Presas, objetivos, clasificación

Saludos a todos los miembros que visitan nuestra web de ingeniería civil, en esta oportunidad quiero compartir con ustedes información relacionada a las presas (Objetivo, Clasificación), sin ams palabras dejamos la información a continuación.

Objetivo de una presa

Una presa es una obra que se coloca transversalmente en el cauce de un río con el objeto de:

- Almacenar las aguas.
- Regular a voluntad su extracción.
- Atenuar crecidas.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE PRESAS

1 Presas Flexibles: 

- De tierra: Homogéneas, Zonificadas
- De escollera: Pantalla impermeable aguas arriba, Pantalla impermeable central

2. Presas Rígidas: 

- De Hormigón : Gravedad, contrafuerte, en arco

Factores que determinan la elección del tipo de presa

I. Topografía: estudio de la cerrada y el vaso

- Cerrada angosta y profunda: ARCO.
- Cerrada intermedia: GRAVEDAD.
- Cerrada ancha y poco profunda: TIERRA O CONTRAFUERTE.
(Vaso: espacio ocupado por el agua, volumen)

II. Geología

- Roca resistente e inalterada en laderas o falla geológica en lecho: ARCO
- Lecho de gran capacidad portante: CONTRAFUERTE
- Condiciones desfavorables: TIERRA

III. Posibilidad de ubicación del aliviadero

- En presas de tierra el aliviadero debe ser independiente de la presa.
- En presas de hormigón puede estar sobre la presa.

IV. Materiales disponibles

- Limo
- Arcilla
- Áridos para hormigón
- Roca por voladura

V. Sismicidad

- Mejor las de tierra, pueden asentarse 20 o 30 cm
- Pueden ser también de gravedad
- Las peores en estos casos son las de contrafuerte.

VI. Otros

- Temperatura de la zona
- Impacto ambiental

CONCEPTO DE VASOS

- Se llama vaso al espacio que contiene el agua del embalse tras una presa.
- Su característica principal es su capacidad de almacenamiento.
- Como objetivos están la capacidad de regular el escurrimiento, atenuar las crecidas.

PRESAS FLEXIBLES (Presas de tierra)

- Las presas flexibles son terraplenes elaborados con materiales sueltos: tierra o escollera.

Algunas definiciones de las partes de una presa

- Corona o cresta: Es la superficie superior de la presa, es parte de la protección contra oleaje y sismos.
- Corazón impermeable: También llamado núcleo de tierra, es el elemento de la presa que cierra el valle al paso del agua contenida en el embalse.
- Respaldos permeables: Son las masas granulares que integran con el corazón impermeable, la sección de la presa.
- Altura de la cortina: Se define como la distancia vertical máxima entre la corona y la cimentación, la cual no necesariamente coincide con la medida desde el cauce del río por la presencia de depósitos aluviales.

Criterios de elección de la presas flexibles (Presas de tierra)

Son convenientes:

- Cuando la fundación no es muy buena como para recibir una presa de Hº.
- Cuando hay gran disponibilidad de materiales sueltos y las distancias de transporte son cortas.
- Cuando la cerrada es muy ancha.

Desventajas de las presas flexibles (Presas de tierra)

- Requieren gran mantenimiento: Auscultación permanente.
- El aliviadero debe hacerse separado de la presa.

Requisitos técnicos de las presas flexibles (Presas de tierra)

- Seguridad contra fallas hidráulicas: Exteriores:
- Falla de aliviadero.
- Falla por oleaje y lluvias (producen erosión): Interiores
- Desembalse rápido: se produce un desequilibrio por las presiones intersticiales.
- Filtraciones que produzcan tubificación.
- Seguridad contra fallas estructurales:

La presa debe soportar: el peso del terraplén, el empuje del agua, cargas sísmicas, desembalses, etc. Sin que se produzcan asentamientos mayores al 1 o 2% de su altura (además estos asentamientos no deben ser diferenciales).

Condiciones críticas de cálculo de presas flexibles (Presas de tierra)

- Una vez que entra en carga el embalse (embalse lleno), se producirá una percolación del agua a través del cuerpo de la presa, que producirá, según sean las condiciones (embalse o desembalse) una cierta línea de línea de filtración superior: LFS.

