PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO
Ing. Washington Sandoval E., Ph.D. 2012
PARTES DE UNA PRESA
TIPOS DE PRESAS •
Por la composición del cuerpo de la presa –
–
–
–
–
–
Homogéneas. Heterogéneas (zonificadas). Con pantallas de materiales no sueltos. Con pantallas de suelos Con núcleos de materiales finos. Con diafragmas, muros, tablestacas, etc.
TIPOS DE PRESAS Homogéneas
Con pantalla inclinada
TIPOS DE PRESAS Con pantalla de materiales sueltos
Heterogéneas (Zonificadas)
TIPOS DE PRESAS Con núcleo de materiales finos
Diafragma vertical rígido (pantalla)
TIPOS DE PRESAS •
Por su estructura impermeabilizante en la cimentación: Con delantal. Con dentellón. Con cortina de inyección de lechada de cemento. Diafragma o muro. Por su forma de construcción: De compactación mecánica. Sin compactación mecánica. –
–
–
–
•
–
–
Con delantal
Con dentellón
TIPOS DE PRESAS
TIPOS DE PRESAS Pantalla de inyecciones
Pantalla de inyecciones colgante
TIPOS DE PRESAS Diafragma o muro
COMPACTACIÓN MECÁNICA
COLOCACIÓN DEL ENROCADO (RIP-RAP)
MOTIVOS DE FALLA (Según: Armas, R. 2002)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Agrietamiento Sifonamiento mecánico (tubificación) Deslizamiento del talud aguas abajo Pérdidas por filtración Sismos Rebase de la cortina Licuación
CIMENTACIÓN •
Factores a considerar :
Forma
de la boquilla Condiciones de las capas geológicas Capacidad de soporte de los suelos que conforman la cimentación Estabilidad de los estribos laterales Condiciones de flujos de agua subterráneos Permeabilidad Paso de caudales en el período de construcción Otros
CIMENTACIÓN
PRESA DE TIERRA LA ESPERANZA (Ecuador)
TALUD DE LOS ESPALDONES* TIPO DE PRESA
TALUD A ARRIBA
TALUD A ABAJO
2 a 4,5
2 a 4,5
Con núcleo central, espaldones de roca
1,3 a 1,8
1,3 a 1,7
Con núcleo inclinado, espaldones de roca
1,5 a 2,0
1,2 a 2,6
2 a 3,5
1,2 a 1,6
Con pantalla
0,7 a 1,6
1,2 a 1,5
Con diafragma
1,3 a 1,7
1,3 a 1,7
DE TIERRA (Depende del tipo de suelo) TIERRA Y ENROCAMIENTO
Con pantalla, espaldones de roca ENROCAMIENTO
* Rasskazov , L. 1984
TALUD DE LOS ESPALDONES* ALTURA DE LA PRESA
TALUD A. ARRIBA
TALUD A. ABAJO
5 < H < 10
2,0
1,5 - 2,0
11< H < 15
2,5 - 3,0
2,0 - 2,25
16 < H < 20
3,0 -3,25
2,25 - 2,5
20 < H < 30
3,25 – 3,50
2,5 – 2,75
H < 15
0,5
0,5
15< H < 30
0,75
0,75
30 < H < 45
1,0
1,0
H > 45
1,3
1,3
PRESAS DE TIERRA
PRESAS DE ENROCAMIENTO
* Garbovsky E. (1978)
ALTURA DE RODAMIENTO DE UNA OLA
PARÁMETROS DEL OLEAJE DATOS: D – Fetch, w – velocidad del viento
ALTURA DE LA PRESA •
Sobre el nivel máximo de operación del embalse la altura de la corona se toma: h-elevación por el arrastre de la ola d = Δh + hr + a hr- altura de rodamiento de la ola Δ
a – altura mínima de seguridad - ángulo entre el eje normal, al eje de la presa, y la dirección del viento.
a 0,5 m.
kr –coeficiente de rugosidad 0,9 – para losas de hormigón y ripio. Para enrocado y bloques de hormigón con relación; altura de la ola/diámetro o tamaño del bloque (h/d): 0,8 –para h/d=100 a 200. 0,7 - para h/d=50. 0,6 –para h/d=20. 0,45 – para h/d=10.
