criterios presas de terraplen
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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 <imas 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 <imo 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 <imo 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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