion y contener menos de 5% de finos (que pasan la malla No 200) La especificacion 1, garantiza que la permeabilidad del FILTRO sea al menos 100 veces mayor que la del material protegido, lo cual permite libre escurrimiento a traves del filtro. La especificacion 2, asegura que las particulas del material protegido seran retenidas por el FILTRO y se evitara su taponamiento. La especificacion 3, permite asegurar que las particulas finas del propio FILTRO, seran retenidas por sus particulas de mayor diametro. Ing T
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6.0 FILTRO EN EL DISEÑO DE UNA PRESA
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GRANULOMETRIA y PLASTICIDAD DEL MATERIAL PROTEGIDO
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El material que constituye el FILTRO debe de ser de buena graduacion y contener menos de 5% de finos (que pasan la malla No 200)
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GRANULOMETRIA y PLASTICIDAD DEL MATERIAL PROTEGIDO
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ESPESOR DEL FILTRO •
Espesor MINIMO de las capas de FILTRO debe de ser de UN METRO.
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Se garantiza la facilidad de la eliminación del agua.
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De no disponer de mayores cantidades de material para mayores espesores y se tengan materiales de baja resistencia a la TUBIFICACION, es indispensable insistir en la norma para filtros.
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ESPESOR DEL FILTRO •
Si hay suficiente cantidad de material para FILTROS, las deficiencias del material en cumplir las especificaciones se pueden contrarrestar aumentando los ESPESORES DE LAS CAPAS A 2 A 3 METROS o mayores.
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LONGITUD DE LOS DELANTALES •
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Los FILTROS HORIZONTALES, se construyen con el fin de controlar las filtraciones a través de las cimentaciones PERMEABLES. Debe de tener UNA LONGITUD que cubra la salida de las filtraciones las LEJANAS, es decir, hasta sitios donde el GRADIENTE HIDRAULICO ascendente alcance valores muy pequeños, del orden de 0.1 a 0.2 El valor mas alto del GRADIENTE HIDRAULICO corresponde a aquellos casos en los que los depósitos son mas homogéneos y sus propiedades hidráulicas y espesores mejor conocidos.
FILTROS HORIZONTALES
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LONGITUD DE LOS DELANTALES •
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Los valores de GRADIENTE HIDRAULICO mas bajos corresponde a depósitos variables pero de profundidades conocidas. Para los casos de PRESAS PEQUEÑAS, donde hay POCA INFORMACION, es recomendable que el DELANTAL FILTRANTE tenga una longitud de 2 a 3 veces la profundidad del deposito, dependiendo de la ALTURA DE LA PRESA.
FILTROS HORIZONTALES
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