PROTECCIÓN DEL TALUD DE AGUAS ARRIBA DIMENSIONAMIENTO DEL RIP-RAP (Grishin, 1979) Gp –peso de las piedras De – Diámetro equivalente a la esfera de las piedras t = (2,5 a 3,0)D e - espesor del Rip-Rap
Gp en kg, (Novak, 2001)
DIMENSIONAMIENTO DE LA PANTALLA DE HORMIGÓN th - espesor de la pantalla (0,15 a 0,5m.) k = 0,096 para juntas cerradas k = 0,077 para juntas abiertas L – dimensión vertical de las juntas
th= 0,15 a 0,20 para losetas prefabricadas de 1,5x1,5 a 5x5
FUNDICIÓN DE LA PANTALLA DE HORMIGÓN COLOCACCIÓN DEL RIP-RAP
CORONACIÓN DE UNA PRESA DE TIERRA ANCHO MINIMO DE LA CORONA PARA PRESAS DE MATERIALES SUELTOS ALTURA (m)
ANCHO (m)
< 20 20 a 40 > 40
4 2 + 0,1H 10
BERMAS
BERMAS Talud Aguas Arriba: Se utiliza para soportar la pantalla de protección del terraplén. Talud Aguas Abajo: Se ubican cada 15 o 20 metros de altura, en la zona de contacto con el prisma de drenaje de aguas abajo. El ancho no menor a 2m.
NÚCLEOS DE SUELOS POCO PERMEABLES •
•
•
Núcleo Central.- Espesor en la base (0,3 a 0,5)H, donde H -altura de la presa. Núcleo Inclinado.- Espesor en la base (0,4 a 0,2)H.
Pantalla.- Espesor en la base (0,3 a 0,1)H.
GALERIAS
Las galerías se colocan en la base de la presas de mediana y gran altura para la ejecución de trabajos de inyección y drenaje de la cimentación. Las dimensiones mínimas son 3,5 a 4m de altura y 3 de ancho, para comodidad de los equipos de perforación.
CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS USA
Rusia
NOMBRE
d (mm)
d (mm)
d (mm)
arcilla
< 0,005
< 0,005
< 0,002
limo
0,005 - 0,075
0,005 - 0,05
0,002 - 0,06
arena
0,075 - 4,75
0,05 - 2,0
0,06 - 2,0
grava
4,75 - 76,2
2,0 - 40
2,0 - 60
guijarros
> 76,2
40 - 100
60 - 600
bolón
100-200
Pedrejón
> 200
Reino Unido
> 600
DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE SUELOS SUELTOS DEL CUERPO DE LA PRESA (Razkazov, 1984) •
•
•
La Densidad y la Humedad de los suelos que conforman el cuerpo de la presa se determinan en función de la humedad natural y la composición granulométrica. En climas templados y cálidos la densidad o compactación relativa (I D) de suelos con partículas gruesas (gravas, guijarros o más) se toma ID 0,9. Para suelos arenosos ID 0,66. Con el valor seleccionado de ID, determinamos el coeficiente de porosidad (relación de vacíos) de la siguiente condición:
DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE SUELOS SUELTOS DEL CUERPO DE LA PRESA s – peso específico del suelo. v – peso volumétrico (sólidos +
poros). Ecuación de Maslov V. , donde: A = 1,75 para suelos arenosos A = 1,86 para macizos rocosos A = 2,28 para grava gruesa y boleo. k – coeficiente granulométrico. D1 y D2 – diámetros mínimo y máximo de la composición granulométrica analizada. P – porcentaje del peso analizado entre D1 y D2. Pi – porcentaje parcial entre d1 y d2 d1 y d2 – diámetro mínimo y máximo del porcentaje parcial pi.
CURVA GRANULOMÉTRICA PARA DETERMINACIÓN DE k
DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS DEL CUERPO DE LA PRESA
v – peso por unidad de volumen promedio de la curva granulométrica para materiales sueltos
•
Kf- Coeficiente de permeabilidad para suelos granulares (no finos).
GRAFICO PARA LA DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO MÁXIMO DE UN MATERIAL SUELTO, max. (Razkazov, 1984)
DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE MATERIALES FINOS PARA NUCLEO O PANTALLA Peso volumétrico del esqueleto de un suelo arcilloso, colocado en el cuerpo de la presa Donde, - es el peso específico del agua; V a – es el volumen relativo de aire contenido en el suelo, Va = 0,02 a 0,04; Wc – es la humedad del suelo utilizada en el cálculo, la cual frecuentemente, para disminuir la presión de poros, es menor en 1% o 2% de la humedad óptima.
