Criterios Presas de Terraplen

8/18/2019 Criterios Presas de Terraplen

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Criterios.

• Localización.

Para el establecimiento de una presa de terraplén en primer lugar se

especifican las condiciones que presenta el terreno en el cual se va a desarrollar el proyecto, su construcción debería basarse en el empleo de los suelos

naturales existentes en la zona, sin procesamiento o con un procesamiento

mínimo, o en algunos casos son construidas usando material de préstamo, estas

presas poseen flexibilidad necesaria como para poder ser fundadas sobre suelos

comprensibles. Los suelos necesarios para la construcción de este tipo de presas

son combinaciones de tierra y roca natural.

Igualmente cabe destacar que este tipo de presas no deberían ser

sobrepasadas por una crecida, por ello es necesario, basndose en el

conocimiento del comportamiento !istórico del río, para efectuar una predicción de


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la forma en que se deber operar el embalse, para evitar que en toda la vida de la

obra sea sobrepasada por ninguna crecida.

Cantidad y localización de materiales.

Para mayor factibilidad del proyecto sería considerable que los materiales

necesarios para la e"ecución del proyecto se pudieran encontrar en el sitio en

donde se estableció la construcción del embalse para de esta manera reba"ar los

costos. La cantidad de material necesario para la elaboración de la presa

depender de la capacidad de almacenamiento de agua que se le va a instalar a

la misma.

Las variables ms importantes que afectan la construcción de terraplenes

son la distribución de suelos, método de colocación, contenido de agua, y la

consolidación. Los suelos pueden ser clasificados por propiedades en los granos


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de grueso y los de granos finos, es decir el primero incluye gravas y arena y el

segundo agrupa granos finos como son sedimentos y arcillas.

#l material de grano de grueso es usado para las zonas externas de un

terraplén, y el material de grano fino es usado para la parte impermeable principal

o central de la presa.

Función de la obra.

Las presas de terraplén y sus embalses asociados, permiten tener una

reserva de agua para su uso posterior así como un cierto nivel de protección

contra precipitaciones extremas.

$i se dise%an correctamente, estas presas permiten que el agua esté

disponible en zonas en las cuales la temporada de lluvias varía

considerablemente. #stas también permiten que el exceso de agua que

desemboca normalmente en el océano pueda estar disponible para su utilización.

Tipo de cimentación, presa.

Las cargas que transmiten a las fundaciones de una presa de terraplén sereparten sobre un rea mayor que en cualquier otro tipo de, por lo que se adaptan

a fundaciones con ba"a capacidad portante donde ning&n otro tipo de presa sería

técnicamente factible.

'ependen de su peso para para resistir el empu"e de agua "usto como las

presas de gravedad. Las presas de terraplén suelen tener alguna clase de interior


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a prueba de agua (llamada n&cleo) la cual est cubierta con un lleno de tierra o

roca. La !ierba puede crecer en el lleno de tierra.

#ste tipo de presa fue la ms utilizada en la antig*edad. #n los siglos +I+ y

++ !an tenido uso bastante difundido debido al rpido desarrollo de la técnica

para traba"os con tierra y roca, y por la gran variedad de esquemas constructivosque permite utilizar prcticamente cualquier suelo que se encuentre en la zona,

desde materiales de grano fino !asta suelos rocosos previamente fracturados.

dems de esto, las presas de materiales sueltos tienen menos exigencias

ante la deformación de la fundación que puede presentar cualquier otro tipo de

presa.

Clima

La Posibilidad de construcción es casi independiente de las condiciones

climticas que se presenten, debe considerase que este tipo de presas se

encuentran sometidas a la acción constante de la naturaleza, a los cambios de

clima y algunas u otras razones que puedan afectar su funcionamiento, es por

esto, que los ingenieros deben establecer con anterioridad las condiciones que se

presentan en el terreno.


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Geología de la zona y características sísmicas del lugar.

La construcción de una presa introduce importantes modificaciones en el

medio ambiente, por cuanto se obstruye el cauce de un río para formar un

embalse, el cual cubre una gran extensión de terreno !acia rea aguas arriba, con

la consecuente saturación de los terrenos que sirven de vaso de almacenamiento.

Los cauces de los ríos, sobre los cuales se construyen las presas, por lo general,

!an sido formados por fallas geológicas, las que !an facilitado la generación de los

mismos. #l desplazamiento brusco de dic!a falla, ocasionado por un movimiento

sísmico, o el desplazamiento paulatino de ésta, si es activa, pueden ocasionar

graves da%os a la presa, inclusive su colapso.

Por otra parte, al ocurrir un movimiento sísmico, se producen una serie de

efectos como serían- vibraciones fuertes, tanto en el cuerpo de la presa, como en

las fundaciones que la soportan formación de olas que pueden sobrepasar la

cresta de la presa, deslizamiento de las laderas saturadas del embalse,

provocando su descenso y caída brusca dentro del embalse, con el consiguiente

desplazamiento de agua embalsada y su rebose sobre la cresta de la presa, así

como también otros efectos en las estructuras complementarias.


