IMFORME GEOTECNICO PRESAS

||FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

INTRODUCCIÓN En ingeniería se denomina denomina presa o represa represa a una barrera fabricada fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo con la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética, y ésta nuevamente en mecánica al accionar la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánica puede aprovecharse directament directamente, e, como en los antiguos antiguos molinos, o de forma indirecta indirecta para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas. En el presente trabajo trabajo daremos daremos a conocer los los estudios básicos básicos para la ubic ubicac ació ión n y cons constr truc ucci ción ón de pres presas as rígi rígida dass de conc concre reto to con con los los respectivos ensayos y parámetros geotécnicos, la cual nos permitirá planificar, diseñar y ejecutar satisfactoriamente.

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Ing. VIDAL CALSINA COLQUI


OBJETIVOS Describ Descr ibir ir los los dife difere rent ntes es ensa ensayo yoss apli aplica cado doss a concreto. Determina inarr los paráme parámetro tross geotéc geotécnic nicos os para para 2. Determ presas rígidas de concreto. 3. De Dete term rmin inar ar la ubic ubicac ació ión n y cons constr truc ucci ción ón de conc concre reto to basa basado doss a los los estu estudi dios os de suel suelos os hidrológica de embalse. 1.

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GEOTECNIA APLICADA A PRESAS RIGIDAS DE CONCRETO MARCO TEORICO 1. PROPÓSITO PROPÓSITO DE LAS PRESAS PRESAS

| Esto se entiende cuando clasificamos a las presas por su función y su uso económico. 2. GEOTECNICA GEOTECNICA APLICA APLICADA DA A GRANDES GRANDES PRESAS PRESAS

Es constante el incremento de las porciones de la presa de hormigón o materiales materiales sueltos que se construyen construyen actualmente actualmente en el mundo. mundo. Es, así mism mismo, o, cada cada vez vez más más la nece necesid sidad ad de recu recurr rrir ir.. Cuya Cuyass cond condic icio ione ness geotécnicas son pobres en su aspecto resistente. Explotación que en el cam campo tensi ensio onal nal sup supone one el aume aument nto o de altu altura ra de la presa resa,, las las condiciones estabilizan de los contornos de apoyo y tienen que basarse en un prof profun undo do estu estudi dio o de comp compor orta tami mien ento to del del conj conjun unto to pres presa a – cimiento – agua. Entre las tres etapas por las que es necesario para llegar a la realización de tales obras: • • •

Observación de las presas existentes Base técnico – teórica de la estimación de su estabilidad Proyecto de la obra nueva.

1. PRESAS PRESAS DE MATERIALES MATERIALES SUELTOS SUELTOS

No son excesivos en número, los problemas de las presas de materiales sueltos que no puedan ser analizados en laboratorio. En lo que respecta GEOTECNIA GENERAL



a la cerrada, es la permeabilidad el principal de ellos, ya que el aspecto resistente queda relegado a probetas, si su estructura es granular, merced a las constantes mejoras de la técnica de toma de muestras inalteradas. Referente al cuerpo de la presa, son las compactaciones y las propiedades del material resultante, las que tienen que ser experimentadas (IN SITU), para su comparación con las deducidas en laboratorio con muestras consolidadas por los métodos convencionales. El conocimiento en este campo va unido, por consiguiente, al perfeccionamiento de los ensayos de laboratorio. 1.1. ENSAYO DE IDENTIFICACION

Bajo este epígrafe incluimos todos aquellos ensayos cuya misión es clasificar las tierras y esclarecer la composición mineralógica o estructura atómica de los suelos finos, entre ellos se encuentran: • • • • • • • •

Limite de Atterberg Granulometria Analisis quimico en general Análisis petrográficos Analisis térmico diferencial Difraccion por rayos X Capacidad de cambio de bases Espectroscopia por rayos infrarrojos

Los tres primeros son los más interesantes para el ingeniero, suficiente, en general, para sus propósitos. Solamente en casos especiales es preciso recurrir a los enumerados en último lugar, por ser suficientemente conocidos los primeros ya que son técnicas muy especializadas.

