DISEÑO DE PRESAS DE

TIERRA

• CERNA ESPINOZA BRYAN• RUIZ LOPEZ INGRID• ROJAS ARIAS , L. ENRIQUE

UNIVERSIDAD SAN PEDRO

Se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo, con el fin de crear un almacenamiento, dicha estructura debe satisfacer las condiciones normales de estabilidad y ser relativamente impermeable

FINALIDADTiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para producir energía eléctrica.

¿QUE ES UNA PRESA?

Central Ralco, Alto Bio Bio

 Las presas se pueden clasificar con relación. 

1.- Por su altura 

2.- Por su propósito 

3.- Por el tipo de construcción y los materiales que la constituyen.

CLASIFICACION

PRESAS DEL TIPO GRAVEDADEs costumbre limitar él termino presa de gravedad a las presas de concreto o mampostería, las cuales resisten el sistema de fuerzas que le son impuestas, principalmente por el peso propio de ellas mismas. Sin embargo si la presa es ligeramente convexa en planta, hacia aguas arriba, en toda su longitud, una pequeña proporción de las cargas impuestas se transmitirá por acción de arco.

PRESAS EN ARCO

El termino presa en arco se usa para designar una estructura curva, masiva de concreto o mampostería, con convexidad hacia aguas arriba, la cual adquiere la mayor parte de su estabilidad al transmitir la presión hidráulica y cargas adicionales, por acción del arco.

PRESAS DE MACHONES O CONTRAFUERTES

Las presas clasificadas con esta denominación comprenden dos elementos estructurales principales. Una cubierta inclinada que soporta el empuje hidráulico y machones, contrafuertes o muros que soportan la cubierta y transmiten las cargas a la cimentación a lo largo de planos verticales, se pueden considerar tipos: - Presas de machones y losas. - Presas de arcos múltiples.• Presas de machones con cabeza.-estas se forman

adelgazando el machón, propiamente dicho, hacia aguas abajo, y dejando un ensanchamiento o cabeza en lado de aguas arriba. Los términos de cabeza redonda o cabeza de diamante se refieren a la forma del ensanchamiento, se debe prever la construcción de llaves y tapajuntas, entre cabezas, con objeto de garantizar la impermeabilidad del conjunto.

Presas de machones con cabeza

PRESAS DE TIERRA Y ENRROCAMIENTOEste tipo de presas esta formada por rocas sueltas, grava, arena, limo o arcillas en muy variadas combinaciones, con el fin de obtener un grado de impermeabilidad y compactación aceptables y previamente establecidos por medios de rodillos liso, rodillo con patas de cabras, rodillo vibratorio, pudiéndose considerar los tipos siguientes: - Presas homogéneas de tierra. - Presas homogéneas de enrrocamiento. - Presas de materiales graduados.

POR SU FUNCION:

Embalses de acumulación:Retienen excesos de agua en periodos de alto escurrimiento para ser usados en épocas de sequia. Embalses de distribución: No producen grandes almacenamientos pero facilitan regularizar el funcionamiento de sistemas de suministro de agua, plantas de tratamiento o estaciones de bombeo. Pondajes: Pequeños almacenamientos para suplir consumos locales o demandas pico.

PRESAS DE TIERRASon volúmenes de agua retenidos en un vaso topográfico natural o artificial gracias a la realización de obras hidráulicas

CLASIFICACION

POR SU TAMAÑO:

Embalses gigantes V> 100,000 Mm3 Embalses muy grandes 100,000 Mm3 > V >

10,000 Mm3 Embalses grandes 10,000 Mm3 > V > 1,000

Mm3 Embalses medianos 1,000 Mm3 > V > 1 Mm3 Embalses pequenos o pondajes V< 1 Mm3

V : volumen del embalse Mm3 : millones de metros cúbicos

VENTAJAS

• Mejoramiento en el suministro de agua a núcleos urbanos en épocas de sequía.

• Aumento de las posibilidades y superficie de riegos.• Desarrollo de la industria pesquera.• Incremento de las posibilidades de recreación.• Mantenimiento de reservas de agua para diferentes usos.• Incremento de vías navegables y disminución de

distancias para navegación.• Control de crecientes de los ríos y daños causados por

inundaciones.• Mejoramiento de condiciones ambientales y paisajísticas.

DESVENTAJAS

• Pérdidas en la actividad agroindustrial por inundación de zonas con alto índice de desarrollo.

• Cambios en la ecología de la zona.• Traslado de asentamientos humanos siempre

difíciles y costosos.• Inestabilidad en los taludes.• Posible incremento de la actividad sísmica,

especialmente durante el llenado de embalses muy grandes.

