PLANCHA GEOTECNIA.docx

PRESAS Se construye a través de un río, arroyo o canal para almacenar el agua y elevar su nivel, con el fin de regular el caudal, para su aprovechamiento en el riego de terrenos, en el abastecimiento de poblaciones o en la producción de energía mecánica. TIPOS DE PRESAS EN EL PERU  

el 44% de ellas son presas de tierra (E) (Presas de concreto o albañilería)

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el 14% son barrajes de concreto presas derivadoras (CB-DS) el 14% son presas de concreto de gravedad (CG) el 13% son presas de albañilería de gravedad (MG). presas de enrocado (10%) de las cuales el 5% son presas de enrocado propiamente dicho (R); el 4% son presas de enrocado con pantalla de impermeabilización de concreto (CFR)

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El núcleo puede quebrarse si es muy esbelto Las construcción del núcleo inclinado es muy dificultoso

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Presas homogéneas Se requiere altos controles en la compactación para evitar que queden estratos con diferentes propiedades Se puede presentar altos asentamientos Es muy débil estructuralmente Mayor inestabilidad de talud aguas arriba Ofrece una permeabilidad demaciada baja Se requiere protección de taludes

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PARTES DE UNA PRESA DE TIERRA 1.

La cimentación: En tierra o en roca sirve de soporte al terraplén, y resiste filtraciones por debajo de la presa El dentellón impermeable y el núcleo o corazón: Retiene el agua y si la cimentación es permeable, se extiende hacia abajo para formar el dentellón impermeable Los respaldos: Dan soporte estructural al núcleo y distribuyen la carga en la cimentación

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PRESAS DE TIERRA LAS FALLAS GRAVES O CATASTROFICAS 1. Rebose de la cortina 2. Sifonamiento mecánico 3. Agrietamiento transversal (sentamientos diferenciales) 4. Deslizamiento del talud aguas abajo (falla durante la construcción, durante la operación y después de un vaciado rápida) 5. Sismos (grietas longitudinales, licuación, sismo en dirección transversal al eje, espaldones granulares mal compactados) 6. Licuación( los suelos más susceptibles son: arenas sueltas y limos) 7. Perdidas por filtración CAUSAS MÁS IMPORTANTES DE FALLAS PRESAS DE TIERRA     

Desbordamiento Flujo de agua Deslizamientos Fugas en conductos enterrados Erosión de taludes

MEDIDAS Y MEDIOS PARA EVITAR LAS FALLAS GRAVES 1. 2. 3. 4. 5.

debe realizarse adecuados estudios sistemáticos de cuencas y escurrimiento para prolongados tiempos de retorno(estudio hidrológico) utilizar suelos plásticos en la medida de lo posible Ip >=15%, compactar los mismos con energía de compactación alta, compactar con humedades en el rango de valores de +- 2%. Los mismo que (2) Seleccionar suelos granulares que son mas resistentes al esfuerzo cortante Hacer cálculos para determinar la influencia de un sismo en la estabilidad de una presa: ( asientos de la coronación, licuación de los materiales del cimiento, agrietamiento del cuerpo de la presa, oleaje, deslizamiento, estabilidad de taludes,

CLASIFICACIÓN 1.

Presas de Relleno Hidráulico :    

Los materiales son colocados sueltos La resistencia al corte es menor La compresibilidad y licuación son mayores Volumen superior

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS PRESA DE TIERRA. Ventajas Presas homogéneas:  El material se compacta con un solo equipo,  Las líneas de flujo son más largas.  Es más simple y económico.  Es aplicable en lugares no permeabilidad.  Pueden ser sobre elevadas y reparadas en el futuro  Son capaces de soportar cualquier movimiento de tierra  Las pendientes de los taludes son diseñadas para garantiz cualquier condición de servicio. Presas heterogéneas  Los taludes son con pendientes más altos  Menor cantidad de materiales de construcción  Se facilita la construcción por etapas, especialmente si el núcleo es inclinado  Ausencia de problemas de presión intersticial  Reducción del volumen de los materiales Desventajas Presas heterogénea  Se requiere diferentes equipos para su compactación  Se necesita diferentes áreas de préstamo y almacenamiento

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3.

