INDICE 1. INTRODUCCION...................3 3 1.1.Generalidades 1.1.Generalidades sobre las presas 4 1.2.Partes que conforan la presa. 1.!.Tipos de presas...............4 1.!.1."e#$n su estructura. 4 1.!.2."e#$n su aterial%...4 2. PRE" PRE"&" &" DE ENR ENROC OC&D &DO O......4 2.1. 2.1. "I"' "I"'IC ICID ID&D &D EN E( PERU PERU6 !. CRITE CRITERIO RIO" " DE DI"E) DI"E)O O DE UN& UN& PRE"& PRE"& DE ENROC ENROC&D &DO. O. 6 7 *. DI"E)O DI"E)O "+"'ICO "+"'ICO DE PRE" PRE"&" &" DE DE ENROC ENROC&D &DO. O. *.1.',todo Pseudo-estatico Pseudo-estatico 8 8 *.2.',todo de Deforacin Peranente *.!.&n/lisis de Estabilidad Din/ico 9 0. CONC ONC(U"ION "IONE" E"...................9 9 . REE REERE RENC NCI& I&" " 3I3(IO 3I3(IOGR GR4 4IC IC&" &" 5. &NE6O"................................9 su ener enerí ía, a, #ac #acer na"e na"ea abl bles es ciertos canales o tramos de río $ de%ender de los da&os producidos por por las las riad riadas as e inun inunda daci cion ones es,, entre otros.
1. INT INTRO RODUC DUCCIO CION N Las pres Las presas as so son n co cons nstr truc ucci cion ones es realizadas en la cuenca de los ríos con múltiples fnalidades, entre las que destacan: destacan: abastecimien abastecimiento to de aua aua a pobl poblac acio ione nes, s, reu reulac laci! i!n n
'(isten di"ersos tipos de presas $a sean sea n de ra"eda ra"edad, d, contra contra%uer %uerte, te, de arco b!"eda o escolleras, esta última es de inter)s principal para estte trab es traba* a*o o $a que que las las pres presas as escolleras escolleras son aquellas aquellas %ormadas %ormadas por tierra $ roca, es por ello que se les conoce como presas de enrocamiento, $ tambi)n llamadas de materia materiales les suelto sueltos, s, estas estas son todas de ra"edad, las cuales son todas aquella llas en las que su prop propio io peso peso es el enca encar rad ado o de res esis isti tirr el em empu pu**e del del aua. ua. 'l empu*e del embalse es transmitido #ac #acia el suelo uelo,, por por lo que )s )stte
enrocado, es posible que sean una de las estructuras ms antiuas construidas por el #ombre. -e sabe que los c#inos, antes de la era cristiana, $a tenían bordos de ran lonitud $ compactaban la tierra con "aras de carrizo mane*adas por "erdaderos e*)rcitos #umanos. asta en los tiempos modernos todas las presas de tierra se pro$ectan por procedimientos empíricos, $ la literatura de ineniería est repleta de relatos de las %allas. 'stas %allas obliaron a darse cuenta de que los m)todos empíricos debían remplazarse por procedimientos racionales de ineniería, tanto en el pro$ecto como en la construcci!n. /no de los primeros en suerir que los taludes de las presas de tierra se eliieran en esta %orma %ue 0assell en 1927. -in embaro, se #icieron pocos proresos en la elaboraci!n de procedimientos de pro$ectos racionales #asta la d)cada de 1932. 'l rpido
materiales en la presa con el rado necesario de compactaci!n, siuiendo un procedimiento establecido de prueba $ control. 'l pro$ecto de una presa de tierra $ enrocamiento debe apearse a la realidad.