DISEÑO DE PRESAS DE TIERRAConsideraciones para la selección del sitio del embalse:• El vaso natural debe tener una adecuada capacidad, la que

es definida por la topografía. Se debe buscar obtener la mayor relación entre agua almacenada a volumen de presa, ojalá mayor que diez para pequeños proyectos. La siguiente tabla incluye ejemplos de embalses muy conocidos a nivel nacional y mundial.

Relaciones agua

almacenada a volumen de presa. Recuento Profesional de Ingetec de 1982.

Water Power and Dam

Construction. 1990.

• La estabilidad de los taludes del embalse debe ser analizada, puesto que cuando el embalse está lleno no se presentan serios problemas, pero éstos surgen al ocurrir descensos en los niveles del agua y especialmente si son súbitos.

• La geología del lugar debe analizarse desde el punto de vista de la filtración del lecho del embalse estudiando fallas, contactos y fisuras. Las filtraciones ocasionan no solamente pérdidas de agua, sino también ascenso del nivel freático dando lugar a cambios en las condiciones de los suelos adyacentes. Las mejores condiciones para un embalse las dan suelos arcillosos o suelos formados por rocas sanas, y las peores los suelos limo-arenosos.

TIPOS DE PRESA DE TIERRA

NIVELES CARACTERISTICOS

• Nivel de embalse muerto (NME): es el nivel mínimo de agua en el embalse. Delimita superiormente el volumen muerto del embalse el cuál debe exceder en capacidad al volumen de sedimentos calculado durante la vida útil con el fin de que el embalse los pueda contener.

• Nivel mínimo de operación del embalse (NMOE ): delimita superiormente el volumen generado por la altura mínima del agua necesaria para el correcto funcionamiento de toma de agua la que se sitúa por encima de NME.

• Nivel normal del agua (NNE): delimita superiormente al volumen útil del embalse, que es el que se aprovecha y gasta en función de diferentes propósitos: energía, irrigación, suministro de agua, etc.

• Nivel forzado de agua (NFE): se presenta temporalmente durante la creciente de los ríos dando lugar al volumen forzado del embalse, el cual puede ser usado en algunos casos, pero por lo general es evacuado rápidamente por medio del vertedor de demasías o rebosadero o aliviadero.

NIVELES CARACTERISTICOS

En condiciones normales ocurre oscilación del nivel del agua entre el NNE y el NMOE.

Volumen total del embalse = volumen muerto + volumen de operación + volumen útil +volumen forzado.

Nivel de la Corona de la Presa.Es el nivel en la cortina al cual queda el coronamiento de la presa, el que nunca debe ser rebasado por el agua.

N.Corona = N.A.M.E. + L.BAltura máxima de la cortina.

Hmáx. = HNAN + Hv + L.B. Donde: Hmáx. = altura máxima de la cortina (desnivel entre la corona y la menor cota del cauce en la zona de la cimentación), en mHNAN = altura del N.AS.N. (Desnivel entre la cota del vertedor -descarga libre- y la menor cota del cauce en la zona de la cimentación), en mHv = carga del vertedor, en mL.B. = libre Bordo, en m = f (marea del viento oleaje del viento, pendiente y características del paramento mojado, factor de seguridad, etc.).

APORTE DE SEDIMENTOS AL EMBALSE

El aporte de sedimentos a un embalse tiene gran influencia sobre la factibilidad técnica y económica y sobre la operación de proyectos de recursos hídricos. Los sedimentos ocasionan no solamente reducción de la capacidad de almacenamiento sino que también pueden llegar a ocasionar problemas en el funcionamiento de tomas y descargas de agua. La evaluación precisa de esta influencia se hace difícil porque normalmente existen limitaciones significativas en la información básica disponible.Sedimentos son todas aquellas partículas que una corriente lleva por deslizamiento, rodamiento, o saltación, ya sea en suspensión o sobre el fondo del lecho. Los sedimentos tienen su origen en el lecho, en las laderas del río y en la cuenca hidrográfica. Tres clases de materiales se distinguen en un cauce natural considerando únicamente la resistencia que ofrecen a ser transportados poruna corriente: materiales no cohesivos o granulares, materiales cohesivos y rocas.

