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DISEÑO DE PRESAS
MECANICA DE FLUIDOS2010 – 2011
Gastón Proaño Cadena
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Justificación
Las presas se construyen paraalmacenar agua durante la época de
lluvias y luego utilizarla en época seca. El agua se aprovecha en riego,
tratamiento de agua potable,
generación de energía eléctrica yturismo.
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El Quimbo
Betania
400 MW
2 216 GWh/año
540 MW
2 105 GWh/año
Vol. muerto: 1 381hm3
Vol. útil: 1 824 hm3690 msnm
Vol. muerto: 637
hm3
Vol. útil: 850 hm3 544 msnm
NMNO: 720msnm
NMNO: 561,2 msnm
3,5 ha/GWaño
3,7ha/GWaño
Perfil Esquemático
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Vertedero
R í o M a g d a l e n a
Casa demáquinas400 MW
Bocatoma
Conducción
Presah = 151 m
V = 7,4 hm3
Túnel dedesviaciónL = 505 m
Diqueh = 66 m
V = 2,9 hm3
Embalse720 msnm
V = 3.215 hm3
Presa y Obras
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Sitio El Quimbo, vista desdeaguas arriba
Sitio de Presa
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Gigante
Tesalia
PaicolEl Agrado
Pital
Altamira
Garzón
Embalse El Quimbo
Cota 720 msnm
Área embalse: 8 250 haÁrea obras: 336 haÁrea total: 8 586 ha
La Jagua
Presa
Zonas depréstamo
•Gigante 43,91%•Garzón 16,76%•Altamira 0,21%•El Agrado 37,83%•Paicol 0,04%
•Tesalia 1,25%
Embalse
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Clasificación de las Presas
De Tierra
De Hormigón
Gravedad
Contrafuerte
Arco
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Partes de una Presa
Cuerpo de la Presa
Túneles de desvío
Túneles de carga
Aliviadero
Salto Hidráulico Chimenea de equilibrio
Ataguías
Canales a cielo abierto
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http://www.etxalar.org/images/turismo_erdiko_presa_handia.jpg
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DISEÑO DE PRESAS
DETALLES A DISENAR TIPO DE PRESA BORDE LIBRE ZONIFICACION DE MATERIALES FUNDACION CONTROL DE FILTRACIONES ANCHO DE CRESTA PENDIENTE DE TALUDES PROTECCION CONTRA LA
EROSION ETC.
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DISEÑO DE LACIMENTACION
CAPACIDAD DESOPORTE
ESTABILIDADGENERAL
ASENTAMIENTOS
FILTRACIONES
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CIMENTACIONDEFINIR EL MATERIAL QUE SE VA A
REMOVER PARA GARANTIZAR CAPACIDAD DESOPORTE, SUFICIENTE ESTABILIDAD Y ASENTAMIENTOS ACEPTABLES.
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CIMENTACION
Mejorar la calidad del suelo si serequiere.
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DISEÑO BORDE LIBRE
Es la distanciavertical entre la
cresta de la presa yla altura máximadel agua en elvertedero para la
inundación dediseño.
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FACTORES A TENER EN CUENTAPARA EL DISEÑO DE BORDE LIBRE
Efectos del viento
Acción de las olas
Efectos de lossismos
Asentamientos dela presa.
Factor de seguridad(3% altura de lapresa).
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BORDE LIBRE
H1+ H2+ H3+ H+ Hs
Sobre elevación de agua por viento H1. Altura de cresta de olas H2.Rodamiento de las olas H3.
Asentamiento H. Altura de seguridad Hs.
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ANCHO DE LA CRESTA
Dependeprincipalmente del usoque va a tener la
cresta (via,mantenimiento, etc.)
El U.S. ARMY CORPSOf ENGINEERSrecomienda un ancho
de mínimo 7.5m parapermitir unacompactaciónadecuada de la presa.
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ALINEAMIENTO DEL EJE
DE LA PRESA
Para presas largas se recomienda que sea recto.
Deben evitarse los cambios fuertes de alineamiento para evitar
concentraciones de esfuerzos y agrietamientos. Las presas cortas y altas deben ser convexas hacia aguas arriba
para que el agua comprima los núcleos contra los estribos. Elradio de curvatura varia de 300 a 1.000m
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DETALLES DE DISENO
JUNTO A LOS ESTRIBOS
El espesor delnúcleo debeaumentarse junto alos estribos.
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ESTRIBOS LATERALES
Debe evitarse la entrega delalineamiento sobre salientesangostos de la ladera.
Deben excavarse los materialesmeteorizados o sueltos (talud,etc.)
Puede requerirse bajar lapendiente de los taludes delterraplén cerca de los estribos.
Puede requerirse inyectar losestribos.
Debe proveerse un sistema decontrol de erosión en la unión deltalud de la presa y de losestribos.
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TALUDES DE LOS
ESTRIBOSLas pendientes fuertes de los estribosproducen grietas por asentamiento del
terraplén de la presa, especialmente en laparte mas alta de la presa.
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CONTROL Y MANEJO DE LASFILTRACIONES DE AGUA
Todas las presas de tierra sufren filtraciones deagua a través del terraplén, la fundación y los
estribos. Deben diseñarse elementos para prevenir:
* Supresiones excesivas.* Inestabilidad del talud aguas abajo.* Sifonamiento.
* Erosión Interna.
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CONTROL Y MANEJO DE LAS FILTRACIONES ATRAVES DEL TERRAPLEN
METODOS: Zonificación gradual del
terraplén de fino a grueso.
Chimeneas verticales oinclinadas y/o colchoneshorizontales de subdrenaje.
Tuberías colectoras de aguaabajo del pie de la presa
(no debe haber tuberíasdentro del terraplén).
