GENERALIDADES. TIPOS DE PRESAS. El proyecto y la construccin de una presa, presentan problemas especiales que requieren gran conocimiento de varias ciencias y tcnicas: elasticidad, geologa, cimientos, hidrulica, propiedades y tratamiento de materiales, etc. Es una de las obras que ms satisfacciones tcnicas puede dar y requiere, quiz como ninguna, la colaboracin de varios especialistas y un trabajo de equipo. Social y econmicamente, las presas son de las construcciones que ms beneficios dan, y de ah su valor poltico. Y es porque el regular el agua, el darla cuando falta mientras se contiene cuando sobra y puede daar, es un bien inmenso del que se derivan varios otros: riegos, energa, proteccin de campos y ciudades, abastecimientos de aguas, etc. concepto esencial de presa Una presa es una construccin que tiene por objeto contener el agua de un cauce natural con dos fines, alternativos o simultneos, segn los casos: Elevar su nivel para que pueda derivarse por una conduccin (creacin de altura). Formar un depsito que, al retener los excedentes, permita suministrar el lquido en los momentos de escasez (creacin de embalse). En general, en cuanto una presa tiene una cierta altura, existe un efecto de embalse, que suele ser predominante. De esto resulta que la funcin mecnica esencial de una presa es elevar el nivel natural del ro. De ah se deduce que la sobrecarga fundamental de la estructura ser el empuje del agua, y este empuje determina su concepto resistente. Junto con ese objetivo esencial, hay que cumplir otro secundario y accidental que, a pesar de ello, es importantsimo y condiciona el concepto estructural. Esa necesidad funcional es la evacuacin del agua sobrante. Los ros son tan variables que no podemos prever sus caudales con absoluta seguridad; y por grande que sea un embalse, no podemos estar seguros de que no se presente una crecida excepcional que rebase su capacidad almacenadora. La evacuacin de los caudales excedentes es, pues, inevitable, pero presenta, adems, una caracterstica: como los sobrantes no se presentan repartidos en un largo perodo sino por efecto de avenidas de duracin relativamente corta (das u horas), con caudales muy grandes, la evacuacin de stos plantea problemas. Los rganos destinados a la evacuacin de caudales sobrantes se llaman aliviaderos y pueden ser de varios tipos, segn su situacin: Aliviaderos de superficie. Aliviaderos de medio fondo. Desages de fondo. Los primeros suelen ser los aliviaderos propiamente dichos en cuanto a avenidas. Los desages de fondo rara vez sirven para aliviar avenidas, pero son fundamentales para permitir descender el nivel del embalse por debajo de las tomas de agua para su revisin; o para bajar rpidamente ese nivel cuando hay algn defecto, 1

consiguiendo una importante disminucin del empuje hidrosttico, ya que ste vara con el cuadrado de la altura. Los caudales a evacuar suelen ser moderados en los desages de fondo (del orden de 3 veces el medio), bastante mayores en los de medio fondo (hasta 50 veces el medio). En una gran parte de las presas, el tipo de estructura resistente viene condicionado e incluso determinado por el aliviadero. Es esta dualidad funcional, la positiva de retencin y la negativa de evacuacin, y su correlativa traduccin tcnica, la que da a las presas su personalidad esencial y singular. Una presa, es una estructura hidrulica, y este calificativo es esencial y da a la tcnica presstica un sello especialsimo que constituye el distintivo de esta tcnica. el concepto de seguridad Las presas son de las construcciones ms seguras, lo que no impide que , a veces, se den accidentes e incluso catstrofes. Por ello, es forzoso extremar la garanta de su seguridad. La responsabilidad del que proyecta, construye o explota una presa es, por ello, ms sealada que la normal en otras estructuras. Esta especial responsabilidad ha llevado a varios pases a promulgar unas normas oficiales para esta tcnica. En Espaa existe la llamada Instruccin para el Proyecto, Construccin y Explotacin de Grandes Presas. La nueva edicin (1.967) est vigente en la actualidad. Esta Instruccin es obligatoria para todas las presas desde 15 m. de altura o con embalse igual o superior a 100.000 m3, o cuyas especiales condiciones requieran un particular cuidado. El ingeniero (de proyecto, obra o explotacin), debe seguir sus prescripciones que son slo normativas y presuponen el conocimiento de la tcnica. En casos excepcionales puede proponer razonadamente soluciones contrarias a la Instruccin, pero requieren en ese caso aprobacin oficial especial y dan al ingeniero proponente una mayor responsabilidad. tipos de presas. Siendo la presa una estructura hidrulica, los distintos tipos posibles responden a las variadas formas de lograr las dos exigencias funcionales: Resistir el empuje del agua. Evacuar los caudales sobrantes. En cada caso, la importancia relativa de estas dos premisas, junto con las condiciones naturales del terreno (topogrficas y geolgicas) y las exigencias del uso del agua (situacin de la central elctrica, toma de riegos...) dan una serie de condicionantes que llevan a la eleccin de un tipo de presa como ms adecuado. Veamos las variantes posibles, segn distintos puntos de vista: En cuanto a la situacin del aliviadero, ste puede estar: Sobre la misma presa (presas vertedero). Separado de ella.

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En el primer caso, la estructura est directamente condicionada por el aliviadero; en el segundo, la estructura puede proyectarse con total independencia de aquel. Respecto a la forma de resistir el empuje hidrosttico, las presas pueden ser: De gravedad, cuando el peso de la presa es notable y sirve para, al componerse con el empuje, dar una resultante adecuada y francamente interior a la base de la presa. En arco, utilizando una forma curva para la presa, al objeto de transmitir el empuje al terreno en direccin e intensidad adecuadas. Las presas de gravedad pueden ser, a su vez, macizas o aligeradas. Las segundas pretenden emplear menos material. El aligeramiento puede consistir en galeras horizontales o, ms frecuentemente, en huecos verticales, quedando constituida la presa por una serie de contrafuertes resistentes por su peso en los que se apoya o va unida a una pantalla que transmite a ellos el empuje del agua. Las presas arco pueden tener curvatura slo horizontal o doble curvatura, que es lo ms normal. Estas se llaman presas bvedas o cpulas. Hay un tipo mixto, llamado de bvedas mltiples, constituido por una serie de contrafuertes que resisten por gravedad el empuje hidrosttico que les transmiten unas bvedas en contacto directo con el agua. Tambin hay un tipo intermedio entre las presas arco y de gravedad que se llama arcogravedad. En ste, la accin de la curvatura es insuficiente para resistir el empuje y hay que dar a la presa un cierto peso para que compense ese defecto. En atencin al material empleado, se clasifican en: Presas de fbrica Presas de materiales sueltos Hoy da las presas de fbrica son casi exclusivamente de hormign. La subclasificacin de las presas de materiales sueltos se hace atendiendo a la posicin de la pantalla impermeabilizadora, que puede ser interior o agua arriba; a su vez, esta pantalla puede ser de tierra, bituminosa o de hormign armado, siendo ms usada la primera, por ser ms homognea con el resto de la estructura. Las presas de materiales sueltos resisten siempre por gravedad. En cuanto al aliviadero, las presas de materiales sueltos lo suelen tener aparte. fuerzas actuantes. La estructura, que puede ser de distintos materiales, debe cumplir en todo caso el doble condicionado: ser estable y ser resistente; ambas, en funcin de las distintas solicitaciones a que se halla sometida. En cuanto a estabilidad, el sistema de fuerzas (componente V, H y Momentos) ha de estar en equilibrio. En cuanto a resistencia, el material de la presa debe poder soportar, coeficiente de seguridad incluido, las mximas tensiones. Las solicitaciones a considerar estn sealadas en el artculo 27 de la Instruccin vigente, y son las detalladas a continuacin. 3

empuje del agua. Fuerza activa fundamental, tiene dos componentes, H y V; la H suele ser la ms importante. El empuje siempre est bien determinado. peso propio. Fuerza pasiva fundamental. Componente vertical, que colabora en la estabilidad y que tambin est bien definido. subpresin. Fuerza activa complementaria importante. La subpresin est producida por la filtracin; es pues, exclusiva de obras hidrulicas. Ejerce una accin de cua, con componentes H y V, siendo V la ms destacada en general. Est mal definida, pero se puede controlar en parte. temperatura y retraccin. Son fuerzas internas y, por lo tanto, tienen componentes en cualquier direccin. La retraccin y el efecto trmico son reducibles con ciertas medidas de precaucin durante la ejecucin. Con las fuerzas anteriores hay que contar siempre; hay otras fuerzas accidentales, que no actan en todo momento, pero han de tenerse en cuenta al proyectar la estructura que las soporte. terremotos. No estn bien definidas. Producen fuerzas H y V. Pueden ser importantes o no segn las caractersticas ssmicas de la zona que se trate. Cada vez se van teniendo ms en consideracin, especialmente en las presas de tierra por sus efectos. empuje del hielo. Fuerza horizontal, poco importante en general; slo acta en ciertas regiones. empuje de los sedimentos. De componentes H y V, prevaleciendo H. De poca importancia por lo comn. efecto del oleaje. En general de poca importancia, salvo en embalses de mucha extensin o en los que sean previsibles; o las singulares por aludes o desprendimientos difciles de controlar. otras solicitaciones. Corrientemente de menor cuanta, dependiendo esencialmente del tipo de estructura. As, en las presas de compuertas, debe estudiarse la posibilidad de vibraciones resonantes en dichas compuertas.