- Embalse lleno Si llamamos H a la altura de agua embalsada y esta permanece durante algún tiempo y aparece la línea de filtración superior correspondiente, en estas condiciones lo que hay que analizar es la posibilidad de falla del talud aguas abajo.

- Desembalse rápido Si se produce un desembalse muy rápido, no da tiempo a toda el agua contenida en la zona saturada a drenar con la misma velocidad, por lo que la presa queda con presiones intersticiales ejercidas hacia afuera, coloca en situación más desfavorable al talud aguas arriba, este debe ser verificado saturado ante un desembalse súbito.

Tipos de presas de tierra

1 Presas homogéneas: Compuestas por un solo material, deben ser impermeables. Llevan dren aguas abajo.
2 Presas zonificadas: Para alturas mayores. Poseen una zona impermeable y una zona resistente.
3 Presas de pantalla: Presas en las que el elemento de estanqueidad es una pantalla relativamente delgada de lámina no térrea.

1 Presas de tierra homogéneas

- Aquellas en las que toda o casi toda la sección transversal está constituida por un mismo material.

- Para alturas de hasta 20 m.

- El material del que están compuestas debe ser:

1. lo suficientemente impermeable para formar una barrera efectiva ante las filtraciones,
2. y para que exista estabilidad en los taludes que deben ser tendidos (5h:1v).

Materiales empleados en la construcción de presas de tierra

- GC
- GM
- SC
- SM
- CL (no expansivos)
- ML (no expansivos)

Optimizaciones para las dos condiciones desfavorables:embalse lleno y desembalse rápido

- Hacer taludes tendidos
- Reducir la superficie transversal de la presa que se encuentra bajo la línea de saturación, a través de drenes.

Drenes en presas homogéneas

- Para controlar la filtración, se utilizan drenes de diferentes tipos:

1. Un repie aguas abajo (a)
2. Un tapiz horizontal (b)
3. Una chimenea vertical o inclinada, conectada con un tapiz horizontal en la base (c)
4. Filtros horizontales cada cierta altura , de material drenante , dejando exenta una parte en el centro que hace las veces de núcleo. Los drenes de aguas abajo quedan unidos por un dren chimenea (d). Esta solución se usa en el caso de que la presión del agua intersticial durante la construcción exigiese taludes más tendidos que los requeridos por la estabilidad final de la obra. (d)

2 Presas de tierra zonificadas

- Presas construidas con dos o más tipos de suelo, en las que la zona de menor permeabilidad ejerce las funciones de elemento estanqueizador o núcleo.

- Para mayores alturas que las homogéneas 20-30 m.

3 Presas de pantalla

- Comprende aquellas presas en las que el elemento de estanqueidad es una pantalla relativamente delgada o lámina no térrea

- La pantalla puede ser:

1 Interior: Vertical, Inclinada, Quebrada
2 Exterior: constituyendo la piel del paramento aguas arriba.

Materiales de la pantalla

Hay gran diversidad de materiales:

En pantallas internas:

– Hormigón hidráulico
– Hormigón asfáltico, árido grueso o fino, no ciclópeo.
– Emulsión asfáltica.
– Hormigones o mezclas plásticas: suelo-cemento, suelo-bentonita, suelo-bentonita-cemento.
– Pilotes tangentes de hormigón hidráulico, tablestacas.
– En pantallas exteriores:
– Hormigón hidráulico armado
– Hormigón asfáltico mono o multicapa
– Materiales poliméricos:
– Plásticos-polivinilo, caucho-butilo, láminas prefabricadas de diversos productos bituminosos.


Método sueco para el cálculo de la estabilidad de taludes

Todos los métodos que analizan la estabilidad de la falla por rotación, con forma de cilindro, cuya traza en el plano del papel es un arco de Ca.

a) Suelos puramente cohesivos (f = 0, c ≠ 0)

- Consideremos un talud homogéneo con su suelo de cimentación, donde la resistencia al corte puede expresarse τ = c.