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1.1. DENSIDAD Y HUMEDAD (COMPACTACIONES)

Las grandes ventajas que ofrecen los métodos nucleares, en especial los derivados de la rapidez de las medidas, la menor interferencia en la construcción de la obra, y la no destructividad de estos ensayos, a provocado una creciente aplicación a la construcción de presas de material suelto.

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El control de compactaciones se realiza en España, con los clásicos ensayos PROCTOR NORMAL Y MODIFICADO. No obstante, dado los diferentes grados de humedad que requiere las modernas y pesadas maquenarias de consolidación diferente de la optima del ensayo PROCTOR, y normalmente del lado seco, suelen complementarse con toma de muestras inalteradas y exigir unas características determinadas de resistencia. 1.2. PERMEABILIDAD

Se realizan normalmente los ensayos siguientes: Permeabilidad IN SITU (carga constante y variable) Permeabilidad indirecta (edómetro y triaxial) Permeabilidad directa (carga constante y variable) ○ ○ ○

ESQUEMA DEL PERMEAMETRO

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1.1. COMPRESIBILIDAD Y ENDURECIMIENTO

Las variariaciones de volumen de los suelos naturales o artificialmente compactados en las diversas condiciones de humedad y presión, se determinan en laboratorio mediante los clásicos ensayos endometrios. Se estudian con especial interés los cambios volumétricos destinados a los núcleos impermeables de las presas de escollera, o de tierras con zonas diferenciadas. Las determinaciones IN SITU en terrenos cuarentes de cohesion o de grano grueso, se efectúan con los ensayos de carga con placas de diferentes diámetros, entre 30 y 75 cm.

1.2. RESISTENCIA AL ESFUERZO TANGENCIAL

Los siguientes ensayos son de práctica corriente en laboratorio. Triaxiales rápidos sin consolidación ni drenaje.

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• • • •

Triaxiales rapidos con consilidacion previa Triaxiales lentos Compresion simple Corte directo

En la determinación de los parámetros que define la línea de resistencia intrínseca de los suelos, existe la tendencia acusada de aigual forma que hemos indicado al hablar de la permeabilidad, a considerar diferentes presiones de saturación hasta la máxima que la obra va soportar. Se estudia, asimismo, con detenimiento, la variación de los coeficientes A y B de presión intersticial, para estimar el efecto de la supresión, en especial en los regímenes transitorios de la construcción de la obra, o en desembalses más o menos importantes. 1. CLASIFICACIÓN DE LAS PRESAS 1.1. POR SU FUNCIÓN - PRESAS DE ALMACENAMIENTO. Almacenan los escurrimientos superficiales de una determinada sub-cuenca hidrográfica para su aprovechamiento económico y recreativo.

- PRESAS PARA REGULARIZACIÓN DE AVENIDAS. Retienen temporalmente escurrimientos superficiales torrenciales y los descargan hacia aguas abajo de manera controlada. Protegen contra inundaciones a zonas urbanas, industriales y agrícolas. Salvan vidas y evitan grandes pérdidas económicas.

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- PRESAS DERIVADORAS. Elevan el tirante normal de una corriente para desviar caudal hacia las márgenes y conducirlo a un aprovechamiento de tipo económico o recreativo. - PRESAS DE A PROPÓSITO MÚLTIPLE. Combinan las anteriores funciones. 1.2. POR SU USO

- Abastecimiento urbano e industrial (agua potable y usos industriales) - Irrigación (riego agrícola) - Generación hidroeléctrica - Piscicultura y abrevadero - Recreación y deporte - Usos múltiples (combinación de las anteriores)

2. TIPOS DE CORTINA

Las cortinas de las presas se clasifican según sus materiales y la forma de la cortina.

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En México son más comunes las de tipo homogéneo y las de materiales graduados (zonificadas). Otros tipos son las de enrocamiento con núcleo impermeable o con cara de concreto y las presas de concreto o mampostería cuya estabilidad depende de su peso (gravedad) o de su forma (arco) y las de contrafuertes o machones (variante de las presas de gravedad). Las estructuras de contrafuertes pueden ser del tipo Ambursen (losa plana), arco múltiple y de cabeza masiva. Algunas presas combinan varios materiales: terracerías, enrocamiento, mampostería y concreto. Unas pocas tienen membranas impermeables de materiales sintéticos, de mezclas asfálticas o de madera.