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La Instruccin de Grandes Presas (B.O.E. de 271067) da unas reglas, orientativas unas e impositivas otras, para valorar las solicitaciones indicadas. combinacin de solicitaciones. Las solicitaciones sealadas no actan todas simultneamente. Existen determinadas combinaciones de ellas que son determinantes. A continuacin se harn ciertas puntualizaciones. Se llama Gran Presa a aquella que tiene altura sobre cimientos igual o superior a 15 m., o bien, aquella cuyo volumen de embalse sea igual o superior a 100.000 m3. Tambin las que tengan acusada repercusin por seguridad o economa. Se considera como Altura de Presa, la diferencia de cotas entre coronacin y el punto ms bajo del cimiento (excluidos rastrillos o pantallas). Se dice Mximo Nivel Normal a la cota mxima que puede alcanzar normalmente (umbral de aliviadero fijo o cresta del mvil). Nivel Mximo de Crecida es la cota mxima maximorum que se supone pueden alcanzar las aguas (incluido desbordamiento sobre aliviadero), en el caso de la avenida mxima del clculo (5001.000 aos). Las distintas combinaciones que considera la Instruccin son seis: dos normales y cuatro accidentales. Las combinaciones normales son: A1) Embalse vaco. Actuacin sola o simultnea de: Peso propio. Variaciones de temperatura. A2) Embalse lleno. Actuacin sola o simultnea de: Peso propio. Empuje hidrosttico. Presin intersticial (subpresin). Empuje de aterramientos. Empuje de hielo o de las olas. Variaciones de temperatura. El empuje hidrosttico y la presin intersticial sern los correspondientes al Mximo Nivel Normal. Las situaciones accidentales son: B11) Correspondiente a A1, ms la consideracin de efectos ssmicos. B21) Correspondiente a A2, ms suposicin de drenes ineficaces. B22) Correspondiente a A2, ms la consideracin de efectos ssmicos. Se supondr que las presiones intersticiales no son afectadas por sesmos y, adems, puede prescindirse del empuje de hielos. 5

B23) Correspondiente a A2, pero con el Nivel Mximo de Crecida, incluyendo oleaje extraordinario (por posibles aludes). Se prescindir del empuje de hielos, y se supondr que las presiones intersticiales no son afectadas por la sobreelevacin del embalse. magnitud de los empujes hidrostticos. La sobrecarga fundamental de una presa, el empuje hidrosttico, es de una magnitud no igualada por ninguna otra de las estructuras normales (puentes, cubiertas, edificios...) en las que es excepcional llegar a 5 T/m2; sa, es la sobrecarga que carga sobre el pie de una presa de slo 5 m. de altura. Una presa de 100 m., soporta en toda su superficie por debajo de 5 m. de profundidad (95 m.), una sobrecarga de 5100 T/m2, esto es, hasta 20 veces ms. subpresin. teoras antiguas. rankine A partir de la mitad del S. XIX, las presas de gravedad se calculaban por medio de la resistencia de materiales. Se impona la condicin de la ausencia de tracciones, para lo cual la resultante del peso y del empuje deba pasar por el tercio de la base (ncleo central). Esta era la regla de Rankine. Al estudiar la rotura de la presa de Bouzey, se vio que la causa haba sido el agua que haba penetrado en presin por el interior de la presa, actuando en forma de cua. Este hecho fue la iniciacin de un conocimiento fundamental en la tcnica de presas: estas estructuras, por tener como sobrecarga el agua, pueden ver alterado su equilibrio al actuar sta no slo por su empuje, sino en cua, desde dentro. maurice levy Su razonamiento era: puesto que el paramento agua arriba est en contacto con el agua, es a travs de las grietas que haya en l por donde aquella puede filtrarse hacia el interior de la presa y hacer efecto cua. Si impedimos que este paso se pueda producir el asunto queda resuelto. Esto se puede conseguir proyectando la presa de forma que la compresin paralela a dicho paramento sea mayor, o a lo sumo igual a la presin P del agua en cada punto. Con el criterio de Levy, se proyectaron las presas, pero pronto se vio que con ello las presas resultaban excesivamente robustas y se buscaron coeficientes atenuadores. En vez de fijar "P, la experiencia dio que no haca falta llegar a tanto, conformndose con "KP, tomando K entre 0,5 y 0,75 segn los casos y el criterio del proyectista, influyendo en esta decisin tambin la calidad e impermeabilidad del cimiento. lieckfeldtkiel. La teora era la siguiente: supongamos que en el paramento OA se abre la grieta AC. El agua penetrar hasta C con la presin h (=Pes. Agua). Si la ley de compresiones a lo largo de la seccin horizontal AB es la trapecial acb (lo que resulta de admitir deformacin plana de AB), entonces en la longitud AC el agua penetra, pues se encuentra que los bordes de la grieta tienen una compresin menor que la presin P=h. Pero a partir del punto C ya no puede seguir avanzando la filtracin, puesto 6

que las compresiones son mayores que P. Esto equivale a razonar como Levy, pero admitiendo que el agua penetra hasta un cierto punto, lo que es una condicin menos exigente. El punto C se puede fijar a voluntad, porque todo es calcular la estabilidad de forma que se cumplan las condiciones dichas. link. Este propone, admitir una grieta AC, tambin con la condicin de que no se abra ms all de C. Pero supone que el agua, al filtrar por las grietas, va perdiendo presin, de forma que su ley a lo largo de AB es lineal, siendo cero en B. Esta hiptesis es muy lgica puesto que en B hay la presin atmosfrica. La presin mxima en A no se supone igual a h, sino h, admitiendo que nada ms filtrarse por la grieta hay un descenso de presin (1)h. El resto del razonamiento es igual al de Lieckfieldt, la compresin tiene una ley trapecial y, desde C, esta compresin es superior a la presin del agua filtrada, por lo que AC no avanza. subpresin. ideas actuales. estructura porosa del hormign. El hormign es un material poroso (%huecos=612). Los poros no estn aislados, sino unidos unos con otros, formando conductos por los que puede penetrar el agua si se le deja el tiempo necesario. Al sumergir en agua un bloque de hormign, el agua tardar en penetrar en los poros, pero dando un tiempo suficiente, el hormign acabar saturndose. En ese momento, en los distintos huecos se establece la presin hidrosttica lo mismo que en los ridos sin cementar, por el principio de los vasos comunicantes y de Pascal, para que el hormign adquiera presiones internas; su propia estructura porosa conduce a ello, siempre que se de al agua tiempo para penetrar totalmente. Estos principios se ven confirmados y aclarados en la experiencia de Terzaghi. accin de las presiones intersticiales. Si consideramos un elemento de hormign saturado, estar sometido en toda su superficie a la presin del agua. Cada elemento del hormign, est sometido a un efecto de boyancia por las presiones intersticiales. As es como acta la presin interior en todos los puntos de la masa (como las tensiones elsticas) y no slo por formacin de una grieta. Cuando el agua filtra a travs de un dique permeable se forma una red de lneas de corriente y las ortogonales. El agua sigue las trayectorias marcadas por las primeras y al rozar con las partculas de slido pierde carga, sealando tal prdida el paso de una equipotencial a otra. La lnea de corriente superior es la lnea de saturacin. Por debajo de ella todo el dique est sometido a presiones intersticiales y cada elemento en boyancia. La forma de la red de filtracin depende slo de la forma geomtrica del dique y del 7

nivel del agua, pero no del material. Dos diques idnticos en forma y dimensiones y con permeabilidades proporcionales de 1 a 10, dan idntica red; lo que pasa es que el primero dar 10 veces menor caudal de filtrado que el segundo. otras consecuencias de la red de corriente. Otra consecuencia es la forma de producirse el empuje en una presa saturada. El agua que filtra va ejerciendo un esfuerzo por rozamiento que se descompone en esfuerzos elementales en cada punto en una direccin tangente a la lnea de corriente y una intensidad igual a la prdida de carga por rozamiento, esto es, al gradiente. Luego el empuje se ejerce no en el paramento, sino a lo largo de las lneas de corriente. medios para controlar y reducir la subpresin. pantalla de levy. Consiste en adosar al paramento agua arriba un forjado con bovedillas o losas nervadas que reciban directamente la presin del agua, transmitindola a travs de los nervios al paramento de la presa. El agua que pueda filtrar a travs de la pantalla ser drenada por los agujeros, por lo que al no haber contacto directo entre el agua y la presa, sta no sufre la presin intersticial, sino slo el empuje hidrosttico. Pero estas pantallas sufren un defecto fundamental; su poca rigidez hace que sus deformaciones sean muy distintas a las de la presa y se agrietan o rompen. principios sobre drenaje. pozos de drenaje. Si ponemos a cierta distancia del paramento una serie de pozos verticales equidistantes entre s, estos atraern las lneas de corriente, que tienden a seguir el mnimo camino de filtracin (gradiente mximo). En ello influye tanto la distancia entre pozos, como el dimetro de los mismos. En realidad, la intensidad de la llamada hacia los pozos es funcin de su dimetro (directamente) y de su distancia (inversamente). Segn esto nos convendran dimetros grandes y pozos prximos pero, llevado esto al extremo, nos conducira a debilitar la presa. Actualmente, los pozos se sustituyen por drenes relativamente prximos con una relacin dimetro / distancia "0,20, ya que resulta mejor no sacrificar la distancia, sino el dimetro. disposicin y dimensiones normales de los drenes. El dimetro de los drenes no suele pasar de 20 cm., con un mnimo que suele ser de 7,5 cm. Es habitual elegir los de 1012 cm. Con estos dimetros se pueden hacer los agujeros fcilmente, bien poniendo un tubo como encofrado, o hacindolo por perforacin posterior. Si los drenes se van haciendo conforme avanza la construccin de la presa, hay que tener mucho cuidado de taparlos para evitar que se obstruyan con desperdicios de la 8

obra; el tapado se hace mediante tapones troncocnicos de madera o cartn preparados a tal efecto. Los drenes de estos dimetros tienen otra ventaja sobre los pozos, y es que se prestan a ser usados, si es necesario, para inyectar la presa. En este caso es recomendable lavarlos con agua limpia al terminar la inyeccin. La distancia entre ejes de drenes depende del caso. No es aconsejable pasa de 3 m. pues se disminuira mucho el efecto de drenado y, normalmente, no se baja de 1 m. pues resultara caro y debilitara la presa. No obstante, en ciertos casos es preciso acercarlos ms y se llega a 0,75 o 0,50 m. Lo normal es poner los drenes a 22,5 m. y luego, si en alguna zona se ve necesario, se hacen unos drenes intermedios. De esta forma hacemos el gasto nada ms que cuando sea preciso y en zonas limitadas. La disposicin en planta suele ser en un plano vertical, pero tambin pueden ponerse en dos, situando entonces los drenes al tresbolillo; esto puede ser indicado cuando de entrada se vea que hay que colocarlos a corta distancia (< 1,5 m.). red de drenaje y vigilancia. Si hiciramos los drenes en uno o dos planos de arriba hacia debajo de la presa resultaran excesivamente largos para poderlos revisar y limpiar. Adems, conviene tener un acceso al interior de la presa para observarla y, eventualmente, inyectarla; ambas necesidades nos llevan a establecer una serie de galeras horizontales a las que vayan a parar los drenes. Estas galeras se ponen a distancias verticales de 15 a 30 m. Con esta equidistancia se puede lograr que los drenes estn perfectamente rectos entre cada dos galeras, con lo que el control de su limpieza es fcil. Las galeras sirven tambin para recoger el agua que filtra por los drenes; a estos efectos llevan unas cunetas. Naturalmente, las galeras han de tener una salida al exterior y por ellas sale el agua de filtracin. Gracias a esta recogida de agua entre dos galeras no slo se fracciona el caudal, sino que se sabe e dnde procede e incluso se ve si uno o varios drenes dan una filtracin excesiva. Las dimensiones normales de estas galeras, son las suficientes para el paso de un hombre. Es aconsejable hacer las galeras en forma oval, porque de esa forma se distorsionan menos las tensiones que habra en la zona ocupada por la galera. Los drenes se insertan en las galeras normalmente en su pared agua arriba, pero algunos prefieren hacerlo en clave. As se ven y limpiaran mejor, pero suelen ser ms molestos porque el agua cae sobre los vigilantes. Es aconsejable poner un tapn a los drenes en su parte superior para evitar la cada de material que pudiera ensuciarlos u obstruirlos. La boca inferior, debe estar siempre libre. Se exceptan los drenes de la galera inferior, cuya nica salida es por su boca superior, que deber estar siempre descubierta. Los drenes deben prolongarse bastante en la roca, llegando en algunos casos hasta una profundidad igual a la altura de la presa y, como mnimo, un 25 % de ella. As se 9