PREDIMENSIONAMIENTO DE UNA PRESA DE TIERRA

De los cálculos obtenidos (sección máxima de la presa) Asumimos que la roca se encuentra a 3 metros de la baseLínea de excavación máxima : 4460 m.s.n.mCota del terreno : 4463 m.s.n.mProfundidad de Dentellón : d= 3 mNAMO : 4473 m.s.n.mNAME : 4475 m.s.n.m

• Altura de ola por viento : Formula empírica de STEVENSON

Donde: F: fetch en KmF = 1.52 km

H0 = 0.89 m Nota: para nuestro pre dimensionamiento no hemos considerado la altura de ola por sismo.• Borde libre mínimo, procedimiento combinado de Knapen:

Donde: H0 : altura de la ola según StevensonVg (m/s) : velocidad ola según Gaillard = 1.52 + 2 H0

Vg= 3.3 m/sBl (min) = 1.22 mSiendo conservadores para asimilar la ocurrencia de mayors olas debido a sismo tomamos como Bl = 2 m

• Altura de Presa : (H)H= cota de la corona – cota de excavación máxima

H= 4477 – 4460 = 17 m• Ancho de Dentellón : ( w )

W = h – dDonde : w : ancho del fondo de la zanja del dentellón.h : carga hidráulica arriba de la superficie del terreno.d : profundidad de la zanja del dentellòn debajo de la superfice del terreno

h = NAME – Cota del Terreno = 12 mw = h - d

w = 12 – 3 = 9 m

Para un estrato por debajo de la superficie de terreno de la presa se recomienda un ancho mayor de 3m por lo tanto

• Ancho de corona z : altura de la presa en pies arriba del punto más bajo en el cause de la corriente

z= 14 m = 45.93 ftAc = 19.19 ft = 5.85 m≥13 ft… okOtra formula usada por la normativa española

Ac = 4.89 mUsamos un ancho de corona Ac = 6m .• Taludes Recomendados Aguas arriba 2.5 H : 1 V Núcleo 1 H : 1 VAguas Abajo 2 H : 1 VDentellòn (zanja) 1 H : 1 V

ZONIFICACION DE LA PRESA

• El terraplén deben zonificarse para utilizar la el terraplen deben zonificarse para utilizar la mayor cantidad de materiales posibles de las excavaciones en la obra y de las zonas de cantera excavaciones en la obra y de las zonas de cantera cercanas al sitio

• Es común el diseño de un núcleo el cual esta rodeado �de filtros y de materiales mas gruesos y resistentes

• El espaldón aguas abajo sirve de drenaje y da estabilidad a los taludes

• Igualmente el espaldón aguas arriba da estabilidad a �los taludes respectivos

DISEÑO DEL NUCLEO

• El espesor del núcleo debe establecerse teniendo el espesor del núcleo debe establecerse teniendo en cuenta consideraciones de filtración de agua y en cuenta consideraciones de filtración de agua y erosión interna

• En general el espesor del núcleo debe ser igual o en general el �espesor del núcleo debe ser igual o mayor al 25% de la altura de agua en el sitio

• El espesor mínimo en la corona del núcleo debe ser de 3.0 metros �para permitir su compactación

NUCLEO

CONDICIONES DE ESTABILIDAD

El análisis de estabilidad de una cortina rígida de Presa Derivadora, de poca altura, se concreta al cálculo de un muro de retención considerando las fuerzas que se han descrito anteriormente y verificando que se cumplan los tres requisitos fundamentales de estabilidad. Cuando se tengan cortinas rígidas altas en Presas Derivadoras, el procedimiento de cálculo que se emplee, será el mismo que se utiliza en las cortinas de Presas de Almacenamiento y que ya se tiene establecido.

VOLTEAMIENTO

Teóricamente se evita, pasando la resultante dentro de la base; sin embargo se aconseja que caiga dentro del tercio medio de esa o bien que el cociente de dividir la suma de los momentos de las fuerzas verticales ΣMFV entre la suma de los momentos de las fuerzas horizontales ΣMFH sea igual o mayor que el coeficiente de seguridad que se adopte. Generalmente este coeficiente es de 1.5

DESLIZAMIENTO

Se evitará esta falla cuando el coeficiente de fricción de los materiales en contacto, sea mayor que el cociente de dividir las fuerzas horizontales entre las verticales que actúan en la estructura, y despreciando la resistencia al esfuerzo cortante de los materiales en el plano de deslizamiento, es decir:

Siendo “m ”el coeficiente de fricción.

Si se considera la resistencia al esfuerzo cortante, la condición que se deberá cumplir para evitar esta falla; está dada por la siguiente expresión:

Siendo: Σ(FV) = Suma de las fuerzas verticales Σ(FH) = Suma de las fuerzas horizontales m = Coeficiente de fricción r = Relación del esfuerzo cortante medio al máximo en el plano de deslizamiento s = Resistencia unitaria al esfuerzo cortante del material A = Área de la sección que se esté analizando K = Factor de seguridad cuyo valor se recomienda que esté comprendido entre 4 y 5

En la práctica se acostumbra que:

Siendo; 2 ó 2.5, el coeficiente de seguridad al deslizamiento.

GRACIAS