I.1. Generalidades sobre las presas 'n ineniería se denomina presa o represa a una barrera %abricada con piedra, #ormi!n o materiales sueltos, que se constru$e #abitualmente en una cerrada o desfladero sobre un río o arro$o con la fnalidad de embalsar el aua en el cauce u"ial para su posterior apro"ec#amiento en abastecimiento o readío, para ele"ar su ni"el con el ob*eti"o de deri"arla a canalizaciones de rieo, o para la producci!n de enería mecnica al trans%ormar la enería potencial del almacenamiento en enería cin)tica, $ )sta nue"amente en mecnica al accionar la %uerza del aua un elemento m!"il. La enería mecnica puede apro"ec#arse directamente, como en los antiuos molinos, o de %orma indirecta para producir enería el)ctrica, como se #ace en las centrales #idroel)ctricas. I.2. Partes que conforan la presa.
a"ance de la ciencia de la mecnica de suelos, desde ese tiempo, #abía dado por resultado el desarrollo de procedimientos de pro$ectos mu$ me*orados para las presas de tierra $ roca. unque es probable que alunas de estas %allas sean el resultado de un mal pro$ecto, muc#as de ellas #an sido causadas por %alta de cuidado en la construcci!n. Los m)todos correctos de construcci!n inclu$en la preparaci!n adecuada de la cimentaci!n $ la colocaci!n de
&. Corona% 5arte superior de la estructura, eneralmente re"estida para pre"enir el secado del coraz!n impermeable $ proporcionar una "ía para el trnsito de "e#ículos. 3. <ura% i%erencia entre las ele"aciones de la corona $ el punto ms ba*o de La cimentaci!n. C. 3ordo libre% istancia "ertical entre el ni"el de la corona $ el de +
D. E.
.
G.
8.
I.
I.!.1. "e#$n su estructura.
las auas m(imas e(traordinarias '. Nao% i"el de auas m(imas ordinarias. Taludes e7teriores% 'stn relacionados a la clasifcaci!n de suelos que se "a a usar en la construcci!n, especialmente suelos impermeables. N$cleo ipereable% 5antalla impermeable de la cortina construida consuelo compactado este núcleo puede estar al centro $ ser "ertical o inclinado, o bien, localizado pr!(imo al paramento de auas arriba. Respaldos% 5artes de la cortina construidas con materiales permeables enroca miento, ra"as o arenas, o bien, suelos limosos o arcillosos colocados auas aba*o pero confnados por fltros. iltros% 'lementos de la secci!n %ormados con arena limpia, bien raduada, destinados a colectar las fltraciones a tra")s del núcleo $ proteerlo de una posible erosi!n interna. Protecciones% 5ara e"itar la erosi!n causada por olea*e por el talud de auas arriba o por llu"ias en el de auas aba*o, los paramentos respecti"os se %orman con materiales capaces de resistir dic#a acci!n.
. e ra"edad e #ormi!n rodillado o con"encional e escollera de tierra o de roca, $ tambi)n llamadas de materiales sueltos 0. 5resas de b!"eda o presas en arco I.!.2. "e#$n su aterial%
5resas de #ormi!n 5resas de materiales sueltos 5resas de 'nrocado con
2. PRE"&" DE ENROC&DO Las presas de enrocado tienen características intermedias entre las presas de ra"edad $ las presas de tierra. La presa de enrocado tiene dos componentes estructurales bsicos: una membrana impermeable $ un terrapl)n que soporta a la membrana. 'l dique eneralmente consiste en una secci!n auas arriba de piedra seca o mampostería $ una secci!n auas aba*o de enrocado suelto. La secci!n de las presas de enrocado inclu$e un elemento impermeable discreto de relleno de tierra compactada, concreto esbelto o una membrana bituminosa. La desinaci!n como =presa de roca= o =presa de enrocado= es apropiada cuando ms del >2? del material de relleno se pueda clasifcar como roca, es decir, material resistente a la %ricci!n de ranulometría ruesa, como en el caso de piedras de naturales permeables compactadas o descaradas. Las masas de roca en estas presas son "oluminosas comparadas con el coraz!n impermeable. 'ste puede ocupar la parte
I.!. Tipos de presas. Los di%erentes tipos de presas responden a las di"ersas posibilidades de cumplir la doble e(iencia de resistir el empu*e del aua $ e"acuarla cuando sea preciso. ;enemos: 3
central, o bien ser inclinado #acia auas aba*o. -e prefere dic#a %orma por su %acilidad de construcci!n, pues disminu$e las inter%erencias del trnsito de quipo dentro de la cortina, $ en alunos casos el prorama recepti"o se adapta me*or a las condiciones climticas del luar. ebe tenerse presente que la roca puede colocarse en )poca de llu"ia o nie"e, mientras que ese traba*o es prcticamente imposible en el coraz!n, a menos que el pro$ecto de la cortina tolere %uerte discrepancias en la #umedad del suelo o se adopten precauciones especiales.