drena todo el apoyo de la presa y se asegura su estabilidad. Es rechazable interrumpir los drenes en la galera inferior, pues se deja de tratar la parte ms interesante, que es el cimiento. Los drenes pueden acabar todos en la misma profundidad o hacer los intermedios con profundidad menor. El plano de drenes se suele colocar a una distancia de aproximadamente 1,50 m. del paramento agua arriba en la coronacin. Como el talud suele ser 0,05, si la presa tiene 100 m. de altura, la distancia resulta de 6,50 m. en su pie. Esta es otra ventaja de un ligero talud agua arriba: dar espesores crecientes hasta la pantalla de drenes al aumentar la presin hidrosttica, como parece lgico. Si el paramento fuera vertical, la distancia debe ponerse de aproximadamente 0,05H, para que tenga el debido espesor en el punto ms bajo. Los drenes se completan en la roca con rastrillo de inyecciones situado inmediatamente agua arriba de aquellos. El objeto es crear una zona impermeable para dificultar el paso del agua y detrs un drenaje para atraer el agua que pudiera haberse filtrado. Si slo pusiramos los drenes, bajaran estas presiones, pero atraeramos excesivamente las filtraciones, pudiendo producir lavado en las diaclasas o fracturas de la roca con efectos que podran ser contraproducentes. Las galeras han de penetrar horizontalmente en la roca; de esta forma se logran varias ventajas: 1. Se recoge el agua de los drenes comprendidos entre ambas galeras, no slo en la parte de la presa, sino incluso en zona de roca. 2. Se puede drenar e inyectar una zona de roca ms profunda sin prolongar excesivamente la longitud de cada taladro. 3. Se puede observar la roca desde el interior y, eventualmente, tratarla con drenes o inyecciones suplementarios. 4. Si en un cierto momento de la vida de la presa se ve la necesidad de prolongar alguna de las galeras, puede hacerse sin daar con el explosivo las cimentaciones, ya que las ms prximas estarn 20 o 30 m. por encima. Una galera o pozo profundos han de ir acompaados de bombas para mantenerlos en seco y sacar sus filtraciones. Las galeras han de estar comunicadas con el exterior en uno o varios puntos cada una; tambin conviene que estn comunicadas entre s, por galeras inclinadas o por pozos verticales con escaleras. En este ltimo caso los pozos no deben estar en una misma vertical, sino con descansillos, para aliviar el uso de las escaleras, disminuir el efecto psicolgico de profundidad y limitar la importancia de una cada. Cuando la ladera es de pendiente suave, es difcil de cumplir la regla dada sobre penetracin de las galeras porque entonces estas quedaran muy prximas a la cimentacin del bloque adyacente, debilitndole. La falta de galeras prolongadas se puede suplir con una galera perimetral 10

sensiblemente paralela al cimiento, que por su proximidad continua al contacto hormignroca y al terreno subyacente permite conservarlo y tratarlo. Por el contrario, cuando las laderas son muy abruptas, la regla antes dada es insuficiente y las galeras se prolongan hasta la vertical del arranque de coronacin e incluso ms. medicin de las presiones intersticiales. Por medio de los drenes tambin podemos medir la subpresin. Basta colocar un manmetro en la boca superior con un tapn roscado que cierre perfectamente. Las mediciones han de hacerse con los otros drenes sin tapar para que funcionen normalmente. otras galeras. Cuando la presa es alta, la base es amplia y las galeras junto al paramento agua arriba dejan una gran masa de presa y mucha parte del cimiento sin acceso ni control. Conviene entonces poner otra galera a distancia horizontal de 40 a 50 m. de las anteriores, cuando haya espacio para ello, lo que ocurre slo cuando la presa tiene ms de 60 m. de base, es decir, 80 o ms metros de altura. Con la nueva galera G se puede completar el drenaje de la parte intermedia del cimiento y, en todo caso, controlarla y tenerla ms prxima para eventuales inyecciones. A veces, se completa la galera G con alguna otra superior en su misma vertical o fuera de ella. estabilidad al deslizamiento. Una presa tiene que cumplir fundamentalmente, estas dos condiciones: Ser estable, esto es que, como conjunto, est en equilibrio. Ser resistente, es decir, que en ningn punto pueda romperse. En este captulo estudiaremos la primera de las condiciones. condiciones generales de equilibrio. Para que un cuerpo est en equilibrio, el sistema de fuerzas que acta sobre l debe dar proyecciones nulas sobre cada uno de los ejes y momentos nulos respecto a estos ejes. estabilidad vertical Las componentes verticales son las que siguen: El peso propio. La componente vertical del empuje del agua. La subpresin. La reaccin vertical del cimiento. Las dos primeras son activas y dirigidas hacia abajo; las dos ltimas van dirigidas 11

hacia arriba: la subpresin es activa y la cuarta es pasiva (resistente). estabilidad al vuelco. Viene expresada por el equilibrio de momentos. Una presa arco, como trabaja como un conjunto est apoyada en todo su borde en el terreno, por lo que su estabilidad al vuelco no es cuestin, por tanto, supuesta la debida resistencia del terreno de apoyo. En una presa de gravedad, en cambio, el vuelco sera posible aunque el cimiento fuera resistente. Pero para ello la resultante de las fuerzas actuantes tendra que caer fuera de la base. Ahora bien, ese peligro est siempre asegurado ya que en las presas se exige que no haya tracciones en ningn caso por lo cual la resultante ha de caer dentro del ncleo central de la base y, por tanto, holgadamente dentro de ella. estabilidad al deslizamiento. Una presa, sea bveda o gravedad, est sometida a esfuerzos tangenciales al cimiento o apoyo que tienden a producir su deslizamiento, circunstancia que hay que comprobar por ser muy importante. El artculo 39 de la Instruccin que est dedicado a este asunto dice: 39.1 En las presas de fbrica se comprobar la estabilidad frente al posible deslizamiento segn superficies que corten al terreno, incluyendo aquellos en contacto con la presa y sean desfavorables a dicho efecto. Se justificar en cada caso: que se ha comprobado la seguridad frente al deslizamiento segn las superficies ms desfavorables, que, antes de iniciarse el deslizamiento, se transmiten las fuerzas a todo el terreno que se considere afectado por aquel, y que se han previsto las medidas necesarias para garantizar durante la vida de la presa la permanencia de los terrenos que se oponen al deslizamiento. 39.2 En las situaciones normales A1 y A2 se comprobar que las fuerzas que tienden a producir el deslizamiento, segn las superficies consideradas, son inferiores a las fuerzas que se oponen a aquel, calculadas stas con una minoracin de 1,5 para los coeficientes de rozamiento, y de 5 para las cohesiones determinadas segn dichas superficies. 39.3 En las situaciones accidentales B11, B21, B22 y B23 se comprobar la estabilidad frente al deslizamiento con unos factores de minoracin iguales a 1,2 y 4 para los coeficientes de rozamiento y cohesin, respectivamente. frmula de la estabilidad al deslizamiento. Sea R la resultante y AA la seccin considerada. Descompuesta R en sus componentes normal (N) y Tangencial (T), sabemos que la componente normal N produce una resistencia al rozamiento N*tg (=ngulo de rozamiento entre las superficies cuyo contacto es AA). Adems, a lo largo de AA habr una cohesin unitaria c y, en total, si la superficie de AA es S, el esfuerzo resistente debido a la 12

cohesin es cS. Como la fuerza que tiende a producir deslizamiento es T, la condicin de estabilidad exige que la suma de fuerzas resistentes sea mayor que la fuerza actuante, esto es: Para cumplir con amplitud habra que poner un coeficiente de seguridad, y as es, pero con un matiz: la Instruccin pone dos coeficientes de seguridad distintos K1 y K2 para los dos sumandos del 2 miembro. Vamos a ver las razones. El ngulo se puede medir o, por lo menos, estimar relativamente bien por la experiencia de lo medido en otras obras con materiales anlogos, ya que slo depende de la clase de materiales puestos en contacto. Pero, adems, el rozamiento acta siempre, aunque la superficie de contacto est agrietada o rota. Por ambas cualidades no es necesario dar un coeficiente de seguridad importante a N*tg, bastando K1=1,5 en las situaciones normales, e incluso K1=1,2 en las situaciones accidentales. En cambio, la cohesin es muy dudosa. Como entre las superficies de posible deslizamiento hay que considerar la de contacto rocahormign y otras a travs de la roca, la cohesin no se conoce bien y es difcil de medir. La dificultad de conocer y las dudas sobre su garanta hacen que la Instruccin exija un coeficiente K2=5 para las situaciones normales y K2=4 en las accidentales. Esto, claro est, despus de tomar para c el menor de los valores que creamos garantizado. De esa forma, resumiendo, lo que dice la Instruccin es que en toda superficie plana ensayada al deslizamiento debe verificarse: Hay que tantear varias superficies de posible deslizamiento, y ver la ms desfavorable. Siendo la componente principal del empuje hidrosttico la horizontal, se intuye que las lneas de deslizamiento prximas a la horizontal deben ser las ms peligrosas. Una de ellas es la junta entre presa y roca, su comprobacin es ineludible. Otras superficies desfavorables pueden estar por debajo de ese contacto cortando slo roca. Las superficies a considerar pueden ser totalmente planas, o formadas por dos planos, o curvas. En roca lo ms frecuente es ensayar planos simples de rotura; es muy importante tener en cuenta la estructura de sta. Si es estratificada, hay que ensayar superficies paralelas a estratos o diaclasas, pues son las roturas ms probables. Hay que tener en cuenta que detrs de la presa va a haber agua por lo que las filtraciones pueden afectar al ngulo y a la cohesin c, particularmente si las diaclasas estn rellenas de un material ms o menos arcilloso. Si queremos contar con la colaboracin resistente del empuje pasivo, no hay ms remedio que hundir la cimentacin de la presa unos metros en roca buena, y hormigonar la base de la presa, hasta el contacto con la roca. Se aconseja como buena prctica constructiva dejar un zcalo, hormigonando la parte baja de la presa contra el talud de roca buena y sana y no por medio de un encofrado 13