MATERIALES GRADUADOS

CONCRETO TIPO ARCO O BÓVEDA

TIPO ENROCAMIENTO 3. PRESAS RIGIDAS DE CONCRETO TIPO GRAVEDAD

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Son estructuras de tales dimensiones que por su propio peso resisten las fuerzas que actúan sobre ellas. Están ampliamente difundidas en todo el mundo gracias a la sencillez de su esquema constructivo y métodos de ejecución, a la seguridad para cualquier altura de presa y para diferentes condiciones naturales de su emplazamiento. La relación de esbeltez para los primeros trabajos de este tipo, realizados en Egipto, fue de 4:1. Los romanos mejoraron esta relación a 3:1 pero en la actualidad son comunes relaciones menores que 1.

Las presas de gravedad modernas se construyen frecuentemente hidroaliviadoras es decir con orificios vertedores superficiales o profundos. Se hacen sordas solamente en aquellos sectores donde existe el contacto con las orillas. Presas completamente sordas se construyen en la actualidad muy raramente puesto que ellas resultan más caras para una misma altura que las flexibles. En Colombia se da el caso del Bajo Anchicayá como presa rígida de concreto hidroaliviadoras; todas las demás presas de grandes proyectos son de tipo flexible (La Esmeralda, Golillas, Salvajina, entre otras).

3.1. PRESAS SOBRE TERRENO IMPERMEABLE GEOTECNIA GENERAL



Usualmente, se trata de presas cimentadas en roca o arcillas. Las filtraciones laterales y por la cimentación son despreciables al igual que el valor de la supresión. El posible arrastre de partículas es un problema menor y no se presentan problemas de erosión, aumento del caudal filtrado, o problemas de inestabilidad. Las dimensiones dependen por tanto de los resultados del cálculo de estabilidad. 3.2. PRESAS SOBRE TERRENO PERMEABLE

Debe distinguirse entre presas cimentadas sobre terreno rocoso y no rocoso 3.2.1.PRESAS SOBRE FUNDACIONES ROCOSAS

Las rocas constituyen la cimentación ideal para una presa. Si las presas se cimientan sobre roca sana resultan con valores de coeficientes de esbeltez bastante bajos y por ende muy económicas. Se puede lograr con ellas alturas considerables. El cuerpo de la presa como regla general está unido a la cimentación por las fuerzas de adherencia y su estabilidad se estudia como un complejo único: presa y cimentación. En muchos casos la infiltración en medios rocosos puede ser despreciada a menos que se trate de rocas muy fisuradas. Rocas fisuradas se ven sometidas a los esfuerzos de la presión del agua de filtración que antes de existir la presa no se presentaban. Al penetrar en las fisuras, aún en las más pequeñas, al agua produce una acción de cuña, ampliando los espacios, y disminuyendo la impermeabilidad. Esta acción de cuña del agua se hace notar gradualmente y a veces solo se manifiesta al cabo de los años. Realmente, la filtración en estos medios no está muy bien estudiada. Dentro de las fundaciones en roca se distinguen dos tipos básicos: · Fundaciones en rocas duras como granitos, dioritas, basaltos, diabasas, porfiritas, andesitas, gneis, cuarcitas, etc. Merecen especial cuidado las piedras calcáreas, esquistos, calcitas y todas aquellas rocas constituidas por yeso, anhídridos y sal común, que pueden formar cavernas que se caracterizan por su poca resistencia a la acción del agua. Cuando están fuertemente fisuradas son peligrosas como fundaciones para estructuras de contención. · Fundaciones semi-rocosas (argilitas, arcillolitas, margas, etc.). Estas formaciones tienen gran sensibilidad al agua y pueden presentar profunda meteorización. La preparación para cimentar la estructura de la presa consiste en abrir la excavación hasta las cotas fijadas, hacer el tratamiento de la superficie de la roca y su limpieza de basuras, suelos arcillosos, etc. El mejoramiento de la base de fundación consiste en la cementación de las grietas y el relleno de los sitios débiles con concreto. Además para

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cambiar el régimen de filtración se recomienda implementar el drenaje de la fundación. 3.2.2.PRESAS SOBRE TERRENO NO ROCOSO

