PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO. Ing. Washington Sandoval E., Ph.D. Revisión 2016

Transcripción

1 PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO Ing. Washington Sandoval E., Ph.D. Revisión 2016

2 PARTES DE UNA PRESA

3 TIPOS DE PRESAS Por la composición del cuerpo de la presa Homogéneas. Heterogéneas (zonificadas). Con pantallas de materiales no sueltos. Con pantallas de suelos Con núcleos de materiales finos. Con diafragmas, muros, tablestacas, etc.

4 TIPOS DE PRESAS Homogéneas Con pantalla inclinada

5 TIPOS DE PRESAS Con pantalla de materiales sueltos Heterogéneas (Zonificadas)

6 Con núcleo de materiales finos TIPOS DE PRESAS Diafragma vertical rígido (pantalla)

7 TIPOS DE PRESAS Por su estructura impermeabilizante en la cimentación: Con delantal. Con dentellón. Con cortina de inyección de lechada de cemento. Diafragma o muro. Por su forma de construcción: De compactación mecánica. Sin compactación mecánica.

8 Con delantal TIPOS DE PRESAS Con dentellón

9 TIPOS DE PRESAS Pantalla de inyecciones Pantalla de inyecciones colgante

10 Diafragma, Pantalla o muro TIPOS DE PRESAS

11 COMPACTACIÓN MECÁNICA

12 MOTIVOS DE FALLA (Según: Armas, R. 2002) 1. Agrietamiento 2. Sifonamiento mecánico (tubificación) 3. Deslizamiento del talud aguas abajo 4. Pérdidas por filtración 5. Sismos 6. Rebase de la cortina 7. Licuación

13 CIMENTACIÓN Factores a considerar : Forma de la boquilla Condiciones de las capas geológicas Capacidad de soporte de los suelos que conforman la cimentación Estabilidad de los estribos laterales Condiciones de flujos de las agua subterráneas Permeabilidad Paso de caudales en el período de construcción Otros

14 CIMENTACIÓN

15 SUSCEPTIBILIDAD A LA PERDIDA DE RESISTENCIA (CFE, 2008)

16 PRESA DE TIERRA LA ESPERANZA (Ecuador)

17 TALUD DE LOS ESPALDONES Rasskazov, L TIPO DE PRESA TALUD A ARRIBA TALUD A ABAJO DE TIERRA (Depende del tipo de suelo) 2 a 4,5 2 a 4,5 TIERRA Y ENROCAMIENTO Con núcleo central, espaldones de roca 1,3 a 1,8 1,3 a 1,7 Con núcleo inclinado, espaldones de roca 1,5 a 2,0 1,2 a 2,6 Con pantalla, espaldones de roca 2 a 3,5 1,2 a 1,6 ENROCAMIENTO Con pantalla 0,7 a 1,6 1,2 a 1,5 Con diafragma 1,3 a 1,7 1,3 a 1,7

18 TALUD DE LOS ESPALDONES ALTURA DE LA PRESA TALUD A. ARRIBA TALUD A. ABAJO PRESAS DE TIERRA Nedrigi, V. y otros (1983) PRESAS DE ENROCAMIENTO Garbovsky E. (1978) H < 5 2,0 2,5 1,5 1,75 5< H < 10 2,25 2,75 1,75-2,25 10 < H < 15 2,5-3,0 2,0-2,25 15 < H < 50 3,0 4,0 2,5 4,0 H > 50 4,0 5,0 4,0 4,5 H < 15 0,5 0,5 15< H < 30 0,75 0,75 30 < H < 45 1,0 1,0 H > 45 1,3 1,3

19 ALTURA DE RODAMIENTO DE UNA OLA

20 PARÁMETROS DEL OLEAJE DATOS: D Fetch, w velocidad del viento

21 ALTURA DE LA OLA (CUERPO DE INGENIEROS USA) Saville (1957) D (km), W (km/h)

22 NORMAS DE DISEÑO SP ki 2,8 2,6 2,4 2,2 2 ki P=0,1% P=1% P=2% P=5% P=13% 1,8 1,6 1,4 1, D = Fetch, (km) W = velocidad del viento, m/s gd/w^2

23 ALTURA DE LA PRESA Sobre el nivel máximo de operación del embalse la altura de la corona se toma: d = Δh + hr + a h r = 2 k r m h i% a 0,5 m. 3 h Δh - Elevación por el arrastre de la ola hr- Altura de rodamiento de la ola a Altura mínima de seguridad - Ángulo entre la perpendicular al eje de la presa y la dirección del viento. kr Coeficiente de rugosidad; 0,9 para losas de hormigón y ripio. Para enrocado y bloques de hormigón kr = 0,115+0,151*ln(h/d) d diámetro del enrocado o bloques Resguardo por ola sísmica d=0,4 + 0,76(I 6); donde I intensidad del sismo en escala MKS, o Mercalli Modificada, o EMS. (Razkazov, 2008).