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DREN VERTICAL O DE CHIMENEA
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CHIMENEA INCLINADA
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FILTROS SINTETICOS
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CONTROL Y MANEJO DE FILTRACIONESPOR LA FUNDACION
Deben analizarse los diversos métodos utilizandoredes de flujo o por métodos aproximados.
Deben analizarse los factores de seguridad contrasubpresiones.
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a) COLCHONES DEDRENAJE
Manejan la filtración tantoa través de terrapléncomo de la fundación.
Previenen lassubpresiones excesivas enel pie de la presa.
Los colchones de drenajeaumentan los caudales defiltración por debajo delterraplén.
CONTROL Y MANEJO DE FILTRACIONESPOR LA FUNDACION
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Pueden ser de suelo impermeablecompactado, relleno fluido o concreto.
CONTROL Y MANEJO DE FILTRACIONESPOR LA FUNDACION
b) ZANJA O PANTALLA IMPERMEABILIZANTE
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ZANJA O PANTALLA IMPERMEABILIZANTE
1. Pantalla total (atravesando el manto permeable).
2. Pantalla parcial, su efectividad pende de laprofundidad, para que sea efectiva bajar a unmanto menor permeabilida.
CONTROL Y MANEJO DE FILTRACIONESPOR LA FUNDACION
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ZANJA O PANTALLA IMPERMEABILIZANTE PANTALLA COMPACTADA:
o Permite ver el suelo de fundación.
o Permite el tratamiento del fondo de la pantalla.o Para mayor eficiencia, penetrar dentro del manto
impermeable.
o Su ancho debe ser mayor al 20% de la altura del agua
de la presa y no menor de 6m.o Debe incluir filtros para evitar erosión interna.
o Puede requerir desagüe durante la construcción.
CONTROL Y MANEJO DE FILTRACIONESPOR LA FUNDACION
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ZANJA – PANTALLA - COMPACTADA
CONTROL Y MANEJO DE FILTRACIONESPOR LA FUNDACION
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ZANJA PANTALLA EN SLURRY(RELLENO FLUIDO).
Para la excavación puede requerirsetodo de bentonita.
El relleno fluido de cemento se utilizacon frecuencia
No se recomienda cuando hay bloqueso cantos de roca en la fundación.
CONTROL Y MANEJO DE FILTRACIONESPOR LA FUNDACION
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ZANJA O PANTALLAEN CONCRETO
Puede requerirseexcavación con lodode bentonita.
Puede romperse en
sismos de granmagnitud.
CONTROL Y MANEJO DE FILTRACIONESPOR LA FUNDACION
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COLCHONES IMPERMEABLES AGUAS ARRIBA Disminuye las subpresiones aumentando la longitud
de las líneas de flujo. No se recomiendan para presas de mas de 30m de
altura o para fundaciones muy permeables. Pueden requerirse colchones de drenaje o drenes
en el pie.
CONTROL Y MANEJO DE FILTRACIONESPOR LA FUNDACION
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Los criterios sonsimilares a los de la
fundación.
CONTROL DE FILTRACIONES POR LOSESTRIBOS
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Colocación decollares parabloquear el paso de
agua alrededor delducto.
Compactar muybien alrededor delducto o utilizarconcreto o rellenofluido.
CONTROL DE FILTRACIONES A LOLARGO DE LOS DUCTOS
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• Drenes debajo de las placas de vertederopara disminuir subpresiones.
• Pantallas impermeabilizantes.
CONTROL DE FILTRACIONES PORDEBAJO DE LOS VERTEDEROS
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MATERIALES
La mayoría de los suelos pueden utilizarse para laconstrucción de presas de tierra.
No deben utilizarse materiales orgánicos.
No deben utilizarse limos, finos o roca molida.
No deben utilizarse arcillas con limites líquidos de mas de
80%.
DISEÑO DE LA SECCION DE TERRAPLEN
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UTILIZACION DE SUELOS
ARCILLOSOS Algunos suelos
arcillosos soninestables debido a su
exceso de humedad. Es impractico en la
mayoría de los casosbajar la humedad de
los suelos muyhúmedos entemporada de lluvias.
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La roca sana dura es la ideal para losenrocados pero algunas rocas débiles ometeorizadas pueden utilizarse.
No se recomienda la utilización de lutitasarcillosas. Las rocas que se trituran al compactarse
deben diseñarse como suelos y no como
enrocados. En algunos casos se requiere eliminar lossobre tamaños.
UTILIZACION DE
ENROCADOS
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UTILIZACION DE
ENROCADOS
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ZONIFICACION DE LA
PRESA
El terraplén debe zonificarse para utilizar la mayor cantidad demateriales posibles de las excavaciones en la obra y de laszonas de cantera cercanas al sitio.
Es común el diseño de un núcleo el cual esta rodeado defiltros y de materiales mas gruesos y resistentes.
El espaldon aguas abajo no sirve de drenaje y da estabilidad alos taludes.
Igualmente el espaldon aguas arriba da estabilidad a lostaludes respectivos.
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PROTECCION CON
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PROTECCION CONSUELO-CEMENTO
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PROTECCION CON VEGETACION
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VERTEDEROS
En zonas de alto riesgo de sismos, losvertederos deben cimentarse sobre roca.
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Referencias
Proyecto El Quimbo,del Departamento del Huila y de la Nación,Colombia.
WWW.dspace.espol.edu.ec
Diseño y construcción proyecto Daule Peripa.
Suarez D. Jaime, “Deslizamientos y Estabiidad de taludes en zonastropicales” Ed. Ingeniería de suelos Ltda. Julio de 1998.
También algunas imágenes y datos de internet.
http://www.dspace.espol.edu.ec/http://www.dspace.espol.edu.ec/