Las presas de concreto en fundaciones no rocosas se distinguen de las presas sobre fundaciones rocosas por su forma más extendida o sea menos esbelta y por su gran peso. Por ésto, en fundaciones no rocosas, resulta poco económica y frecuentemente imposible la construcción sobre ellas de presas altas de concreto, limitándose su altura a unos 50 m a no ser que sean presas de tipo flexible. En los suelos porosos se cumple la ley de Darcy. Los principales problemas en estos suelos se pueden derivar de su compresibilidad, asentamientos e infiltraciones. Varios tipos de cimentaciones no rocosas se pueden distinguir: a) Presas sobre suelos arcillosos: pueden sufrir asentamientos al consolidarse el suelo; el grado de compresibilidad depende de la humedad; con el aumento de la humedad su resistencia disminuye y se expanden; si se secan se contraen y producen asentamientos. Suelos arcillosos poseen un coeficiente de filtración pequeño. b) Presas cimentadas sobre suelos tipo loes: requieren tomar medidas especiales de precaución como humedecimiento previo del suelo, adaptación de la propia construcción a posibles grandes asentamientos, etc. c) Los suelos limosos y las turbas: se caracterizan por tener una excepcional compresibilidad. Para cimentar una presa en ellos, hay que tomar especiales medidas para su compactación. La construcción de presas de concreto sobre suelos limosos y turbosos resulta compleja. Son más indicados como fundación para presas bajas flexibles. d) Los suelos sueltos no cohesivos (gravas, arenas): la ausencia de cohesión, alta permeabilidad y ángulo de fricción interna alto, lleva a que la compactación se produce rápidamente una vez aplicada la carga. Sobre suelos de grava y guijarros se pueden construir presas de concreto hasta alturas de 30 a 40 m y sobre arenas hasta de 20 m y aún 30 m. Las presas de contrafuertes o aligeradas pueden ser una alternativa a las presas de concreto no aligeradas de tipo gravedad. Se pueden cimentar presas de baja presión en arenas sueltas (movedizas) siempre y cuando se sometan a fortalecimiento del suelo con inyecciones de compuestos químicos cerrando todo el complejo de la estructura mediante tablestacados. Las arenas ante cargas (dinámicas) vibratorias dan grandes asentamientos y llegan a un estado de licuefacción en que pierden toda su capacidad portante.

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En general, en terrenos no rocosos se presenta el problema de la filtración el que causa: • •

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• • •

Pérdida de agua en el embalse Fuerzas de supresión o presión ejercida por las fuerzas del agua filtrada bajo la estructura o en las juntas de la misma. Erosión y lavado de partículas que conforman la fundación. La salida del agua filtrada aguas abajo de la presa es casi vertical lo que puede ocasionar remoción de parte del suelo y por ende inestabilidades. La filtración puede no ser solamente bajo la estructura pero también lateralmente presentándose: Flujo a través de la zona alterada de los empotramientos Flujo a través del cuerpo de la presa. Flujo a través del cañón.

Muros o cortinas impermeables que deben penetrar a la ladera el espesor del suelo o de la roca alterada con el fin de interceptar el flujo. Se orienta según resulte más conveniente.

La parte del cimiento de la presa se lleva por debajo del nivel del lecho del río. Una vez seca y limpia de escombros, vegetación, y materia orgánica, la superficie del pozo de cimentación se procede a su nivelación. Las capas de material suelto se extraen y recogen. No se deben dejar desperdicios de materiales o implementos de trabajo. La superficie del suelo de fundación se puede recubrir con una capa de concreto (10 cm -15 cm), sobre la cual se funde el concreto de la presa. 1. FUERZAS ACTUANTES SOBRE LAS PRESAS DE CONCRETO

Sobre una presa actúan tres tipos de cargas: las cargas principales, las cargas secundarias y las cargas excepcionales.