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Presa Homogénea: Construida con tierra compactada Protección contra el oleaje, aguas arriba

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Presa de materiales graduados Suelos finos en el corazón Filtros Transiciones a los enrocamientos

Presas de enrocados, en las cuales el cuerpo principal de la presa se hace de materiales con grano grueso y los elementos antifiltrantes de materiales aglutinados (pantallas antifiltrantes).

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II. SEGÚN EL ESQUEMA CONSTRUCTIVO DE LA PRESA  Presas homogéneas, con un solo material en contacto con el filtro.  Presas heterogéneas, en las que el cuerpo se compone de dos o más clases de suelos. Las presas heterogéneas a su vez se dividen según la colocación del elemento antifiltrante, así: • Presas con núcleo vertical • Presas con núcleo inclinado • Presas con pantalla impermeable aguas arriba

PRESAS DE ENROCAMIENTO Son terraplenes formados por fragmentos de roca de varios tamaños cuya función es dar estabilidad y por una membrana aguas arriba que es la que proporciona impermeabilidad. Su adopción se indica en los siguientes casos: · Abundancia de roca de la zona · Inadecuada cimentación para presas rígidas · Altos costos para el transporte de los elementos del concreto . Las presas de enrocado se pueden ejecutar en toda época y con gran rapidez. · Caso en que la comparación económica con respecto a otras alternativas presente la presa de enrocado como la más favorable

III. SEGÚN EL MÉTODO DE EJECUCIÓN DE LOS TRABAJOS  Terraplenado  Relleno hidráulico  Material arrojado IV. SEGÚN LA CONDICIÓN DE PASO DE LOS CAUDALES DE CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN

PARTES DE PRESAS DE ENROCAMIENTO 

Cimentación Son más flexibles, pero son más exigentes que para las de suelo puesto que la pantalla impermeable podría quebrarse. El dentellón El dentellón está situado en el talón aguas arriba de la presa y contribuye a cortar filtraciones. Sirve también de apoyo al peso de la membrana. Facilita hacer inyecciones si se requiere mejorar la cimentación. Pedraplen. Por economía, la roca del cuerpo debe estar situada cerca del emplazamiento de la presa,La roca se obtiene de las canteras debiendo ser dura y durable para que resista el acarreo, funcionamiento, y operación Zona de transición Antes de colocar la pantalla impermeable se suele colocar sobre el enrocado una franja de 4.5 m. de espesor Pantalla impermeable Antes de colocarse la pantalla, debe dejarse que se produzcan los mayores asentamientos.

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Presas sordas: Son aquellas en que el caudal de filtración a través del cuerpo de la presa es mínimo en comparación con los caudales que son evacuados durante la construcción y la operación. Presas filtrantes: Este tipo de presa puede hacerse de piedra (gaviones) sin elementos especiales antifiltrantes, permitiendo el paso de caudales apreciables a través de su cuerpo. Presas auto-vertedoras: Son aquellas que tienen cresta y taludes dispuestos con estructuras de descarga de agua a flujo libre para permitir el paso de caudales de construcción o de operación.

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TRATAMIENTO DE CIMENTACION ROCOSA 1.

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TRATAMIENTO DE GRIETAS Existen dos posibilidades: Las grietas finas y o grietas anchos o zonas fracturadas.  Se tratan con enlucidos de mortero o simple aplicación de lechada; se utiliza el cemento como aglutinante INYECCIONES Método para tratar cimentaciones de roca y depósitos de aluvión 

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Tipos de tratamiento. (sellado: se llena las grietas, los conductos de disolución o los huecos mayores de un aluvión. consolidación: su finalidad es disminuir la comprensibilidad de la roca al mismo tiempo que la permeabilidad, llenando fisuras de la roca con una mescla resistente aplicada a alta presión) Medios inyectables. (las rocas y los depósitos de aluvión) Mesclas o lechadas. Los productos inyectables son de tres tipos: líquidos(soluciones de silicato de sodio), suspensiones inyectables(lechadas de agua y cemento) y suspensión estables(mezclas de arcilla)