Coeficiente de permeabilidad para suelos arcillosos en cm/s, (fórmula empírica de V. Zhilinkov) la que es aplicable para 0,2 1,0:
Donde, L es el índice de vacios (coeficiente de porosidad) correspondiente al Límite Líquido,
FILTRACION EN UNA PRESA HOMOGENEA CON PEDRAPLEN L
m1p
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
f(m1p)
0,74
0,51
0,36
0,28
0,22
0,18
DISEÑO DE LAS CAPAS DEL FILTRO DRENAJE •
Por sifonamiento
•
Coeficiente de uniformidad
•
Por porosidad (las partículas de una capa no deben penetrar en los poros de la otra). Para una porosidad de 0,25 a 0,39 –suelo compactado
COMPOSICION GRANULOMETRICA DE LOS FILTROS
DELIZAMIENTO PRESA SAN FERNANDO (USA)
DESLIZAMIENTO CANAL SAN ANTONIO (ECU)
ESTABILIDAD DE TALUDES POR EL MÉTODO DE SUPERFICIES CILÍNDRICAS
ZONA DE UBICACIÓN DE CENTROS PELIGROSOS TALUD RADIOS
1
2
3
4
5
6
r1/H
0,75
0,75
1,0
1,5
2,2
3,0
r2/H
1,5
1,75
2,3
3,75
4,8
5,5
r1
r2
EJERCICIO rH2=52
DATOS DE UN CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE SEGURIDAD DEL TALUD 1
1,65
j1
28
2
2,05
j2
30
3
1,95
j3
16
N sección
h1
1
h2
2
h3
3
sen
4
5
0
c
4
cos
h1*1
6
7
1,000
5,775
h2*2
h3*3
S h
10*cos
(h2+h3)
12/cos
(11-13)
j
tgj
(15*14)
c/cos
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
0
3,5
5,5
7
11,275
13,65
8,745
13,12
13,065
11,55
14,35
11,7
14,85
15,375
8,19
18,15
15,58
3,9
30,700
1
5,3
6,4
6,7
0,1
0,995
2
7
7
6
0,2
0,980
3
9
7,5
4,2
0,3
0,954
4
11
7,6
2
0,4
0,917
5
13,2
6,8
0
0,5
0,866
21,78
13,94
0
6
15,5
3
0
0,6
0,800
25,575
6,15
0
7
16
0
0
0,7
0,714
26,4
0
0
8
11
0
0
0,8
0,600
18,15
0
0
9
3
0
0
0,9
0,436
4,95
0
-1
1,6
4,7
6,9
-0,1
0,995
2,64
9,635
-2
1,5
4,5
6
-0,2
0,980
2,475
9,225
11,7
-3
0
3
4,5
-0,3
0,954
0
6,15
8,775
-4
0
0
2
-0,4
0,917
0
0
3,9
3,900
12,500
18,200
0,2793
0,28675
5,21878
4,0000
(10-12)sen 19
K 20
30,700
12,5
0,0000
34,930
34,755
13,1
13,166
21,589
0,2793
0,28675
6,19054
4,0202
2,1830
37,600
36,840
13
13,268
23,572
0,2793
0,28675
6,75925
4,0825
4,9200
38,415
36,646
11,7
12,265
24,381
0,2793
0,28675
6,99105
4,1931
8,0145
37,630
34,488
9,6
10,474
24,014
0,2793
0,28675
6,88592
4,3644
11,2120
35,720
30,934
6,8
7,852
23,082
0,5236
0,57735
13,32670
0,0000
14,4600
31,725
25,380
3
3,750
21,630
0,5236
0,57735
12,48812
0,0000
17,2350
26,400
18,853
0
0,000
18,853
0,4887
0,53171
10,02454
0,0000
18,4800
18,150
10,890
0
0,000
10,890
0,4887
0,53171
5,79033
0,0000
14,5200
0
4,950
2,158
0
0,000
2,158
0,4887
0,53171
1,14725
0,0000
4,4550
13,455
25,730
25,601
11,6
11,658
13,943
0,2793
0,28675
3,99798
4,0202
-1,4130
23,400
22,927
10,5
10,717
12,211
0,2793
0,28675
3,50137
4,0825
-2,5800
14,925
14,238
7,5
7,862
6,375
0,2793
0,28675
1,82812
4,1931
-2,2275
3,574
2
2,182
1,392
0,2793
0,28675
0,39922
4,3644
-0,7600
84,5492
37,3203
88,4990
1,39
ASENTAMIENTO
ΔSi
1- coeficiente de porosidad antes de aplicar
la carga. 2- coeficiente de porosidad después de aplicar la carga. Se determina de la curva de compresión del suelo.
Evaluación preliminar del asentamiento al final de la construcción
PRESA MAZAR-ECUADOR