24 ENROCADO (RIP -RAP)

25 PROTECCIÓN DEL TALUD DE AGUAS ARRIBA DIMENSIONAMIENTO DEL RIP-RAP (Grishin, 1979) Gp peso de las piedras De Diámetro equivalente a la esfera de las piedras t = (2,5 a 3,0)De - espesor del Rip-Rap Gp en kg, (Novak, 2001) D e = 0, 46 h m 0,1 (Sandoval, 2015) DIMENSIONAMIENTO DE LA PANTALLA DE HORMIGÓN th - espesor de la pantalla (0,15 a 0,5m.) k = 0,096 para juntas cerradas k = 0,077 para juntas abiertas L dimensión vertical de las juntas

26 COLOCACIÓN DEL ENROCADO (RIP-RAP)

27 FUNDICIÓN DE LA PANTALLA DE HORMIGÓN

28 DETALLE DE JUNTA EN UNA PANTALLA DE HORMIGÓN

29 CORONA PRESA DE MATERIALES SUELTOS NORMA TECNICA MEXICANA ANCHO MINIMO DE LA CORONA PARA PRESAS DE MATERIALES SUELTOS ALTURA (m) ANCHO (m) < a ,1H > B USBR B = 3 + H/5 KNAPPEN B = 1,65*H^½ PREECE B = 1 +1,1*H^½

30 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 y en la zona de contacto con el prisma de drenaje de aguas abajo. El ancho no menor a 2m.

31 CONSTRUCCIÓN DE PANTALLA DE HORMIGÓN PLÁSTICO

32 NÚCLEOS Núcleo Central.- Espesor en la base (0,3 a 0,5)H, donde H -altura de la presa. Núcleo Inclinado.- Espesor en la base (0,4 a 0,2)H. Pantalla de materiales sueltos.- Espesor en la base (0,3 a 0,1)H.

33 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.

34 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS NOMBRE USA Rusia Comunidad Europea d (mm) d (mm) d (mm) arcilla < 0,005 < 0,005 < 0,002 limo 0,005-0,075 0,005-0,05 0,002-0,06 arena 0,075-4,75 0,05-2,0 0,06-2,0 grava 4,75-76,2 2,0-40 2,0-60 guijarros > 76, bolón Pedrejón > 200 > 600

35 DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE SUELOS SUELTOS DEL CUERPO DE LA PRESA (Razkazov, 2008) La Densidad y la Humedad de los suelos que conforman el cuerpo de la presa se determinan en función de la humedad natural y la composición granulométrica. En climas templados y cálidos la densidad o compactación relativa (ID) de suelos con partículas gruesas (gravas, guijarros o más) se toma ID 0,9. Para suelos arenosos ID 0,66. Con el valor seleccionado de I D, determinamos el coeficiente de porosidad (relación de vacíos) de la siguiente condición:

36 DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE SUELOS SUELTOS DEL CUERPO DE LA PRESA s peso específico del suelo. v peso volumétrico (sólidos + poros). Ecuación de Maslov V., donde: A = 1,75 para suelos arenosos A = 1,86 para macizos rocosos A = 2,28 para grava gruesa y boleo. k coeficiente granulométrico. D1 y D2 diámetros mínimo y máximo de la composición granulométrica analizada. P porcentaje del peso analizado entre D1 y D2. Pi porcentaje parcial entre d1 y d2 d1 y d2 diámetro mínimo y máximo del porcentaje parcial pi.

37 CURVA GRANULOMÉTRICA PARA DETERMINACIÓN DE k

38 DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS DEL CUERPO DE LA PRESA GRAFICO PARA LA DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO MÁXIMO DE UN MATERIAL SUELTO, max. (Razkazov, 2008) v peso por unidad de volumen promedio de la curva granulométrica para materiales sueltos Kf- Coeficiente de permeabilidad para suelos granulares (no finos) en cm/s. d17, diámetro correspondiente al 17%, en cm.