ica en 2m. La 5@'- Eurnas, 0rasil, de coraz!n inclinado, es de 132m apro(imadamente. Las presas de enrocado son terraplenes %ormados por %ramentos de roca de "arios tama&os para proporcionar el soporte al empu*e del aua embalsada, una cama de transici!n en el talud auas arriba para actuar como fltro colector $ soporte del tercer componente consistente en una membrana que le proporciona impermeabilidad.
Los tipos de presas con roca que se constru$en con %recuencia son: (ver
(as presas de enrocado se utili9an cuando%
anexos)
/n problema típico de las primeras es la *unta de la pantalla con la cimentaci!n $ empotramientos. Los asentamientos di%erenciales son causa de roturas en la uni!n $ por tanto de fltraciones. 'ste problema es de tal importancia que a menos que sea %actible "aciar la presa para realizar reparaciones despu)s de los primeros a&os de %uncionamiento, no es un dise&o aceptable. 5or razones seme*antes, los muros interiores su%ren %racturamiento $ siempre causan fltraciones. La compactaci!n de los enrocados puede ocasionar que, en un %uturo no le*ano, dic#os problemas se reduzcan a su mínima e(presi!n $ resulte una soluci!n con"eniente. La presa de enrocados con coraz!n de tierra compactada, central o inclinada, son las ms altas e*ecutadas por el #ombre. 'n la /@--, la presa ureA, actualmente en construcci!n, tendr 322m de alturaB la de Cro"ille, en '/, $
bundancia de roca disponible en las pro(imidades del sitio de emplazamiento. La obtenci!n de suelos es difcultosa, o requiere muc#o procesamiento. 5re"alece una corta temporada para la construcci!n de las obras.
La presa de enrocado tiene los tres siuientes componentes principales:
4
embrana Dmpermeable de #ormi!n armado en toda la cara del talud auas arriba, con la %unci!n %undamental de impermeabilizar la presa $ e"itar las fltraciones de aua. ;iene la
"enta*a de que cuando ba*a el ni"el del aua puede realizarse el control de su %uncionamiento $ e"entuales reparaciones.
de %ricci!n de -udamericana
placas,
azca
$
Figura 6. Zona sísmica del Perú
!. CRITERIO" DE DI"E)O DE UN& PRE"& DE ENROC&DO. Las presas de enrocado son estables ba*o condiciones operati"as. 'l dise&o $ operaci!n satis%actorios en este tipo de presas depende en ran medida del desempe&o de la membrana impermeable. aspectos ms importantes relacionados con dise&o de la presa de enrocado se
2.1. "I"'ICID&D EN E( PERU 'l 5erú es considerado un país de ran acti"idad sísmica porque %orma parte del llamado F
Los el
presentan a continuaci!n: . Refor9aiento% 'n eneral, para presas de menos de 42 metros de altura, se utilizan solamente *untas "erticales para compensar la dilataci!n #orizontal de las presas, que adems son mu$ con"enientes para fnes de construcci!n. 'l #ormi!n debe ser denso $ durable para e"itar fltraciones $ da&os debidos al olea*e e intemperismo, $ el re%uerzo de acero de la armadura normalmente debe alcanzar alrededor del 2.>? del rea del #ormi!n "ertical $ #orizontalmenteJ lo que equi"ale a unos 62 K. por metro cúbico de #ormi!n.