inclinado. Y esto aunque la profundidad de la excavacin sea poco importante y el empuje pasivo sea casi despreciable. Pero en algunos casos, cuando el espesor de roca afectado es importante, puede serlo tambin la colaboracin de la roca por su empuje pasivo y en este caso, no slo es una buena prctica, sino conveniente para la estabilidad. Para asegurar esta colaboracin no basta con hormigonar pues el contacto puede tener cierto hueco que aunque invisible, podra absorber una parte del movimiento de la presa antes de que la roca se deformara, con lo que se retardara el efecto resistente de sta. Para evitarlo, hay que inyectar la junta para asegurar el relleno de los huecos e incluso para lograr una cierta presin inicial sobre la roca. Otra observacin importante, se refiere al otro extremo de la base: la parte agua arriba. Una mala prctica era construir un rastrillo agua arriba con el argumento de que serva para alargar el camino de filtracin y ayudar a la estabilidad afectando a una cua de terreno ms profunda, lo que mejora los sumandos de la ecuacin. Pero la realidad es que entonces hay otra rotura ms probable. Lo aconsejable es poner un rastrillo amplio. El rastrillo hay que comprobarlo y no debe ser delgado ni presentar ngulos vivos, pues dan lugar a concentracin de esfuerzos. La excavacin agua arriba debe dejarse con un pequeo zcalo, rellenando el resto si fuera posible, con arcilla. Esta es flexible e impermeable. Respecto al artculo 39.1 c), no basta que las condiciones actuales aseguren la estabilidad, sino que hay que prever las posibles modificaciones del estado de la cimentacin en el curso del tiempo. Estas pueden depender de muchas causas: meteorizacin, ataque qumico, derrumbamientos, erosin, etc. formas de mejorar la estabilidad al deslizamiento. Es obvio, que todo lo que mejora la inecuacin T"( N *tg / K1)+(cS / K2), es favorable a la estabilidad. Las mejoras pueden consistir en: Disminuir T. Aumentar N. Aumentar S. Aumentar . Aumentar c. cimentacin en contrapendiente. Podemos mejorar la incidencia de la resultante R con las superficies de deslizamiento posibles, sobre todo con las psimas. Una de ellas es la junta de cimiento AB. No cabe duda de que bajando A a C, mejoramos la incidencia en esa junta (menor T y mayor N) y aadimos, adems, el peso ACB que aumentar algo ms la N y disminuir la T. A cambio de eso es cierto que tambin aumentamos el empuje hidrosttico correspondiente a la parte AC (este empuje hay que contarlo siempre hasta e punto ms bajo de la presa), pero en conjunto la estabilidad mejora.

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influencia del talud agua arriba. Otro efecto estabilizador al deslizamiento es inclinar el talud agua arriba. La presa de seccin DAB, con paramento vertical AD est sometida al empuje hidrosttico H. La presa de seccin CAB, tiene igual volumen, pero el empuje hidrosttico se compone de H horizontal y V vertical; ste ltimo es el peso del prisma de agua ADC. Luego gracias a la inclinacin del paramento conseguimos un peso gratuito de importancia, que mejorar la N. En las presas de contrafuertes, y en general en todas las de gravedad aligeradas, como disminuimos el volumen y preso de la presa, la componente N disminuye tambin, mientras que H es igual. La nica forma de compensar la disminucin del peso y de N es poner CA inclinado para disponer del peso adicional V. Por eso las presas de contrafuertes tienen el paramento aguas arriba inclinado. No se hace lo mismo en las presas de gravedad macizas, porque la resultante de V con el peso propio de ACB se desplaza hacia la derecha tanto ms cuanto mayor sea la inclinacin de CA. Si exigimos que no haya tracciones , la resultante ha de caer dentro del ncleo central de AB, lo que exige mayor dimensin de AB, cuanto mayor sea el talud de CA. Pero en las de contrafuertes no hay ms remedio que inclinar AC para ganar el peso V aunque ello conduzca a mayor dimensin AB para evitar tracciones en A. Como la presa no es maciza, el aumento de AB es menos sensible en el presupuesto. En los casos en que la cimentacin presenta dificultades, las propias presas macizas deben ponerse con el talud inclinado, para conseguir la colaboracin de V en la estabilidad. Otro efecto favorable del talud es el esttico, una pared vertical parece en desplome; con un pequeo talud (0,05) parece vertical. control de la subpresin. La presin intersticial produce una fuerza normal a la seccin contraria a N; como consecuencia tenemos una resultante R ms inclinada que la R que resultara si no existiese la presin intersticial. Suponiendo que esta slo da componente normal (puede dar tangencial pero es muy pequea), refuerza T, por lo que suprimirla tambin favorecer la estabilidad. De aqu el gran inters de controlar la subpresin y reducirla al mnimo posible, pues equivale a aadir peso a la estructura. En este aspecto es parecido al efecto del talud agua arriba, slo que con este aadimos peso de agua y con el drenaje quitamos peso negativo. Aparte de este efecto, con un buen sistema de impermeabilizacin y drenaje podemos conseguir la proteccin de alguna zona contra la presencia de agua para evitar que, al mojarse el terreno, disminuya su y su c. cables tensados. Si ponemos unos cables verticales OA con una tensin F, hemos aumentado en F la componente vertical. Pero si los cables OA se ponen inclinados, no slo aumentamos 15

la componente vertical en V, sino que damos una componente horizontal opuesta a la H del empuje hidrosttico. En uno y otro caso, A debe estar suficientemente profundo para no afectar desfavorablemente al cimiento, ya que la zona AB resulta comprimida y mejorada, pero al revs ocurre en A y por debajo, en donde hay tracciones. Por ello F debe ser inferior al peso del terreno y presa que hay encima. Los cables inclinados, si bien ms eficaces, pueden ser ms peligrosos para las secciones que pasan por A o por debajo. En terrenos estratificados en los que existen alternadamente capas blandas o plsticas pueden ser de efecto contraproducente, pues pueden provocar asientos de importancia y, adems, requieren reajustes continuos de presin. En los casos de presas de cierta altura con problemas importantes de cimentacin, los cables pueden dar lugar a un coste superior a otras soluciones como la cimentacin ms profunda e inclinada, los rastrillos... Los cables pueden estar indicados nicamente en casos de refuerzo de presas ya existentes, sobre todo si no son grandes. Para presas grandes o para refuerzo de zonas extensas, lo normal es que las soluciones de masa den mayor economa y mejor resultado. aumento de s: rastrillos. Se puede lograr este aumento obligando a que las posibles superficies de deslizamiento sean ms profundas. Eso se puede conseguir hundiendo ms el taln agua arriba o con un rastrillo. Al forzar ese punto en profundidad se alarga S, al mismo tiempo que mejoran N y T. En algunos casos puede ser til otro rastrillo agua abajo que al profundizar, aumenta la cua del empuje pasivo. Esto puede ser importante tambin en los casos de presas vertedero. El rastrillo agua abajo asegura que la presa no puede ser descalzada demasiado por la erosin. tratamientos especiales. Un relleno arenoso o limoso puede tener aceptable, pero c nula; un relleno arcilloso mojado tendr tanto como c muy bajas; en estos casos extremos hay tratamientos especiales que permiten sustituir el relleno por mortero de cemento. Consisten en principio en lo siguiente: se traza una cuadrcula sobre la superficie a tratar; de esa cuadrcula se decide qu proporcin va a tratarse, uno s y otro no, en diagonales o cualquier otro sistema. Cada cuadrado se trata individualmente. Se hacen, por ejemplo, 9 taladros con una profundidad algo mayor del espesor de cimentacin a tratar. Entonces se inyecta agua a presin por uno de los agujeros, tapando todos menos los otros adyacentes; el agua va lavando el relleno , que sale mezclado con ella hasta que el agua sale limpia. A continuacin, se repite el juego con otro agujero y as sucesivamente, hasta dejar 16

lavado todo el volumen afectado por el cuadrado y la profundidad de los taladros. Ya limpio de relleno, se inyecta lechada o mortero siguiendo un sistema parecido al de la limpieza, hasta que el terreno no admita ms. Otro mtodo indirecto de mejorar y c es disponer de un enrgico dispositivo de inyeccin y drenaje para evitar que el terreno se moje en ciertas zonas. el terreno. La presa y el embalse, forman un conjunto indivisible. La primera es una obra singular, local y artificial, y el segundo un elemento natural, extenso, con un solo aunque importante, aadido artificial, que es su inundacin. Las condiciones que deben cumplir el terreno de asiento de la presa y el del embalse son las siguientes: El cimiento y los estribos de la presa deben ser capaces de resistir las cargas transmitidas por sta. El terreno cubierto por el embalse ha de ser impermeable; prdidas de agua que queden limitadas a una cantidad que no perjudique el almacenamiento ni produzca presiones intersticiales peligrosas para la resistencia o estabilidad del embalse o presa. El embalse ha de ser tambin resistente, pero en un sentido relativo, pues podra tener fallos locales al mojarse con tal de que no progresen ni puedan perjudicar a su impermeabilidad ni a la resistencia de la presa, directa ni indirectamente. resistencia del cimiento de la presa. Ya tratado en captulos anteriores. impermeabilidad del embalse. ste se hace con el fin de retener agua y, por ello, toda fuga de ella es contraria a tal objetivo funcional; sin embargo, es imposible la impermeabilidad absoluta, por lo que hemos de contentarnos con exigir que las prdidas sean mnimas y despreciables. Pero sobre todo que no progresen ni produzcan presiones intersticiales peligrosas. Al analizar la impermeabilidad, hemos de considerar dos facetas: el embalse, en general, y las proximidades de la presa, esto es, la cerrada. el embalse. Es la ms importante desde el punto de vista de la retencin, pues afecta a una extensin considerable. Adems, de existir algunas zonas permeables en el vaso, si son de cierta importancia, no podrn tratarse por su coste excesivo. En cambio, el vaso suele tener la ventaja de que el gradiente hidrulico de la posible filtracin es dbil. la cerrada. En ella, los posibles caminos de fuga son cortos, lo que conduce a gradientes fuertes. 17