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1) Las cargas principales son las que siempre actúan sobre la estructura y son tres: carga de agua carga del peso propio y la carga de infiltración. Carga de agua: es debida a la distribución hidrostática de presión y tiene una resultante horizontal de la fuerza P1. También existe componente vertical en el caso de que el espaldón de aguas arriba tenga un talud y las cargas equivalentes aguas abajo operasen en el espaldón respectivo). Carga del peso propio: se determina para un peso específico del material. Para un análisis elástico simple se considera que la fuerza resultante P2 actúa a través del centroide de presión Carga de infiltración: los patrones de infiltración de equilibrio se desarrollarán dentro y por debajo de la presa, por ejemplo, en los poros y las discontinuidades, con una carga resultante vertical identificada como un empuje externo e interno. 2) Las cargas secundarias pueden ser temporales o no presentarse durante la vida útil de la obra. Esta fuerzas son: Carga de sedimentos: los sedimentos acumulados generan un empuje horizontal, considerado como una carga hidrostática adicional Carga hidrodinámica de ondas: es una carga transitoria generada por la acción de las ondas sobre la presa (generalmente no es importante). Carga de hielo: se puede desarrollar en condiciones climáticas extremas (generalmente no es importante). Carga térmica (presas de concreto): es una carga interna generada por las diferencias de temperatura asociadas con los cambios en las condiciones ambientales y con la hidratación y enfriamiento del cemento. Efectos interactivos: son internos, surgen de las rigideces relativas y las deformaciones diferenciales de una presa y su cimentación. Carga hidrostática sobre los estribos: es una carga interna de infiltración en los estribos en una roca maciza. (Es de particular importancia en las presas de arco o de bóveda). 3) Las cargas excepcionales: se presentan durante eventos extremos. 4) Carga sísmica: las cargas inerciales horizontales y verticales se generan con respecto a la presa y al agua retenida debido a movimientos sísmicos GEOTECNIA GENERAL



2. EFECTOS TECTONICOS

La saturación o las perturbaciones producidas por excavaciones profundas en rocas, pueden generar cargas como resultado de movimientos tectónicos lentos. La decisión de considerar todas las cargas secundarias y excepcionales o una combinación de ellas depende de la experiencia del ingeniero diseñador, de la importancia de la obra, y de su localización. Los diseños deben basarse en la más desfavorable combinación de condiciones probables de carga. Debe incluirse solo aquellas combinaciones de carga que tienen probabilidad razonable de ocurrencia simultánea. 3. COMBINACION DE CARGAS

Las presas de gravedad deben ser diseñadas para una combinación adecuada de cargas que tengan en cuenta las condiciones más adversas que tengan posibilidad de ocurrencia simultánea. La siguiente tabla resume las combinaciones de carga propuestas productos de prácticas representativas en EUA y Reino Unido. Su uso no es limitante sino que cada ingeniero debe decidir a discreción las combinaciones de carga que mejor reflejen la situación de cada presa, incluyendo por ejemplo, carga muerta y embalse vacío. 4. ESTABILIDAD DE PRESAS DE CONCRETO

La estabilidad de la estructura debe garantizarse de forma que esté en condiciones de resistir las diferentes cargas que puedan actuar sobre ella durante su vida útil. La estabilidad debe analizarse para varios estados de carga: embalse lleno y embalse vacío, y para varias situaciones: presa sorda o vertedora, con compuertas o sin compuertas. El perfil transversal de la presa y sus dimensiones obtenidas mediante el análisis del perfil teórico deben ser sometidos a comprobación de resistencia general y estabilidad de cuerpo de la presa y de su cimentación para los diversos estados de trabajo. Se estudian los siguientes casos: 1) Caso de operación permanente: para la estructura totalmente construida y cuando la presa puede verse sometida a la acción de todas las posibles combinaciones de cargas principales y secundarias. Es el caso más importante. 2) Caso durante la construcción: para presas que durante el período de construcción comienzan a ser explotadas sometiéndolas a una altura de presión parcial. 3) Caso de reparación: ocurre una redistribución y modificación del estado de esfuerzos en la presa. Esto sucede no solamente en el caso GEOTECNIA GENERAL