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#l dise%o sísmico de presas de tierra !a progresado en las &ltimas décadas,

debido al avance de los programas de computación. /on los estudios, debe

determinarse el sistema de fallas así como de las principales unidades

estratigrficas, a fin de establecer una correlación con los sitios que se van a

estudiar. #sta correlaciones deben !acerse no solamente desde el punto de vista

de geología pura, sino desde un punto de vista de geología aplicada, esto quiere

decir que si en un estudio geológico regional, se menciona una formación

geológica, deben indicarse las características físicas de la misma y los problemas

que puedan suscitarse en la construcción de estructuras sobre dic!a formación.

l estudiar el sistema regional de fallas, es necesario determinar si son las

ms importantes de la región, o si son fallas secundarias, si !an ocasionado

movimientos sísmicos en la zona o si se !an encontrado indicios de actividad en

alguna de ellas, para lo cual en algunos casos !abr que realizar alguna

exploración adicional. 'eber determinarse el tipo de falla, desplazamiento,

inclinación de la misma y tasa de acumulación de esfuerzos.

Aspectos de diseño

Zoniicación de los rellenos de los espaldones


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La zonificación cuidadosa y correcta de los materiales disponibles es un

aspecto importante en el dise%o de presas de terraplén. Los principios esenciales

son los siguientes-

o #l n&cleo debe ser tan anc!o como sea viable desde el punto de

vista económico.o #l material ms fino del espaldón debe ser zonificado

adyacentemente al n&cleo.

o Las zonas de los espaldones deben ser de material progresivamente

ms grueso a medida que se aproximan a las caras de los

parmetros.o /uando sea inevitable un cambio considerable de las características

de los materiales en las zonas adyacentes, los efectos en la interfaz

deben moderarse mediante la inserción de una zona inmediata o de

transición.

La permeabilidad de zonas sucesivas debe incrementarse !acia los taludes

inferiores, poniendo un filtro aguas aba"o del n&cleo. 0ateriales que drenen con

relativa libertad y con un alto grado de estabilidad in!erente se utilizan para

encerrar y soportar material menos estable del n&cleo impermeable y el filtro.

0ateriales ms permeables, si estn disponibles, se colocan en general en las

secciones aguas arriba para permitir una disipación rpida de la presión del agua

en descensos rpido del nivel del agua.

La estabilidad de una presa de relleno o terraplén y su cimentación esta

determinada por su capacidad de resistir esfuerzos cortantes. Las presas deterraplén construidas con materiales co!esivos de ba"a permeabilidad tienen en

general pendientes ms tendidas que aquellas utilizadas en rellenos zonificados,

con zonas externas de drena"e libre que soportan las zonas internas con material

de relleno menos permeable.

0ateriales de relleno de menor calidad puesto al azar, pueden emplearse

con satisfacción en las reas dentro del perfil de la presa en donde ni la

permeabilidad ni la resistencia al corte sean importantes y los requerimientos

principales sean el volumen y el peso.

#n la zonificación y el perfil del n&cleo se consideran los siguientes puntos

generales-

o 1n gradiente !idrulico nominal a través del n&cleo del orden de 2,34

5,3 es satisfactorio, mientras que un valor mayor que 6,347 no es

conveniente.


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olas), debe ser por lo menos de 2,3 m para los embalses de peque%as presas de

terraplén o relleno y muc!as ms grande para presas y8o embalses ms grandes.

Control de iniltración en la cimentación.

Los flu"os y la presión de infiltración dentro de la cimentación se controlanmediante los rastrillos y el drena"e. Los rastrillos son barreras impermeables que

funcionan como una extensión del n&cleo del relleno de la cimentación. #n

general, se localizan ba"o el n&cleo, pero también puede localizarse a una corta

distancia aguas arriba y estar conectados al n&cleo mediante una capa !orizontal

impermeable (un rastrillo que penetre totalmente) o si el material permeable se

presenta a profundidades considerables, puede terminar donde la perdida de

cabeza a través del rastrillo se suficiente para efectuar el grado de control

requerido (un rastrillo que penetre parcialmente). /on frecuencia, los rastrillos ms

antiguos se construían como zan"as rellenas de arcilla muy angostas, con el

inconveniente de que muc!os eran vulnerables a da%os por infiltración y erosión.

#l rastrillo relativamente anc!o y con zan"as poco profundas se rellena con

arcilla compactada y forma la base del n&cleo que est por encima. #s muy

efectivo, en particular si se complementa con inyecciones, pero los costos de

excavación lo limitan a profundidades mximas de zan"a del orden de 29459 m.

#l rastrillo del tipo de zona inyectada, se emplea en la actualidad para un

rango amplio de condiciones de cimentación debido a los desarrollos en las

técnicas de lec!adas. #l rastrillo se forma por varias líneas paralelas de agu"eros

de inyección alternadas, espaciadas de 5 a 6 m entre sus centros. #n general, se

utilizan lec!ada de base de cemento, pero !ay disponibles lec!adas químicas ms

sofisticadas y costosas para condiciones particularmente difíciles. Los rastrillos

inyectados son ms efectivos en roca fracturada y en suelos de grano ms grueso,donde pueden reducir la permeabilidad entre uno a tres órdenes de magnitud.