Asimismo, estas posibles filtraciones no solo pueden ser notables, sino que, adems, producen presiones intersticiales que influyen en la estabilidad y resistencia de los estribos y de la presa. En contrapartida, al ser la zona de una superficie y volumen ms limitados, es susceptible de una investigacin cuidados y de adecuado tratamiento. rocas. Las rocas ms peligrosas son las calizas, pues pueden tener cavernas y grietas intercomunicadas. Tambin pueden serlo los yesos, que son impermeables pero solubles. En cambio, las margas, arcillas, pizarras, granitos y cuarcitas son impermeables, en general. Pero hay que cerciorarse (granitos y cuarcitas), de que no presentan formaciones de diaclasas que puedan conducir a filtraciones importantes. Es preciso estudiar la impermeabilidad no slo actual, sino futura, del embalse. Salvo casos especiales, la impermeabilidad del vaso debe conseguirse por su constitucin natural, pues no es concebible tratar de impermeabilizar grandes superficies. Slo si estas son reducidas, en zonas muy concretas, es posible acometer su impermeabilizacin con pantalla de inyecciones o con mantos recubridores. Un caso concreto de ello, es la cerrada. estabilidad del vaso. La estabilidad del vaso debe ser tal que no pueda padecer la retencin del agua ni la seguridad de la presa, pero son admisibles faltas de estabilidad parciales siempre que no afecten a ninguna de las dos condiciones esenciales enunciadas. Por ejemplo, es admisible que al mojarse alguna zona del embalse haya un corrimiento limitado. Si sta no descubre alguna parte permeable o soluble, el embalse no padece por ello. Pero hay que cerciorarse de que no tienen otra repercusin ms peligrosa, como podra ser, si el deslizamiento fuera brusco y extenso, la formacin de una ola gigantesca que pudiera llegar a verter sobre la presa o por un collado bajo del embalse, o que produjera un impacto en la presa que pusiese en peligro su estabilidad. Presa y embalse constituyen un conjunto nico e indivisible y no basta que uno de ellos exista y permanezca, si el otro padece un defecto grave, sea en su impermeabilidad o en su resistencia. estudios geolgicos. Por todo lo expuesto anteriormente, es imprescindible un estudio geolgico detenido y serio, tanto de la cerrada como del vaso, analizando la permeabilidad y estabilidad de los terrenos constituyentes, en un cierto entorno, ms o menos extenso segn los casos. De este estudio hemos de deducir consecuencias concretas en cuanto a estabilidad, resistencia e impermeabilidad. El objetivo del informe geolgico es un dictamen para saber si la presa y el embalse son posibles o no, y slo servir el estudio hecho si ayuda a contestar adecuadamente a esa pregunta y nos marca las precauciones a tener 18

en cuenta en la obra. estudios geofsicos. El gelogo contestar a esas preguntas, ayudado por los medios adecuados de investigacin. Estos son: Prospecciones geofsicas (elctricas, ssmicas...) Sondeos. Excavaciones (trincheras, tneles y pozos). prospeccin elctrica. Se basa en la diferente resistividad de los terrenos segn su construccin e incluso segn tengan o no agua. Los resultados son ms tiles y fidedignos cuando se trata de interpolaciones entre zonas prximas de terrenos conocidos directamente o por sondeos o excavaciones. Para su correcta aplicacin e interpretacin, es preciso conocer la estructura y composicin del terreno en algunos puntos. prospeccin ssmica. Tiene por fundamento que la celeridad de transmisin de una onda de choque es "(E/Q), siendo E el coeficiente de elasticidad de la roca y Q su densidad. Midiendo el tiempo de transmisin a varios puntos de una explosin provocada en otro, se puede colegir E, lo que ya es un resultado directo esencial para el clculo; pero tambin se puede saber la composicin del terreno. sondeos. Son tiles para conocer el terreno en profundidad. Gracias a los testigos que obtienen podemos ver y hasta ensayar directamente las distintas capas. En algunos casos es til obtener muestras sin alterar, cuando el terreno es arcilloso y ha de conocerse su estado natural de cohesin, saturacin, etc. excavaciones. Son, sin duda, el procedimiento ms til y seguro, pero tambin el ms costoso. Gracias a ellas, podemos descubrir como es el terreno en profundidad, de manera ms directa que con los sondeos; nos permite ver y tocar la roca tal cual es y apreciar su constitucin , estratigrafa, diaclasas, etc. Una utilidad muy directa de las excavaciones son los ensayos in situ, que pueden ser qumicos, mecnicos... Segn el terreno y la profundidad que queramos alcanzar, haremos una trinchera (relativamente superficial), una galera (para profundizar en horizontal) o un pozo (para investigar en vertical o con fuerte inclinacin). Las galeras o pozos pueden ser tiles despus para el drenaje de la obra; aunque tambin pueden representar un camino de filtracin que abra una va de agua. Debe analizarse el efecto de las galeras abandonadas (a veces de Km.) y, en consecuencia despreocuparse de ellas (si son de efecto indiferente) o taponarlas, inyectarlas, etc. (si pudieran ser perniciosas).

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datos topogrficos. El plano del embalse para primeros tanteos puede ser de escala alta (1/50.000 o 1/25.000) siempre que su extensin sea importante. Pero el estudio definitivo del embalse debe ser de una escala no inferior a 1/5.000; es muy usada la 1/2.000. La cerrada exige un plano ms detallado, pues hay que definir en ella las obras de la presa y las instalaciones auxiliares necesarias. Para primeros tanteos podr bastar un 1/5.000 y desde luego uno a 1/2.000. Pero para el proyecto definitivo hay que bajar a 1/500 o 1/200 segn los casos. Este plano debe extenderse a una zona suficientemente amplia para incluir, adems de la presa, el aliviadero y otros desages, las instalaciones auxiliares de obra ... Para definir la presa es preciso obtener, adems, perfiles transversales de ella, con escala 1/100 o ms. En tanteos previos de presa, para estudiar su mejor ubicacin y antes de obtener el plano definitivo, se puede conseguir suficiente aproximacin levantando perfiles transversales a la cerrada a escala 1/500 o 1/1.000. Hoy en da se han impuesto casi sin excepcin los levantamientos fotogramtricos, sean areos o terrestres. Normalmente se emplean los primeros para los embalses y los segundos para las cerradas. Los perfiles transversales o longitudinales se toman por topografa clsica. presas de materiales sueltos. tipos. Las presas de materiales sueltos abarcan todas las que se construyen con elementos naturales (tierras, gravas, escollera, etc.) que no tienen cohesin alguna o la tienen relativamente reducida y, en cualquier caso muy inferior a la artificial conseguida con aglomerantes. La tcnica actual tiende a usar todo lo posible los materiales disponibles en las proximidades de la presa, distribuyndolos segn sus caractersticas en los sitios ms aptos. Se usan los materiales tal y como se encuentran en la naturaleza sin ms elaboracin artificial que el apisonado o la adicin de agua para la debida compactacin. Tienen un importante defecto en su funcin hidrulica: al verter el agua sobre ellas, arrastra con facilidad esos materiales y puede llegar hasta provocar su destruccin. condiciones especiales que deben cumplir. Toda presa debe ser estable, resistente e impermeable. Esta ltima condicin se cumple casi automticamente supuesta una buena ejecucin en las presas de fbrica; pero en las presas de materiales sueltos hay que cuidar la impermeabilidad de una forma directa, pues esos materiales pueden no darla suficientemente. Y tambin por su efecto en la estabilidad y resistencia, pues las presiones intersticiales influyen en ellas de forma mucho ms notable que en las de hormign por doble motivo: por la corta o nula cohesin, que puede ser insuficiente para contrarrestar esas presiones internas; y, adems, porque el agua filtrada, al mojar los materiales, disminuye su 20

corta cohesin y el coeficiente de rozamiento. Es obvio decir que estas presas resisten por gravedad, aunque en casos muy excepcionales se curvan y se tiene en cuenta este efecto, pero este es siempre mucho menor que el del peso. tipos de impermeabilizacin. En las presas de materiales sueltos hay que tratar especialmente la condicin de impermeabilidad. Esta se puede conseguir de tres formas. 1. Intrnsecamente, en las presas hechas con material impermeable (arcillas o limos). 2. Con un ncleo impermeable de arcilla o limo. Este puede estar en el centro de la presa (vertical, o casi), o cerca del paramento agua arriba (inclinado). 3. Con una pantalla de material no trreo, hormign armado, acero o betn; esta pantalla se coloca en el paramento agua arriba. presas homogneas. Son las constituidas por un material nico. La funcin impermeabilizadora est unida a la resistente, como en las de fbrica. Su uso puede estar indicado en sitios donde predomina un material fcil de emplear y econmico; mucho ms indicado en presas de baja o moderada altura (20m. menos), pues su simplicidad representa economa y los inconvenientes de la homogeneidad no son graves con tensiones moderadas. Se emplean tierras impermeables o semiimpermeables, pero se han hecho tambin con xito diques con arenas permeables y mezclas de arenagrava. Porque en algunos casos puede ser aceptable una cierta filtracin si la estabilidad est asegurada. El inconveniente principal de este tipo de presas son las presiones intersticiales. Al salir las lneas de corriente al paramento agua abajo, pueden dar lugar a salida del material ms fino, originando asientos. En presas de tierra lo ideal es bajar rpidamente la lnea de saturacin para que haya agua abajo una zona casi sin presiones intersticiales con un peso estabilizador que impida el arrastre de las partculas superficiales. presas de material nico con zonas. El material es el mismo en toda la presa, pero con ciertas variaciones de tratamiento en distintas zonas. Con un nico material cabe obtener una gama de permeabilidades variando la compactacin o el contenido de agua. Cabe hacer una diferente compactacin por zonas, ms intensa aguas arriba que abajo, o bien dar un mayor contenido lquido agua arriba, o ambos efectos. Tambin puede lograrse una diferenciacin zonal, seleccionando el material y 21

colocando el ms fino en un ncleo mas impermeable, de manera similar a como luego describiremos para presas con ncleo diferenciado. drenes. A partir de 6 u 8 metros de altura, conviene que las presas de tierra tengan drenaje para controlar la lnea de saturacin y los efectos de las filtraciones. El drenaje cumple las siguientes funciones: 1. Reducir la presin intersticial en una zona agua abajo, para aumentar su estabilidad al deslizamiento. 2. Controlar la filtracin y observar si arrastra material del dique (sifonamiento). En presas bajas (< 30 m.) puede bastar un simple dren al pie del paramento agua abajo. Para alturas mayores de 30 m. es preferible adentrarlo ms. El dren horizontal se usa mucho hasta unos 45 m. de altura. Puede lograrse tambin el efecto drenante con un dren longitudinal. En presas ms altas (> 45 m.) se usan tambin drenes verticales o inclinados que se unen a los horizontales. Si el dique y el cimiento son relativamente impermeables, el dren debe tener una permeabilidad por lo menos 10 a 100 veces mayor que la media del dique. La idea del dren va unida a la de filtro en presas de tierra, pues el efecto drenante supone una afluencia de agua filtrada hacia el dren y un incremento del gradiente de filtracin, lo que lleva a una posibilidad de arrastre de finos. Para impedirlo, hay que poner entre el dren y el material de la presa una capa de filtro de la debida granulometra para impedir el paso de los finos, dejando paso al agua. presas con ncleo impermeable. Cuando el material disponible en el lugar es abundante, pero poco impermeable, las nicas soluciones son disponer un ncleo impermeable, o bien una pantalla de hormign o bituminosa. Incluso puede ocurrir que habiendo en abundancia material impermeable, sea mejor emplear ste slo en el ncleo por las siguientes razones: 1. El material impermeable suele ser ms caro. 2. La combinacin de ncleo impermeable y espaldones permeables puede dar un volumen total menor que otra disposicin. 3. El clima del lugar o el plazo de construccin pueden aconsejar en lo posible la zona de material impermeable, ms delicado de consolidar y ms afectado por las lluvias. En la presa homognea, toda ella resiste y es impermeable; en la de ncleo, es a ste al que se confa la impermeabilidad, siendo misin del resto slo el resistir el empuje. 22