- En la práctica corresponde al caso de un talud en suelo fino, saturado para el cual la prueba de triaxial rápida (UU), representa las condiciones críticas.

- Con centro en O y radio R trazamos la superficie hipotética de falla. Si consideramos un espesor unitario del talud, el peso W es igual a γ x área ABCD.

- Cualquier carga existente en el coronamiento se sumará a W.

-El momento motor es el momento de W con respecto a O.

Mm = W x d

- Las fuerzas que se oponen al deslizamiento de la masa de tierra son las de cohesión que actúan a lo largo de la superficie de falla: momento resistente.

Mr = c x L x R

- En el instante de falla:

Mm = Mr
∑W x d = c x L x R

- ∑W x d: Momento del peso propio más el de las cargas que puedan existir en el coronamiento.

- El factor de seguridad Fs:

Fs = Mr/Mm = c x L x R/ ∑W x d
Fs debe ser mayor o igual a 1.5 para verificar la estabilidad del talud.

- Como la superficie de falla adoptada no es la de menor Fs, el procedimiento se transforma en un método por tanteos.

- Se eligen distintas superficies de fallas con igual centro y distinto radio.
- Se repite lo mismo para un buen número de centros, hasta encontrar la zona de menor Fs, y el menor Fs.

- En este procedimiento se consideran dos simplificaciones: falla circular y desarrollo de la resistencia máxima al esfuerzo cortante producida a la vez a lo largo de toda la superficie de falla.

b) Suelos con cohesión y fricción (f ≠ 0, c ≠ 0)

- Es aplicable a aquellos suelos que luego de ser sometidos al ensayo triaxial, tienen una ley de resistencia al esfuerzo cortante:

τ = c + σ tg f

- De todas las variables del método sueco el más expedito y popular es el de las dovelas debido a Fellenius.

- La masa de tierra se divide en “dovelas”. El equilibrio de cada dovela puede analizarse como en la figura:
- Wi : Peso de la dovela (area x γ)
- Ti : Reacción tangencial del suelo a lo largo de la superficie de deslizamiento Δli (componente del peso)
- Ni: Reacción normal del suelo a lo largo de la superficie de deslizamiento Δli (componente del peso)
- P1, P2 y T1, T2: acciones normales y tangenciales de las dovelas vecinas.

Hipótesis (simplificativas)

- P1 y P2 son iguales, contrarias y colineales.
- El momento de T1 = T2 es despreciable
- Entonces cada dovela actúa independientemente de las demás Ni y Ti equilibran a Wi.
- σi = Ni / Δli : presión normal constante en la superficie Δli de la dovela. (Con este valor de σi se entra en el gráfico resultante del triaxial y se obtiene el valor de τi.)
- Momento motor debido al peso de cada dovela:
Mm = ∑| Ti | x R + | Ni | x d
Ni x d = 0 (La componente de Ni pasa por el centro O)
- Momento resistente:
Mr = ∑τi x Δli x R
Es debido a la resistencia al corte τi que se desarrolla a lo largo de Δli.
- Factor de seguridad:
Fs = Mr/Mm = ∑τi x Δli x R / ∑ | Ti | x R
Fs = ∑τi x Δli / ∑ | Ti |
- Al igual que en el caso anterior debe realizarse este cálculo para varios radios con un centro y para varios centros, hasta encontrar el Fs mín.

c) Suelos estratificados (f1 ≠ 0, c1 ≠ 0)
(f2 ≠ 0, c2 ≠ 0)

- Se usa el método de las dovelas pero cuidando que ninguna base caiga entre 2 estratos.
- El peso de cada dovela se calcula sumando el correspondiente a cada estrato.
- Según el fondo de cada dovela, será la forma de calcular el momento motor y el resistente parcial.
- El cálculo de Fs sigue siendo igual que antes (iterativo).


c) El Método Bishop

- Supone superficie de deslizamiento circular.
- Sea AB la superficie de deslizamiento, la ley de presiones intersticiales sobre ella se calcula a partir de la red de filtración.
- Se divide la masa deslizante en fajas verticales o dovelas.
- El momento de las fuerzas que actúan sobre un bloque respecto al centro del círculo:

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