:astrillo de este tipo se !an construido !asta profundidades de ms de 299 m.

pueden ser instalados o me"orados después perforados a través del cuerpo de una

presa, pero ordinario son relativamente costosos.


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#l rastrillo del tipo de diafragma delgado, resultado de los avances logrados

en los procesos geotécnicos. #l rastrillo se forma mediante la excavación, en

longitudes de tramos de una zan"a angosta estabilizada con lec!adas que luego

se rellenan de modo permanente con una mezcla de arcilla, arena y bentonita.

'e forma alterna puede emplearse un relleno de concreto ;plstico<

relativamente débil y deformable para formar el elemento impermeable. #l rastrillo

de diafragma es muy efectivo en suelos de aluviones y de grano ms finos y

pueden constituirse de manera económica a profundidades de mas de 69479 m.

0uro de diafragma de tablestacado pueden dirigirse !asta profundidades de

59453 m para formar un rastrillo ba"o estructura de cabeza ba"a. #l costo de este

tipo de rastrillo es moderado, pero su eficiencia es ba"a a menos que se

complemente con inyecciones aguas arriba.

#l control de la infiltración del rastrillo aguas aba"o se favorece por la

provisión casi universal de una capa de drena"e !orizontal a nivel del terreno ba"o

el espaldón agua aba"o. menudo se complementa con unos pozos profundos de

alivio ba"o o cerca del pie de presa.

=ambién se puede moderar la infiltración por medio de una continuación del

n&cleo aguas arriba mediante una capa !orizontal impermeable que se extiendesobre el lec!o del embalse. La capa se lleva aguas arriba a una distancia

suficiente para alargar la trayectoria de infiltración y de esta manera reducir el flu"o

al nivel requerido. #l espesor del relleno compactado requerido puede tomarse

como 2.9>9.2?, donde ? (m) es la altura de relleno. La eficiencia de una capa

aguas arriba puede ser relativamente ba"a con respecto a los considerables costos

de construcción involucrados.


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#bras de desag$e% t&neles y alcantarillas.

'onde sea posible, las obras de desag*e deben construirse como un t&nel

perforado a través del terreno natural del estribo de la presa. 'onde sea difícil o

inconveniente desde el punto de vista económico, una alcantarilla de concreto

cimentado sobre una roca es una alternativa satisfactoria, siempre y cuando se

pueda asegurar que, si no est cimentada es una roca profunda. La alcantarilla

que es proyectada con cierta rigidez no origine agrietamientos por corte de relleno

cuando este &ltimo sufra sedimentaciones. La sección transversal de alcantarillado

deber ser o"ival, con "untas transversales a intervalos de 29423 m y un

revestimiento externo para deslizamiento, a fin de ayudar el asentamiento del

relleno con respecto a la alcantarilla. #s potencialmente peligroso construir una

alcantarilla de desag*e sobre una cimentación compresible dentro del relleno

mismo, debido a los efectos de las deformaciones diferenciales y al posible

agrietamiento.

'e forma general, las alcantarillas de concreto incorporan un n&mero de

collares o placas externas transversales a intervalos en toda su longitud para

in!ibir infiltración preferencial y erosión posible en la interfaz alcantarilla4relleno.

'rotección del par(metro aguas arriba.

Para proteger el parmetro aguas arriba contra la erosión por las olas,

estn disponibles varias opciones que abarcan desde el revestimiento con

mezclas asflticas tradicionales con inyecciones en las "untas, pasando por

pantallas de concreto, !asta el uso de bloques de concreto, acorazamiento en

roca y la escollera. 1na capa de protección pesada y gruesa es necesaria entre el

nivel de la cresta y el nivel mínimo de operación o de descenso del agua,

suministrando protección reducida de a!í !asta el lec!o del embalse. Las mezclas

asflticas son costosas y, aunque son durables, no son disipador suficiente

eficiente de la energía de las olas. Las losas de concreto tienen limitaciones

similares y permiten elevaciones considerables de las olas que deben incluirse

dentro del dise%o del borde libre. Las obras en bloques pesados de concreto con

"untas abiertas cimentadas sobre grava y un filtro granular son preferibles y en la


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actualidad se utilizan ampliamente. /uando se dispone de rocas durables,

grandes y angulares, el acorazamiento en roca y la escollera de roca lanzada

proveen una protección efectiva. 1na regla empírica para determinar el tama%o de

la roca en el acorazamiento necesario para la estabilidad ba"o la acción de las olas

es la siguiente-

0 @ 296?s6

'ónde-

o 0 (Ag) es la masa de la piedra requerida.

o ?s (m) es la altura significativa de la onda

Cresta de la presa de relleno

La cresta debe tener un anc!o no menor a 3 m y deber tener una vía de

acceso alisado y bien drenado. #n las presas antiguas, este &ltimo requerimiento

proporciona una resistencia valiosa contra los efectos erosivos de peque%os

rebosamientos ocasionales.

Para el dise%o es completamente necesario realizar anlisis de-

• Infiltración.

• #stabilidad.

• Bracturamiento !idrulico.

• grietamiento.

• sentamiento y deformaciones.


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