TIPOS DE PANTALLA 

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    VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE PRESAS DE ENROCADO Ventajas  Pueden ubicarse en todo tipo de sitios  Los requisitos para la cimentacion son menos rigorosos que para otros tipos de presas  Utilizan materiales naturales abaratando el costo  El diseño es flexible y se acomoda a diferentes materiales de relleno  El proceso de construcción es de gran mecanización y continuo Desventajas 

Pueden sufrir daños graves e incluso ser destruido por la erosión producida, La vulnerabilidad a filtración ocultas y La erosión interna de la presa

CLASIFICACIÓN DE LAS PRESAS FLEXIBLES I. DE ACUERDO A LOS MATERIALES UTILIZADOS  Presas de tierra, en las cuales el volumen principal del cuerpo de la presa se hace con suelos arcillosos, arenosos, o areno-gravillosos de grano fino.  Presas de roca-tierra, en las cuales el volumen principal del cuerpo de la presa se hace de suelos de grano grueso y los elementos antifiltrantes de suelos de grano fino.

Tablestacado: más usual es el tablestacado de acero, recomendable cuando el deposito terreo está integrado por suelos que no contienen fragmentos de gran tamaño. Dentellones: (mediante inyecciones de productos impermeabilizantes, paneles o pilotes secantes de concreto, colocando bajo agua en la trinchera excavado) Las cortinas de inyección: se usan para impermeabilizar depósitos de aluvion hasta profundidades de 100 m Muros solidos o celulares: Trincheras de material compactado Delantales impermeables

MATERIALES USADO EN PRESAS Rocas ígneas, rocas metamórficas y rocas sedimentarias NUCLEO INPERMEBLE Los materiales que se usan son suelos finos generalmente como arcillas, limos o combinación de ellos. Pueden ser de origen aluvial, eólico, residual, lacustre o glaciar 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. 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.

CRITERIOS DE DISEÑO

1.

DISEÑO CONTRA DESBORDAMIENTO

Producido por oleaje de viento o sismo se hace mediante un bordo libre, definido como la distancia vertical entre el punto más bajo del corona y el nivel del embalse cuando el vertedor trabaja a su capacidad de diseño. 2.

3.

DISEÑO CONTRA DESLIZAMIENTO Método de análisis. Verificar que la inclinación de los taludes no sea tan grande, análisis de estabilidad y de la cimentación: (el cálculo de esfuerzos y deformaciones en todo el terraplén y su cimentación, la determinación por análisis limite, de la relación entre esfuerzo cortante y resistencia) Condiciones críticas en la estabilidad de una presa. pasa por 4 estados críticos: (al final de la construcción, a lo largo plazo y con presa llena, durante vaciado rápido, bajo excitación sísmica)

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4.

DISEÑO CONTRA EROSION DE TALUDES Diseño de protección de enrocamiento. La protección del talud de aguas arriba contra el oleaje, por medio de una capa de enrocamiento colocada a mano o a volteo, entre sus ventajas: (gran flexibilidad, rugosidad, permeabilidad, resistencia al oleaje, facilidad de reparación)

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CIMENTACIÓN DE LAS PRESAS

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La cimentación debe proporcionar un apoyo estable para el terraplén en todas sus condiciones de carga y saturación. Debe tener resistencia a la filtración para evitar daños por erosión y pérdidas de agua Cuando se encuentre roca durante la preparación de la fundación, es importante que ésta quede perfectamente limpia removiéndose de su superficie toda costra o fragmento de roca Es importante que se realice simultáneamente la preparación de la fundación y la excavación para la tubería de toma de agua de acuerdo con las pendientes y dimensiones mínimas indicadas en planos.70

MEDIDAS PARA MEJORAR LA CIMENTACIÓN DE LAS PRESAS Los problemas de filtración se presentan generalmente aguas abajo debido a que la fuerza de presión del agua (subpresión) en un punto dado de la cimentación iguala a la presión ejercida por el peso combinado del suelo y agua por encima de él.       

Dentellones de tierra del mismo material del núcleo impermeable de la presa. Dentellones parciales Dentellones con tablestacas de acero Dentellones de concreto in situ (diafragmas) Inyecciones Colchones del lado aguas arriba Filtros y colchones horizontales de drenaje

RIP RAP Es el material más comúnmente especificado para la protección del talud aguas arriba de la presa DENTELLON Evita las filtraciones por debajo de las presas y si la cimentación es impermeable se extiende hacia abajo para formar el dentellón impermeable. LOS RESPALDOS Dan soporte estructural al núcleo y distribuyen la carga en la cimentación

ENSAYOS DE CAMPO 1.