39 DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE MATERIALES FINOS PARA NUCLEO O PANTALLA Peso volumétrico del esqueleto de un suelo arcilloso, colocado en el cuerpo de la presa Donde, - es el peso específico del agua; V a es el volumen relativo de aire contenido en el suelo, V a = 0,02 a 0,04; W c es la humedad del suelo utilizada en el cálculo, la cual frecuentemente, para disminuir la presión de poros, es menor en 1% o 2% de la humedad óptima. Coeficiente de permeabilidad para suelos arcillosos en cm/s, (fórmula empírica de V. Zhilinkov) la que es aplicable para 0,2 1,0: Donde, L es el índice de vacios (coeficiente de porosidad) correspondiente al Límite Líquido,

40 DREN CON PEDRAPLEN AL PIE DE PRESA

41 PEDRAPLEN O PRISMA DE ROCA AL PIE DE PRESA

42 L FILTRACION EN UNA PRESA HOMOGENEA CON PEDRAPLEN m1p 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 f(m1p) 0,74 0,51 0,36 0,28 0,22 0,18

43 FILTRACION EN UNA PRESA CON CIMENTACIÓN PERMEABLE h x = H 1 2 (H 1 2 H 2 2 ) x L

44 DISEÑO DE LAS CAPAS DEL FILTRO Y DREN Por sifonamiento Coeficiente de uniformidad Por porosidad (las partículas de una capa no deben penetrar en los poros de la otra). Para una porosidad de 0,25 a 0,39 suelo compactado

45 COMPOSICION GRANULOMETRICA DE LAS CAPAS DEL FILTRO

46 DELIZAMIENTO PRESA SAN FERNANDO (USA)

47 DESLIZAMIENTO CANAL SAN ANTONIO (ECU)

48 ESTABILIDAD DE TALUDES POR EL MÉTODO DE SUPERFICIES CILÍNDRICAS

49 ZONA DE UBICACIÓN DE CENTROS DE MAYOR RIESGO TALUD RADIOS r1/h 0,75 0,75 1,0 1,5 2,2 3,0 r2/h 1,5 1,75 2,3 3,75 4,8 5,5 r1 r2

50 EJERCICIO DE ESTABILIDAD DE UN ESPALDON rh2=52

51 CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE DATOS SEGURIDAD

52 EJERCICIO RESUELTO CON SOFTWARE GEO-SLOPE

53 RESULTADOS POR SECCIONES 624,54 601,24 Rebanada núm. 6 - JANBU Método 618,47 824,56 246,94 Rebanada núm. 6 Método de JANBU Factor de Seguridad 1,362 Ángulo Phi 28 C (Resistencia) 4 Presión de agua intersticial - 30,981 KPA Fuerza de Poro de Agua - 129,87 kn Ancho de rebanada 3,1997 m Media Altura 11,644 m Longitud de la Base 4,1921 m Ángulo Base -40,247 Mod Resist. Anisótropa

54 ASENTAMIENTO ΔSi 1- coeficiente de porosidad antes de aplicar la carga. 2- coeficiente de porosidad después de aplicar la carga. Se determina de la curva de compresión del suelo. Evaluación preliminar del asentamiento al final de la construcción

55 PRESA MAZAR-ECUADOR

56 PRESA MAZAR-ECUADOR

57 PRESA MAZAR-ECUADOR

58 BIBLIOGRAFIA Grishin, M. Slisskiy, C. et al (1979). Estructuras Hidráulicas. Moscú, Rusia. Ed. Escuela Superior. (en ruso) Rasskazov, et al. (2008). Estructuras Hidráulicas. Moscú, Rusia. Ed. Asociación de Entidades de Educación. (en ruso) United States Departament of Interior, (1982). Diseño de Presas Pequeñas. México, México. Ed. Continental S.A. Marsal, R. Resendiz, D. (1979). Presas de Tierra y Enrocamiento. México, México. Ed. Limusa, 1ª. reimpresión. Novak, P. Moffat, A. y Nalluri, C. (2001). Estructuras Hidráulicas. Bogotá, Colombia. Ed. McGraw-Hill 2ª edición.