'n el 5erú e(isten principalmente dos %uentes sismo)nicas %allas en donde, en %orma recurrente, se eneran sismos. La primera considera toda el rea que se encuentra entre la línea de costa $ la %osa peruanoHc#ilena, siendo esta %uente la que enera el ma$or número de sismos #asta pro%undidades de 62Am $ manitudes tan ele"adas como las del sismo de 5isco +227 8.2 I. 'stos sismos tienen su orien en la superfcie >
0. :untas% La tecnoloía moderna permite adems la utilizaci!n de *untas FIater stopG. 'n las construcciones modernas de presas de enrocado, se #a optado por utilizar sobretodo *untas "erticales, eliminando casi completamente las *untas #orizontales, que son remplazadas por *untas de construcci!n proramadas en %unci!n de los "aciados del #ormi!n. C. Pedestal de transicin ;plinto< = dentelln% . Enrocado% La propiedad %undamental que identifca un enrocado es el promedio predominante de piedras ma$ores. /n en%oque común al respecto es que para denominarse enrocado, el material debe tener un tama&o promedio de partículas de por lo menos +G > centímetros, pero no ms del 42 a 4>? del promedio debe pasar la malla de 1G +.> cm., por tanto se impone un límite en la %racci!n fna porque desde ese tama&o empieza a acercarse en te(tura $ propiedades a un relleno de tierra.
de las operaciones ms importantes en la construcci!n de una presa de este tipo, porque es indispensable disminuir el asentamiento total $ la posibilidad de per*udicar la membrana impermeable. 'l asentamiento de los terraplenes de rocas se produce en dos etapas. 'l asentamiento principal se produce durante la construcci!n del enrocado. 'sta etapa tiene poca inuencia en la seuridad de la membrana impermeable, puesto que en este caso la membrana debe colocarse despu)s de completar el enrocado, cuando se #a$a producido el asentamiento principal debido al peso del enrocado. *. DI"E)O "+"'ICO DE PRE"&" DE ENROC&DO. 'n tiempos recientes se #a lorado un proreso notable en el entendimiento del comportamiento de las presas de tierra $ enrocado sometidas a la acci!n sísmica. -e tienen disponibles m)todos analíticos para calcular la respuesta dinmica de estructuras de tierra $ enrocado, se realizan ensa$os estticos $ dinmicos para determinar las propiedades del suelo ba*o caras estticas $ dinmicas $ se disponen de m)todos de dise&o para e"aluar la estabilidad sísmica $ el potencial de de%ormaci!n de )stas.
'. Preparacin de la undicin: Los traba*os de e(ca"aci!n de la roca de %undaci!n debern estar terminados, al iual que todos los traba*os de limpieza de los taludes en los estribos, antes de iniciar las tareas relacionadas con la construcci!n $ ele"aci!n de la presa mediante enrocado. el mismo modo, aquellos puntos que requieran e(ca"aci!n $ rellenado de concreto debern estar completamente defnidos, antes de iniciar el enrocado. E. Colocacin del enrocado% La construcci!n del enrocado es una 6
$ aceleraciones m(imas de 2.3> a 2.8 , sin da&os aparentes. Las presas de enrocado con pantalla de concreto se mantienen secas $ son capaces de soportar sismos e(tremadamente %uertes, con peque&as de%ormaciones. 'l es%uerzo de dise&o debe concentrarse en
las presas que pueden presentar da&o por sismo se"ero o estn constituidas por materiales ranulares saturados, que pueden perder su resistencia o su%rir aumento de presi!n de poros. 'n este caso se requiere un anlisis dinmico, que proporcione una base de dise&o ms confable. *.1.
de poros, se desarrollan de%ormaciones peque&as $ el material retiene su resistencia esttica. 'n este m)todo se e"alúa la respuesta dinmica para calcular las de%ormaciones permanentes. La %alla ocurre en una superfcie de deslizamiento bien defnida con comportamiento elstico #asta la %alla $ lueo ocurre comportamiento per%ectamente plstico.