EXPLORACIÓN DIRECTA CON CALICATAS

Excavación manual con pico y lampa, excavación con equipo mecánico Desventaja: - Profundidad limitada - Paredes inestables ante la presencia de agua Ventaja: - Extracción de muestras disturbadas e inalteradas - Visualización directa de la estratigrafía 2.

ENSAYOS DE PENETRACION ESTANDAR 3.

DISEÑO CONTRA FLUJO INCONTROLADO Los efectos nocivos del flujo de agua pueden ser la causa directa de colapso cuando producen tubificacion, reblandecimiento o supresión excesiva en alguna parte de la estructura o de su cimentación, y pueden provocar la falla indirectamente cuando el agua actúa como agente erosivo, (permeabilidad del vaso, tubificacion, agrietamiento de la presa, conductos enterrados,

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Saturadas

EXPLORACIÓN DIRECTA CON POSTEADORA

Posteadora manual, Posteadora mecánica Equipo: Ventaja: - Auscultación rápida del terreno Desventaja: - No se extraen muestras inalteradas - Imposible de realizar en arenas limpias secas o

ENSAYO CPT

Equipo de penetración estática La prueba de penetración del cono se utiliza ampliamente para investigaciones en arcillas suaves y en arenas finas o medias. Los parámetros más conocidos son la densidad relativa, el módulo de deformación y el ángulo de fricción interna para suelos granulares. También permite establecer la cohesión no drenada, la presión de preconsolidación y la razón de sobreconsolidación en los suelos cohesivos. La información recogida se utiliza para calcular los siguientes parámetros geotécnicos:  ángulo de fricción efectivo  coeficiente de consolidación  capacidad de carga  comportamiento del asentamiento de una cimentación VENTAJAS  Perfiles continuos rápidamente  Varios perfiles por dia  Los resultados no dependen del operador  Muy buena para suelos blandos DESVENTAJAS  Alta inversión de capital  Se requiere operadores muy capacitados  Elementos electrónicos se dañan y se descalibran  No es apto para suelos gravosos o con bloques

4.

ENSAYO SPT

Ampliamente utilizado para determinar características de resistencia y compresibilidad de suelos Resistencia a la penetración: golpes necesarios para hincar los últimos 30 cm de un total de 45 cm. SUELOS ADECUADOS PARA LA EJECUCIÓN DEL ENSAYO

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Arenosos Limo Arenosos Areno Limosos Arcillas

SUELOS INADECUADOS PARA EL ENSAYO

- Aluvionales - Aluviales - Suelos Gravosos y Heterogéneos con Gravas VENTAJAS    

sencillo y de bajo consto funciona en muchos tipos de suelo se puede utilizar en rocas bladas disponible en todo el mundo

DESVENTAJAS  Muestra alterada  No aplicable en arcillas blandas y limos  Variabilidad de incertidumbre 5.

PRUEBA DE CORTE CON VELETA

Se usa para determinar in situ la resistencia cortante no drenada (cu) de suelos arcillosos, particularmente de arcillas blandas. Ventajas  permite obtener la resistencia no drenada de arcillas  equipos ensayos muy sencillos  permite medir la sensitividad in situ desventajas  su uso se limita a arcillas y limos  es lento y se gasta mucho tiempo  requiere de correlaciones impiricas  el resultado es afectado por lentes de arena 6.

ENSAYO SISMICO

Exploración rápida y económica de grandes áreas. - Permite obtener espesores de estratos y las velocidades de ondas P y de ondas S. Medición de los tiempos de viaje de las ondas compresionales (P) y de las ondas de corte (S). APLICACIONES

- Determinación de la estratigrafia del subsuelo - Determinación de la profundidad del basamento rocoso - Determinación de parámetros dinámicos 7.

ENSAYO DE PLACA DE CARGA

El ensayo de placa de carga permite determinar las características de deformación y resistencia del terreno.