El espesor del ncleo viene fijado fundamentalmente por la impermeabilidad que se le exige. Desde el punto de vista de la estabilidad, convienen los ncleos estrechos, pues la resistencia cortante es menor en el ncleo. En cambio, la tendencia al sifonamiento crece al disminuir el ancho. Por sta ltima razn, el espesor mnimo puede venir forzado por la plasticidad y la gradacin del material. Aunque hay que estudiar cada caso, se darn las siguientes reglas prcticas: Espesores de 3050% de la carga de agua en cada altura han dado resultados satisfactorios, en general, para cualquier tipo de tierra y altura de presa. Anchos de 1520% son delgados, pero pueden dar resultados satisfactorios acompaados de filtros adecuados en el contacto con los espaldones. Los menores del 10% se han usado muy poco y slo pueden ser tomados en consideracin cuando una grieta en el ncleo no conduzca a la rotura de la presa. La tendencia actual es ms bien hacia ncleos gruesos. consideraciones respecto a la inclinacin del ncleo. Veamos primero las ventajas del ncleo vertical: Da presiones mayores que el inclinado en contacto con el cimiento y esto es ventajoso para la impermeabilidad. Para igual volumen, el ncleo vertical da mayor espesor e impermeabilidad que el inclinado. El contacto real con el cimiento no vara al modificar la altura de dicho contacto, mientras que, con ncleo inclinado, ese contacto se desplaza hacia aguas arriba si se hace ms profundo. Con un ncleo inclinado no podemos saber que posicin tendr su base hasta acabar de excavar, mientras que con un ncleo vertical conocemos de antemano su posicin planimtrica y slo queda el profundizar ms o menos. Si se prev la posibilidad de tener que inyectar el ncleo despus de construida la presa, el vertical permite hacerlo desde coronacin sin vaciar el embalse; no as el ncleo inclinado (salvo empleando sondas inclinadas, lo que da mayor longitud y es ms caro y con posibilidad de salirse con la sonda fuera del ncleo, comunicando con el agua del embalse. Vemos ahora las ventajas del ncleo inclinado: Permite construir el resto de la presa con sus taludes naturales sin preocuparse del ncleo, que puede ir muy retrasado en altura. Si la regin es lluviosa, el ncleo inclinado se va haciendo cuando las condiciones metereolgicas lo permiten, pero el espaldn sigue su curso independiente. Con el ncleo vertical., en cambio, los espaldones han de preceder con una altura muy escasa al ncleo para que el vertido de material no lo tape. Otra ventaja del ncleo inclinado es que permite inyectar el cimiento mientras se sigue construyendo el ncleo y el espaldn. Tambin es ms fcil la construccin de los filtros, al ser inclinados, lo que suele permitir hacerlos ms estrechos. En cuanto al volumen total de la presa, suele haber poca diferencia entre ambos tipos. El ncleo inclinado, al liberar al resto de la presa de presiones intersticiales, da un talud ms fuerte agua abajo si el ncleo es vertical. Pero a 23

cambio, el inclinado exige un talud agua arriba ms tendido, para dar estabilidad al deslizamiento cuando el embalse se baja con cierta rapidez y el ncleo est saturado. Ambos efectos se suelen compensar aproximadamente, resultando volmenes totales similares para ambos tipos de ncleos. El volumen mnimo terico se obtiene cuando el ncleo est en una posicin tal que el coeficiente de deslizamiento sea el mismo en ambos paramentos, lo que se suele conseguir con una suave inclinacin media hacia agua arriba del orden de 0,5. Un punto muy debatido es el de la colocacin ms conveniente del ncleo frente a las fisuras por asiento diferencial o provocadas por terremotos. Parece mejor el ncleo inclinado, no porque se agriete menos en los terremotos, sino porque tienen un mayor volumen estable de piedra agua abajo del ncleo. presas con seccin heterognea. En sta, hay que operar con materiales naturales y su coste depende de los de las cuatro operaciones siguientes: extraccin, transporte, clasificacin y puesta en obra. Por todo esto hay que buscar la presa que, cumpliendo las exigencias funcionales, resulte de coste mnimo. Y esta ser la que combine ms adecuadamente los materiales disponibles en las inmediaciones, pues el transporte grava mucho el coste. Y muy probablemente, la presa ms econmica no ser la de volumen mnimo. El concepto de volumen mnimo aplicado a la presa misma es incorrecta, el coste no se aplica slo al volumen de la presa, sino tambin al de los materiales abandonados, al menos en las partidas de extraccin y clasificacin y, en parte, de transporte. Hoy da se conciben estas presas unidas estrechamente al terreno circundante y no slo en la tipologa funcional, sino tambin en los materiales constituyentes. El mejor proyecto de una presa de tierras ser el que utilice estos materiales con mejor aprovechamiento conjunto. Esta es la funcin que cumple la presa heterognea. En ella se aprovechan al mximo los materiales disponibles, procurando que no haya nada desechable o, al menos, que sea el mnimo. Los materiales ms impermeables van al ncleo; los ms gruesos se usan para proteger los paramentos o al pie de los espaldones, como drenes; otros van a los filtros, e incluso los materiales heterogneos se usan en los espaldones para dar peso estabilizador. Se usa mucho para espaldones el llamado todo uno, esto es, las gravas del ro o depsitos de terrazas aluviales, formadas por materiales de granulometra muy diversa. El esquema general de una presa heterognea podra describirse de la siguiente manera: 1. La funcin impermeabilizadora se encarga a un ncleo de arcilla, limos o mezcla, incluso con elementos de cierto grueso, pero con la debida proporcin de finos para conseguir la impermeabilidad deseada. El ncleo ser vertical o inclinado, con las ventajas e inconvenientes ya analizados. 2. Un ncleo vertical divide la presa en dos espaldones: agua arriba y agua abajo. 24

Uno inclinado puede no tener ms que el de agua abajo. 3. Lo ideal es que el espaldn agua abajo sea muy permeable, porque as hay una cada franca de la presin intersticial en el ncleo y agua debajo de este el espaldn queda casi libre de ese efecto, a favor de la estabilidad. Pero hay que atenerse a los materiales disponibles, aunque sean poco drenantes; en este caso, para liberarlo de presiones internas, conviene disponer un dren horizontal o profundo, o bien un dren vertical o inclinado. 4. Hay que considerar la discontinuidad que puede producirse entre los materiales de granulometra muy dispar. En general hay que poner filtros para impedir que los finos pasen de una zona a otra. Suelen ser imprescindibles entre el ncleo y el dren inmediato; sin embargo, pueden no ser necesarios en otras zonas cuando su granulometra cumpla ya la condicin de filtro. 5. El espaldn agua arriba es indiferente, en principio, respecto a impermeabilidad, pues est situado en una zona forzosamente embebida de agua, ya que el elemento de contencin es el ncleo. Sin embargo, una impermeabilidad alta puede exigir un talud ms suave para asegurar la estabilidad al descender bruscamente el nivel del embalse. 6. Ambos espaldones han de ser estables en todas las hiptesis; durante la construccin, a embalse vaco, con embalse lleno y para desembalse rpido. influencia de la cimentacin. Las presas de materiales sueltos son particularmente indicadas en cauces con fuerte espesor de acarreos, porque en ellas es mucho ms fcil resolver la impermeabilizacin que con una presa de fbrica, pues sta exige llevar la cimentacin hasta roca firme, mientras que en aquellas basta prolongar el ncleo o la pantalla. Cuando el ncleo es inclinado, su prolongacin a travs de los acarreos se hace vertical, para facilitar su construccin. Tambin son indicadas estas presas, en terrenos con posibles asientos, pues stos pueden ser seguidos mejor gracias a la plasticidad de los materiales trreos que en las presas de hormign, excesivamente rgidas. pantallas de material no trreo. Pueden ser de hormign armado, acero o bituminosas; y tienen por objeto asegurar la impermeabilidad. Cabe ponerlas en varias posiciones, pero las interiores a la presa han sido prcticamente abandonadas, y no son revisables. As, la nica manera que consideraremos es la exterior, en el paramento agua arriba. El esquema funcional tericamente es perfecto: funcin impermeabilizadora centrada en la pantalla, colocada, adems, en el sitio ms adecuado; y funcin estabilizadora cumplida por todo el dique, sin ms tensiones internas que las debidas a su propia funcin resistente. La pantalla de hormign armado, aunque utilizable, presenta muchos inconvenientes; varias pantallas de hormign se fisuraron o rompieron, y esos fracasos, unidos a los 25

progresos tcnicos en el tratamiento de tierras han hecho que se empleen cada vez menos. Hoy da, la disponibilidad, baratura creciente y adecuada tcnica de los materiales bituminosos, hace que la pantalla de esta composicin tenga un prometedor futuro, y no slo por su inicial coste, sino por la gran flexibilidad, que le permite seguir sin romperse los posibles asientos de la presa, condicin muy importante, por lo previsible de stos. La pantalla de chapa de acero tambin tiene una gran flexibilidad y, adems, es muy resistente. Pero su elevado coste ha relegado su empleo a un corto nmero de casos. Las ventajas de la pantalla no trrea son: Usada con un buen drenaje agua abajo, el resto del dique queda totalmente libre de presiones intersticiales, pudiendo reducir su volumen para igual seguridad. Dada su posicin en el mismo paramento agua arriba, toda la presa resiste al empuje del agua. Al ser exterior es fcilmente revisable e, incluso, con ciertas condiciones, reparable. Si ocurre alguna fuga, sta no lleva a un avance progresivo. Sirve de proteccin contra las olas. Exige menores taludes en la presa. Resuelve el problema de la impermeabilizacin cuando no hay finos naturales aptos. Su construccin no depende del clima ni de las lluvias. La ejecucin es tambin muy rpida, por lo que se puede acometer al final. Los inconvenientes, aunque en menor nmero, han sido hasta ahora muy importantes en la prctica. Estos son: La corta longitud de su vida. El hormign armado, sometido a alternativas de humedad y temperatura, oleaje, asientos, etc, se deteriora bastante. Lo mismo sucede con el acero, por causa de la corrosin; y con el betn, que es material de no larga vida; aunque estos dos ltimos con una buena ejecucin pueden durar por lo menos 30 aos. El coste puede ser elevado y hacer desechable la pantalla. El coste de la pantalla es proporcionalmente menor cuanto mayor sea la altura de la presa, pues el volumen de espaldn crece ms deprisa. Estos inconvenientes y otros menores no detallados, han superado en general a las ventajas. Los tres tipos de pantalla mencionados presentan las siguientes caractersticas favorables y desfavorables: La de hormign es muy rgida y sigue mal los asientos inevitables del espaldn, originando grietas. Si se hace ms delgada, es ms flexible pero no lo suficiente, y puede romperse por debilidad. Si se aumenta su espesor, resiste ms pero puede agrietarse y romperse por excesiva rigidez; adems, se encarece mucho. La de acero es muy flexible y resistente. Desde el punto de vista funcional es buena por eso, pero su coste es muy elevado y en la mayor parte de los casos, 26