',todo Pseudo-estatico
'n este m)todo se emplea el clculo del %actor de seuridad de la estabilidad de taludes por equilibrio límite, adicionando un coefciente lateral sísmico. /no de los principales problemas con este m)todo es determinar el coefciente lateral sísmico, que depende de la sismicidad del país $ es de naturaleza semiH empírica.
La descripci!n siuiente:
es
la
2< etermine las aceleraciones producidas por el sismo en la presa por respuesta dinmica. -e utiliza el m)todo de elementos fnitos o "ias de corte. ;iempo #istoria de aceleraciones promedio para "arias superfcies potenciales de %alla.
'n una presa de tierra el anlisis de estabilidad de taludes se realiza típicamente para alcanzar los siuientes %actores de seuridad.
m)todo
1< etermine la aceleraci!n de uencia, la que produce E- N 1.2.
dems, el anlisis de estabilidad pseudoHesttico sir"e tambi)n para determinar el "alor de la aceleraci!n de $ uencia que se emplea en el m)todo de de%ormaci!n permanente.
del
!<
Einal de construcci!n sismo E- M 1.2 Dnfltraci!n constante sismo E- M 1.+> esembalse rpido sismo E- M 1.2
*.!. &n/lisis de Estabilidad Din/ico 'n este m)todo de anlisis se e"alúa en primer luar los es%uerzos estticos e(istentes en la presa antes de la ocurrencia del sismo, tomando en consideraci!n la inuencia de la secuencia constructi"a, el llenado de la presa $ las condiciones de drena*e. 'sta e"aluaci!n se realiza mediante el m)todo de elementos fnitos con proramas como el E' 84 uncan et al, 1984 o el O'C-CE; 5arra, 1996 desarrollado
*.2. ',todo de Deforacin Peranente 'n este m)todo la de%ormaci!n permanente producida por un sismo se emplea como criterio de dise&o. 's un m)todo racional simple, que se aplica a presas %ormadas por suelos arcillosos compactos, arenas secas $ suelos ranulares densos. 'n estos casos e(iste poco potencial de desarrollo de presi!n 7
en el
@.P.
0C. <';@L 0C@ CE D@@DO;DC 5CP'@, @ocAfll ams. eI el#i, Dndia. 199+. /D;' -;;'- -C
0. CONC(U"IONE"
'l dise&o $ la construcci!n de presas estn íntimamente relacionados a su altura, así como a la disponibilidad de materiales locales para su con%ormaci!n. 'l tipo de material considerado para traba*ar estructuralmente en este tipo de presa es la roca compactada que con%orma el cuerpo del enrocado como elemento principal que contribu$e a la estabilidad de la presa. -e complementa con una membrana o pantalla de #ormi!n armado en la cara del talud auas arriba, para proporcionar la impermeabilizaci!n requerida.
5. &NE6O"
Figura 2. Presa de enrocado, corazón vertical.
Figura 3. Presa de
Las presas de enrocado requieren %undaciones de roca resistente $ durable en las que se produzcan los asentamientos mínimos $ que no se ablande con las fltraciones pro"enientes del llenado del embalse. -e puede afrmar de manera conclu$ente que en una presa de enrocado e(isten condiciones de alta resistencia al es%uerzo cortante roca compactada, no #a$ presi!n de poro alta permeabilidad $ peque&os asentamientos, #acen que este tipo de presas sean resistentes a las caras sísmicas $ pueden con ran seuridad tener ma$or altura.
enrocado, corazón inclinado.
Figura . Presa de enrocado con losa de concreto o as!alto (cimentación
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rígida)
Figura ". Presa de enrocado con muro celular (cimentación rígida)
9