que toque reforzarla, sino también en el caso de modificaciones en su altura. Como se vio anteriormente, el perfil triangular es la forma más económica de una presa de concreto. El dimensionamiento y la forma final de la estructura dependen de las condiciones de estabilidad. Dos tipos de chequeos deben hacerse: equilibrio estático y elástico de la estructura. El equilibrio estático implica la estabilidad al volcamiento y al deslizamiento. El equilibrio elástico implica que se chequeen los esfuerzos normales verticales con el fin de ver si exceden o no la capacidad portante de los materiales y depende de que la resultante de las fuerzas pase por el tercio central de la base de la estructura. Para determinar la estabilidad de presas de gravedad se asumen lo siguiente: · El concreto de la presa es homogéneo, isotrópico, y uniformemente elástico. · No hay movimientos diferenciales que ocurran en el sitio de presa debido a cargas de agua sobre las paredes y el piso del embalse. · Todas las cargas son soportadas por acción de la gravedad de bloques que no reciben soporte lateral de elementos vecinos. · Presiones verticales unitarias, o esfuerzos normales sobre planos horizontales, varían uniformemente como una línea recta de la cara aguas arriba a la cara aguas abajo. · Esfuerzos cortantes horizontales tienen una variación parabólica a través de planos horizontales desde la cara aguas arriba hasta la cara aguas abajo de la presa. 5.

FACTORES DE SEGURIDAD

Todas las cargas de diseño deben ser escogidas para representar tanto como sea posible las cargas reales que pueden actuar durante la vida útil de la obra. Los factores de seguridad deben ser una evaluación tan precisa como posible de la capacidad de la estructura para resistir las cargas aplicadas. Todos los factores listados son valores mínimos. Las presas como cualquier otra estructura deben ser inspeccionadas frecuentemente. Si existe incertidumbre con relación a factores de carga, capacidad de resistencia, o características de la fundación, deben realizarse observaciones y mediciones para determinar que el comportamiento estructural de la presa y su fundación es en todo momento acorde al diseño. 6.

ESFUERZOS PERMISIBLES

12.1 ESFUERZOS DE COMPRESIÓN MÁXIMOS PERMITIDOS EN EL CONCRETO

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Para combinación usual de cargas: El esfuerzo de compresión máximo permitido en el concreto debe ser menor que la resistencia a compresión especificada dividida por un factor de seguridad de tres. Para combinaciones inusuales de carga: El esfuerzo de compresión máximo permitido en el concreto debe ser menor que la resistencia a compresión especificada dividida por un factor de seguridad de dos. Para combinaciones extremas de carga: El esfuerzo de compresión máximo permitido en el concreto debe ser menor que la resistencia a compresión especificada dividida por un factor de seguridad mayor que 1.0. 12.2 ESFUERZO DE TENSIÓN PERMISIBLE

Para no exceder el esfuerzo a la tensión que podría eventualmente permitirse en el concreto, el esfuerzo a la compresión mínimo permitido calculado sin la presión hidrostática interna debe ser determinado con la siguiente expresión que toma en cuenta la resistencia a tensión del concreto en superficies sometidas a supresión:

scu = esfuerzo mínimo de compresión permitido en el concreto en la cara aguas arriba p = factor de reducción para considerar el efecto de drenes gw = peso unitario del agua h = profundidad del agua a partir de la superficie del embalse ft = resistencia a la tensión del concreto Fs = factor de seguridad p = 1.0 si no hay drenes p = 0.4 si hay drenes Fs = 3.0 para combinación usual de cargas Fs = 2.0 para combinación inusual de cargas scu > 0 para la combinación usual de cargas Agrietamiento en el concreto ocurre si el esfuerzo en la cara aguas arriba es menor que scu calculado con la ecuación anterior, asumiendo Fs = 1.0 y la combinación extrema de carga. La estructura se considera estable para esta carga si, después de que el agrietamiento haya sido incluido, los esfuerzos en la estructura no exceden las resistencias especificadas y la estabilidad al deslizamiento se mantiene. 12.3 ESFUERZO MÁXIMO A LA COMPRESIÓN PERMITIDO EN LA FUNDACIÓN

El esfuerzo máximo a la compresión permitido en la fundación debe ser menor que la resistencia a la compresión del material de la fundación GEOTECNIA GENERAL



dividida por un factor de seguridad de 4.0 para combinación usual de cargas, 2.7 para combinación inusual de cargas y 1.3 para combinación extrema de cargas. 7.

ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO

El factor de seguridad es una medida de la resistencia al deslizamiento o al corte entre las superficies de contacto. Se aplica a cualquier sección de la estructura o al contacto con la fundación. El factor de seguridad es la relación entre las fuerzas resistentes y las fuerzas motoras y se calcula con la siguiente ecuación:

Fsd = factor de seguridad al deslizamiento f = coeficiente de fricción FV = fuerzas verticales incluyendo la fuerza de supresión. FH = fuerzas horizontales C = cohesión unitaria A = área del dentellón en contacto con el suelo o área de la sección considerada. Fsd = 3.0 para combinación usual de cargas Fsd = 2.0 para combinación inusual de cargas Fsd = 1.0 para combinación extrema de cargas Inclinación usual del paramento aguas abajo es 1V:0.96H si la fuerza de subpresión se ha incluido en el chequeo y 1V:0.55H si la fuerza de subpresión es despreciable. El factor de seguridad al deslizamiento se mejora incluyendo un dentellón en la base de la presa. El uso de dentellones se limita a presas sobre superficies de concreto o sobre roca pero 51 no sobre materiales blandos. Otra posibilidad para mejorar el factor de seguridad al deslizamiento es construir una base dentada que aumente la fricción entre la presa y el material de fundación.

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En fundaciones no rocosas f se puede tomar como la tangente del ángulo de fricción interna del material. 8.

ESTABILIDAD AL VUELCO

Este chequeo generalmente no es dominante en el caso de presas masivas bajas.

Fsv = factor de seguridad al vuelco Para embalse vacío, los momentos se toman con respecto al punto inferior de la cara aguas arriba. Para embalse lleno, los momentos se toman con respecto al punto inferior de la cara aguas abajo. En general, se debe tratar que la resultante caiga dentro de los dos tercios centrales de la base de la presa. Inclinación usual del paramento aguas abajo que cumplen con este requisito es 1V:0.6 H. 14.1· ESTABILIDAD DE FUNDACIONES EN ROCA

Es posible que la fundación sea rocosa y que la presencia de grietas, y fallas haga que se formen bloques de roca. El factor de seguridad ante el deslizamiento de estos bloques por los planos de falla debe calcularse usando la misma expresión antes vista. Los factores de seguridad en este caso son: Fsd = 4.0 para combinación usual de cargas Fsd = 2.7 para combinación inusual de cargas Fsd = 1.3 para combinación extrema de cargas

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Si el factor de seguridad resultante es menor que el requerido, debe hacerse tratamiento de la fundación para mejorar su resistencia. 14.2· EXCESO

ESTRUCTURAS DE VERTIMIENTO DE AGUAS DE

Son estructuras que permiten evacuar de forma organizada los excesos de agua durante crecientes, evitando una excesiva elevación del nivel máximo del agua en el embalse. Se llaman también vertederos, rebosaderos o aliviaderos. La capacidad de descarga de los aliviaderos depende de las dimensiones del orificio vertedero (L, H) de la forma de la entrada, del espesor de la pared vertedora y también del grado de ahogamiento. Para su cálculo hidráulico debe conocerse el nivel normal del embalse y el caudal máximo de creciente. 14.3· TIPOS DE VERTEDEROS SUPERFICIALES

Canal rápido, canal lateral, perfil tipo Creager, vertederos de cresta ancha, vertederos de cabezote, pozo, sifón. 14.4· SALIDA DE AGUA DE UN EMBALSE POR MEDIO DE UN CANAL

En general dos situaciones se presentan: Canal con flujo subcritico: controla el canal Canal con flujo supercrítico: controla la cresta El caso más sencillo relacionado con el problema de salida de agua de un embalse, se presenta cuando la pendiente del canal de descarga es supercrítica , ya que la profundidad a la salida debe ser la crítica, siendo por tanto la cresta del vertedero la que ejerce el control sobre el funcionamiento hidráulico. Si la pendiente del canal de salida es subcrítica, el control lo imponen las condiciones de aguas abajo y el flujo es subcrítico y uniforme a todo lo largo del canal siendo modelado matemáticamente con una ecuación como la de Manning. 14.5. SELECCIÓN DEL SITIO DEL VERTEDERO