prohibitivo. La bituminosa es muy flexible, lo que es fundamental dados los asientos de estas presas. La resistencia, aunque dbil, es casi innecesaria, ya que, al plegarse perfectamente a los movimiento, no tiene casi esfuerzos de flexin. Otra ventaja de esta pantalla es que, si se forma una grieta, la plasticidad del material tiende a cerrarla. Un inconveniente es que, por el momento, la altura lmite con la que se ha usado es de unos 75 m. pero esto, es de suponer, se ir superando. presas de materiales sueltos. detalles de proyecto y construccin. En las presas de hormign, el material es previamente conocido y sus caractersticas pueden fijarse. Podemos pues, suponer a priori, unas caractersticas y fijarnos taludes y dimensiones y luego exigirlas al hormign. En cambio, cada presa de tierras tiene sus materiales propios. El ncleo puede ser de arcilla, pero la permeabilidad de sta, su cohesin, ngulo de rozamiento y peso especfico pueden variar mucho, no slo de unas arcillas a otras, sino incluso para una arcilla determinada segn su compactacin, contenido en agua... Por ello no hay un proyecto tipo de presas de tierras, pues cada una tiene su individualidad. En este captulo vamos a analizar de forma simultnea los detalles de proyecto y los mtodos constructivos. procedimientos de clculo. recapitulacin. Para la comprobacin de la estabilidad de un dique, los procedimientos usuales consisten en considerar una serie de curvas o rectas que definen presuntas lneas de deslizamiento. Estas se escogen intuitivamente, previendo las ms desfavorables. Como la intuicin de la ms desfavorable es muy difcil, hay que tantear varias, hasta obtener la de mnima seguridad. Las lneas de presunto deslizamiento se suelen poner curvas en materiales terrosos y rectas en escolleras o gravas. Las curvas suelen ser circulares, que son ms sencillas y, adems, tienen la ventaja de que las reacciones normales convergen en el centro, por lo que su resultante pasa por l. Hay que analizar todas las formas posibles de deslizamiento, parciales o conjuntas y en todas las hiptesis de cargas. En estas comprobaciones no deben olvidarse las tensiones internas producidas por la presin intersticial, que puede provocar un deslizamiento del paramento agua arriba hacia el embalse. El mtodo constructivo, el contenido en agua y los desniveles que puedan existir en ciertos momentos de la construccin entre distintas zonas del dique deben analizarse para evitar estos fallos que, en algunas presas, han sido graves. taludes. En una presa de gravedad es posible fijar a priori los taludes, no as en una de tierras. El procedimiento habitual para fijar los taludes es tomarlos de otras presas similares y comprobarlos, y eventualmente, modificarlos despus de los clculos de estabilidad. Los taludes de tierras varan entre 4:1 a 2:1. Con cimiento dbil pueden ser an ms tendidos que 4:1; por el contrario, en apoyo de roca pueden ser ms encrespados que 27

2:1. eleccin de taludes en funcin del tipo de presa. 1. Las presas de escollera con pantalla agua arriba y cimiento estables se proyectan con el criterio de que el talud agua arriba sea el del equilibrio del material. Este vara entre 1:7 (grava redondeada) y 1:2 (grava angulosa). 2. En las de escollera con ncleo central sobre cimiento rocoso el talud agua arriba vara entre 1:8 y 1:6. El de agua abajo viene fijado por la estabilidad frente al empuje del agua siendo, como mnimo, 1:5. 3. En presas de seccin homognea de grano fino los taludes han de ser tanto ms suaves cuanto mayor es su altura; esto es porque la estabilidad depende del ngulo de rozamiento interno y de la cohesin; al aumentar la altura, las cargas aumentan con una ley ms o menos cuadrtica y lo mismo la componente estabilizadora debida al rozamiento, puesto que sta es proporcional a la seccin; por el contrario, la cohesin vara con la longitud de la lnea de deslizamiento psimo, que aumenta con la altura slo linealmente. La consecuencia es que la cohesin influye ms cuanto ms baja sea la presa, por lo que las presas bajas pueden tener taludes ms fuertes que las altas. 4. En presas de ncleo delgado con espaldones permeables, los taludes son casi independientes de la altura. En ellas, los espaldones no tienen cohesin, por lo que el rozamiento es la nica fuerza estabilizadora o, al menos, predominante. Los taludes dependern de la influencia del ncleo en la estabilidad. 5. Las presas con material diferenciado por zonas permiten taludes ms fuertes que las homogneas por dos motivos: el drenaje, que reduce la presin intersticial; y el poder disponer los materiales ms resistentes donde los esfuerzos cortantes sean mayores. taludes variables. Dado un cierto coeficiente de seguridad al deslizamiento, el mnimo volumen se obtiene con paramentos de taludes variables; de suavidad creciente de arriba abajo. Esta ventaja resulta tanto ms notoria cuanto ms alta sea la presa, o cuanto ms dbil sea la cimentacin. Se logra aumentar ms rpidamente la longitud de una posible lnea de deslizamiento que con un talud fijo, sin recargar innecesariamente la seccin de la presa. Los taludes decrecientes son consecuencia del principio antes enunciado de que la influencia relativa de la cohesin va disminuyendo con la altura. Los taludes poligonales deben considerarse en cuanto la altura supere los 30 m. Hemos hablado de taludes que pueden ser menores que los naturales, estos se pueden obtener de dos formas. 1. Con inclinacin uniforme. 2. Intercalando bermas. Es difcil lograr que el talud quede uniforme con inclinacin distinta de la natural. Pede conseguirse ponindolo en capas delgadas. Con capas de 5 m. o ms no es 28

posible conseguir un talud no natural. En este caso puede sustituirse el talud terico por uno escalonado con igual inclinacin media; el material se coloca entonces sin dificultad, pues es horizontal, o tiene su talud natural. Es obvio, que de hacer escalones stos deben dar como media el talud terico. En el talud agua arriba, si la piedra es relativamente pequea, puede ser deseable poner talud uniforme para resistir mejor las olas y, en ese caso, habr que prescindir del escalonado. Cuando la piedra es grande, pueden ponerse escalones con talud natural, pero es aconsejable echar grandes bloques al pie de los taludes, para protegerlos. estabilidad de los espaldones. Los espaldones constituyen los elementos estabilizantes de la presa, y el ncleo, el impermeabilizante. En las presas con ncleo inclinado, casi todo el dique contribuye a la estabilidad frente al empuje del agua. En las de ncleo vertical, slo el espaldn agua abajo, contribuye a la estabilidad frente al empuje hidrosttico. El de agua arriba es un elemento inerte para resistir este empuje. Su misin es sostener el ncleo por su lado de agua arriba. En ambas, hay que impedir que el ncleo deslice hacia agua arriba. Esto se podra conseguir con una inclinacin del ncleo que resulte estable, pero eso llevara a un talud agua arriba tan tendido que dara lugar a un volumen de presa todava mayor que el necesario para el ncleo vertical. Lo que hay que suavizar el paramento agua arriba, puede compensarse encrespando el de agua abajo, esto tiene un lmite, que es el talud natural; y ese lmite, unido al suavsimo talud necesario agua arriba, dara un volumen excesivo. Por otra parte, conviene proteger el paramento agua arriba con piedra, para evitar la erosin del oleaje. Si esta piedra la aplicramos directamente al ncleo, los finos de ste se saldran por los huecos de aquella; es preciso interponer un filtro, y todo ello lleva a exigir un cierto espesor que viene a representar un espaldn ms o menos reducido. Cuando el ncleo est impregnado de agua y el embalse sufre un descenso relativamente rpido, la presin intersticial se encuentra desequilibrada respecto a la hidrosttica y el ncleo tiende a deslizar hacia agua arriba. Este efecto es el que suele fijar la inclinacin mxima del ncleo y el recubrimiento o espaldn necesario. La mejor resistencia al empuje hidrosttico hace que las presas de ncleo inclinado tengan un talud agua abajo ms encrespado que las de ncleo vertical. A cambio, aquellas exigen un talud agua arriba ms inclinado, para asegurar la estabilidad del ncleo, sobre todo ante un desembalse rpido. material para espaldones. El espaldn agua abajo conviene sea lo ms permeable posible. El material ideal sera una escollera, pues es perfecta como dren y sus huecos son tan grandes que es difcil que lleguen a colmatarse. 29

Lo ms frecuente es que en la ubicacin de la presa haya graveras en el cauce, depsitos aluviales en las terrazas o morrenas glaciares. El inconveniente de estos depsitos suele ser que tienen finos en proporcin suficiente para darles cierta impermeabilidad. Si sta es importante, podra pensarse en hacer una presa uniforme. Por otra parte, ya hemos dicho que las presas de cierta altura no conviene que sean de seccin uniforme impermeable y, en cualquier caso, conviene poner drenes. Para utilizar esos depsitos con espaldones, podran eliminarse los finos mediante cribado, pero la operacin suele ser costosa. Lo normal en estos casos es descomponer el espaldn en dos zonas, una que acte propiamente de dren, y otra con los materiales tal y como se presentan. La parte permeable se pondr junto al ncleo y en la parte baja formando una L; as podemos dar salida al agua que filtre el ncleo e incluso a la de imbicin del espaldn por las lluvias. Aseguramos tambin que no se producen presiones intersticiales en el contacto con el cimiento, si este fuera impermeable; si, por el contrario, fuera permeable, el dren horizontal no sera ya necesario. El resto del espaldn puede ya hacerse con el todo uno procedente de la gravera o depsito, sin clasificar. Como complemento de esta disposicin, ser necesario poner un filtro entre el ncleo y el dren. Entre el todo uno y el dren habr que poner o no un filtro segn que se cumplan entre ellos las condiciones que luego veremos. Respecto al espaldn agua arriba, como su estabilidad crtica es para desembalse rpido, conviene poner el material permeable prximo al paramento, para que drene, y usar el todo uno en la parte prxima al ncleo. La parte permeable deber tener en la superficie elementos del grueso suficiente para poder resistir el efecto del oleaje. compactacin de espaldones. Su compactacin viene obligada por dos motivos: obtener la mxima resistencia y evitar asientos que perturbaran aquella. Esta operacin significa slo un aumento del costo relativamente reducido, 5% o poco ms. Para compactar grandes superficies se usan rodillos. En la zona prxima a los bordes del terreno o de una obra de fbrica se usan pisones. Los rodillos pueden ser de pata de cabra, o neumticos. El primero concentra la presin en poca superficie y se hunde mucho, con lo que la capa superior queda muy removida. Eso contribuye a soldar perfectamente una capa con la adyacente. El neumtico deja la superficie muy lisa, lo que exige un escarificado previo a la extensin de la capa siguiente, y a pesar de ello no quedan tan trabados como con la pata de cabra, en cambio, esto tiene la ventaja de evitar el encharcamiento que se origina en una capa revuelta con fuerte lluvia. El rodillo de pata de cabra suele trabajar con tongadas que tengan unos 20 cm., como mximo despus de compactadas. El neumtico trabaja con capas un 50% ms gruesas y precisa menor nmero de pasadas para la misma compacidad. Otra ventaja del pata de cabra es que rompe los terrones e incluso trozos ptreos de poca consistencia, pero otro inconveniente es que tiene menor tolerancia frente a las 30