En su localización se considera no solamente el costo sino que también juega un papel importante la seguridad del nudo hidráulico. En presas flexibles la mejor opción es localizar el vertedero separado de ellas, y si no es posible esto, se pueden ubicar en uno de los extremos GEOTECNIA GENERAL



del terraplén. En presas de concreto con viene que se ubique dentro de su cuerpo (Presas hidroaliviadoras). La descarga del vertedero se busca como mejor opción, hacerla a un cauce vecino o al mismo cauce siempre que se tomen medidas adecuadas de protección y resulte factible. El trazado de la conducción del vertedero se debe escoger en lo posible sobre el suelo rocoso y resistente a la erosión. El vertedero debe descargar más allá del pie del talud seco para evitar erosión y lavado. En general se prefiere que el vertedero sea ancho y poco profundo porque así las variaciones de la profundidad son pequeñas cuando ocurren fluctuaciones en el caudal. La longitud mínima de la cresta debe ser 2.0 m para evitar obstrucciones. La carga sobre el vertedero debe procurarse que esté entre 0.40 m y 1.50 m. El canal de conducción entre el vertedero y la entrega al cauce debe tener una pendiente no inferior al 0.5% para permitir una evacuación rápida del agua. El ancho de la base del canal es generalmente igual a la longitud de la cresta. El paso de las crecientes máximas a través del nudo hidráulico se efectúa por todas las estructuras de descarga, desagüe, captaciones, y por todos los orificios de vaciado. Si durante el período de la creciente todas las obras descargan arrojan un caudal Q Max, los desagües Qd, las tomas Qt, entonces el caudal del diseño de los aliviaderos de la presa Qa será:

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CONCLUSIONES •

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Según los cálculos obtenidos de los ensayos aplicados a presas rígidas de concreto se determina el diseño y funcionalidad de este. Según las necesidades de la humanidad la construcción de las presas fueron evolucionando. Actualmente para realizar una presa se toma en cuenta la ciencia, ya que en la antigüedad se utilizaba los métodos empíricos. Las cortinas de tierra en particular pueden resultar dañadas por distorsiones en puntos críticos debido a asentamientos diferenciales por la forma de la boquilla. Las deformaciones pueden abrir vías de agua que resultan muy peligrosas. La topografía de la boquilla y la geología son los principales factores a considerar al elegir el mejor tipo de cortina de una presa. Las presas de tierra bien diseñadas y construidas son capaces de soportar fuertes movimientos sin problemas.

RECOMENDACIONES •

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Recolectar e investigar todo lo que se pueda respecto a los ensayos que se debe de realizar antes de la ejecución de una presa de concreto rígida. Es necesario el estudio geotécnico de suelo y de rocas. Es factible realizar los ensayos para saber qué tipo de funcionalidad va tener nuestra presa. Se recomienda realizar los ensayos respectivos de las presas con datos reales y exactos ya que estos influyen en el diseño y función de la presa.

BIBLIOGRAFIA •

Geotecnia en ingenieria de presas

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Raúl Flores Berrones, Vangel Hristov Vassilev, Xiangyue Li Liu Geotecnia del ingeniero Henri Cambefort PAGINAS WEB ✔ http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/1964/1964_tomoI_29 88_16.pdf ✔ http://posgrado.frba.utn.edu.ar/novedades/Geotecnia %20Aplicada.pdf ✔ http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/presas_rigidas.p df ✔ http://www.ordenjuridico.gob.mx/Estatal/DISTRITO %20FEDERAL/Normas/DFNORM12.pdf ✔ http://seia.guanajuato.gob.mx/document/AquaForum/AF34 /AF34_08Curso.pdf

INDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVOS GEOTECNICO APLICADO A PRESAS RIGIDAS DE CONCRETO MARCO TEORICO 1. 2. 3. 4.

PROPÓSITO DE LAS PRESAS GEOTECNICA APLICADA A GRANDES PRESAS PRESAS DE MATERIALES SUELTOS CLASIFICACIÓN DE LAS PRESAS

5. TIPOS DE CORTINA

6. PRESAS RIGIDAS DE CONCRETO TIPO GRAVEDAD 7. FUERZAS ACTUANTES SOBRE LAS PRESAS DE CONCRETO 8. EFECTOS TECTONICOS 9. COMBINACION DE CARGAS 10.ESTABILIDAD DE PRESAS DE CONCRETO GEOTECNIA GENERAL



11.FACTORES DE SEGURIDAD 12.ESFUERZOS PERMISIBLES 13.ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO 14.ESTABILIDAD AL VUELCO

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA INDICE

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