variaciones del contenido de humedad. Con gravas y arenas va mejor el neumtico; con materiales con una importante proporcin de piedras resistentes la pata de cabra acta con menos eficacia y se desgasta mucho. Para espaldones de escollera o material granular, lo mejor es el rodillo vibrante. Adems del rodillo, se utiliza un lanzador de agua cuya misin es lavar las partculas sueltas y ayudar a desprenderse los trozos dbiles. El agua, adems, acta de lubricante, facilitando que los ridos se encajen bien unos con otros alejando la tendencia a moverse despus y producir asientos. ncleos. Estos se constituyen con los elementos ms finos e impermeables. Es conveniente que haya una cierta proporcin de materiales granulares, para que el ncleo no sea excesivamente plstico. Esto rebaja las presiones intersticiales durante la construccin y da mayor estabilidad y resistencia al corte. La compactacin del ncleo tiene una faceta fundamental respecto a la de los espaldones. En estos lo que se pretende es una densidad ptima, para la estabilidad; en los ncleos tambin se desea esto, pero an ms la impermeabilidad. Los ncleos arcillosos son muy sensibles al contenido de humedad. En la compactacin de ncleos podemos aplicar los mismos principios comentados al hablar de los espaldones. Aunque en algn caso pudiera ser mejor utilizar un sistema para el ncleo y otro para los espaldones, se prefiere emplear las mismas mquinas para toda la presa. filtros. La misin del filtro es permitir el paso de agua impidiendo, al propio tiempo, el de las partculas finas que pudieran ser arrastradas por aquella. Los huecos deben ser suficientemente pequeos para no dejar pasar los finos. El filtro ideal es el constituido por varias capas de materiales gradualmente crecientes en tamao. La primera capa, adyacente al ncleo debe ser tal, que el tamao de sus huecos sea menor que el de las partculas del ncleo y as no dejar pasar las partculas pero si el agua. De igual forma, cada capa debe tener huecos menores que las partculas de la capa anterior, hasta llegar a una cuyo tamao granular sea mayor que los huecos del espaldn. Este filtro ideal es factible, pero resulta difcil de ejecutar. Un filtro por capas tiene gran peligro de mezcla de ellas por el paso de las mquinas. Esto se podra evitar haciendo cada capa sobreabundantemente gruesa para que los posibles movimientos dejen siempre inalterado un espesor suficiente. Es preferible hacer filtros de materiales heterogneos pero mezclados de forma homognea y constituyendo un conjunto que cumpla las dos condiciones exigidas. Para la ejecucin de estos filtros, las reglas siguientes son de uso general y dan buen 31

resultado: 1. El tamao D15 del filtro debe ser, por lo menos, cinco veces el tamao D15 del suelo que se desea proteger. 2. El tamao D15 del filtro no debe ser mayor que cinco veces el tamao D85 del suelo a proteger. 3. La curva granulomtrica del filtro debe tener, en lneas generales una forma parecida a la del suelo. 4. Si el suelo contiene un porcentaje elevado de gravas, se har su curva granulomtrica tomando slo el material que pasa por el tamiz de una pulgada. 5. El filtro no debe tener ms que alrededor del 5% de finos que pasen el tamiz 200. Las condiciones 1, 2 y 5, previa la limitacin expresada en 4, pueden expresarse as: Estas condiciones son conservadoras. Si con los materiales disponibles no se cumplen bien las condiciones y se requieren volmenes importantes de filtros, el nico camino es hacer ensayos para ver como se pueden obtener con aquellos la doble funcin encomendada al filtro. Hay que tener en cuenta que cuanto ms delgado sea el filtro, tanto ms exigentes debemos ser. En cambio en filtros con amplias dimensiones, la tolerancia es mayor. Por eso se prefiere, normalmente, hacerlos anchos para ganar seguridad y facilitar la ejecucin. proteccin de paramentos. El paramento agua abajo necesita proteccin contra las lluvias y el viento. Si la presa es de escollera, ya est protegida; si es de todo uno, podra dejarse sin proteccin si hay abundancia de elementos gruesos, o cubrir el paramento con stos. En muchos casos se cubre el paramento con una capa de tepes de hierba. Hay que proteger especialmente las lneas de contacto del dique con las laderas, pues son va natural de concentracin de las aguas de lluvia. Se suelen hacer cunetas amplias con piedra u hormign. Las banquetas se pueden dejar sin tepes, cubiertas de grava. En la banqueta, al pie de cada talud de tepes, conviene poner una cuneta para recoger el agua y llevarla a una recogida general, pero debe hacerse con hormign, pues sino, la concentracin de agua en ella puede dar efectos contraproducentes a la estabilidad del talud. El paramento agua arriba ha de protegerse contra la accin del oleaje. Lo normal es echar sobre el talud una capa de piedra gruesa que sea estable frente a las obras resultantes, calculadas a partir del fetch. Conviene poner una capa de filtro entre las piedras gruesas y el espaldn con objeto de impedir el arrastre de partculas al retirarse la ola o al bajar el caudal bruscamente. No se suelen usar banquetas agua arriba, pero hay algunas opiniones favorables a ellas pues sirven de accesos durante la construccin y para revisiones en plena 32

explotacin. En cualquier caso es recomendable hacer una buena berma al pie de la escollera para evitar erosin al pie de sta cuando caiga el agua de reflujo de la ola estando bajo el embalse, y da tambin un mayor margen de seguridad frente a los movimientos de la escollera o del espaldn. resguardo. Para completar la proteccin contra el oleaje y contra sobreelevaciones imprevistas del embalse, se deja un resguardo entre el nivel mximo alcanzable en crecidas y la coronacin. En las presas de material suelto el margen ha de ser mayor, como consecuencia de su mayor vulnerabilidad a las olas y, sobre todo, al vertido de agua sobre su coronacin. Segn la Instruccin: En este tipo de presas es fundamental evitar cualquier riesgo de vertido sobre la coronacin. No se admite en principio la colocacin de aliviaderos de ningn tipo sobre el cuerpo de la presa, siendo precisa, en caso contrario, una especial justificacin, tanto de la necesidad de la solucin como de la eficacia de las disposiciones proyectadas para evitar toda inseguridad en la obra. Hasta hace relativamente poco se tena por norma absoluta la imposibilidad de vertido por encima de estas presas, pero afortunadas experiencias en algunas han conducido a un cambio de actitud mental. Las principales experiencias han sido en ataguas. Hoy da tiende a evolucionar la idea de las presas de material suelto en cuanto a la posibilidad de vertido. Por el momento, esta tolerancia slo se tiene en muy pocas de ellas y siempre con una proteccin especial y con lminas de poca altura. cimientos permeables o inconsistentes. Una de las causas ms decisivas para elegir una presa de materiales sueltos es que el terreno de asiento sea permeable o poco resistente en una profundidad no despreciable. Es obvio que una presa de fbrica habra que llevarla hasta roca firme como si no existieran los acarreos, peor an, porque aunque son como inexistentes a efectos de resistencia, existen realmente y hay que excavarlos, lo que es un coste adicional. En este caso, la presa de gravedad sera rechazable casi con seguridad, la bveda, exige menos excavacin y menos suplemento de volumen de hormign, pero muy probablemente no podr compararse con la de materiales sueltos, que tiene la ventaja de que , por estar constituida con materiales anlogos en consistencia a los de apoyo, slo habr que prolongar el ncleo hasta ella a los efectos de impermeabilidad. Si en vez de acarreos el terreno fuera de arcilla o limos impermeables desde poca profundidad la ventaja de la presa de materiales sueltos se acrecentara, pues slo tendra que bajar hasta penetrar bien en la zona impermeable, mientras que los otros tipos tendran que llegar forzosamente a la roca. Y si sta no existiese prcticamente entonces no habra siquiera motivo de comparacin. La prolongacin del ncleo se har adelgazndose hacia abajo, o con ancho constante y paredes verticales. A mejor material, ms delgado ser el ncleo, pero puede ser 33

ms econmico un ncleo constituido con materiales menos selectos aunque tenga que ser ms grueso. La obra en los acarreos es totalmente distinta y no es susceptible de organizarse en grandes masas, sino que exige una ejecucin ms difcil y lenta; la consecuencia es que la obra penetrando en los acarreos es muy directamente dependiente del volumen, que conviene reducir al mnimo, en general, con la consecuencia de que entonces, para lograr la economa, puede convenir afinar el material para tener menor ancho. El caso extremo de esto es cuando la profundidad de los acarreos es muy grande y resultara muy difcil y costoso excavar una zanja tan profunda. Entonces, ser forzoso hacer una pantalla impermeabilizadora con inyecciones. La pantalla puede realizarse de distintas maneras, una es ir excavando una zanja por diversos procedimientos, y segn se profundiza, se va sustituyendo el material excavado por lodos bentonticos, con lo cual el terreno va quedando contenido por stos y no se desmorona. La pantalla puede quedar as, o incluso hacerse con hormign; en este caso, se inyecta despus el hormign, que va desplazando a los lodos hasta rellenar por completo la zanja. Gracias a estos y otros procedimientos se pueden hoy acometer algunas presas con enormes profundidades de impermeabilizacin. Cuando hay que realizar pantalla es aconsejable disponer una galera a lo largo de la unin del ncleo del dique con el cauce. Su objeto es poder vigilar el comportamiento de impermeabilizacin y poder realizar ms fcilmente cualquier inyeccin de refuerzo que fuera necesaria. De no existir la galera, cualquier refuerzo de la pantalla por medio de inyecciones habra que acometerla desde coronacin, para ncleo vertical; o desde el pie del ncleo, cuando ste es inclinado. En el primer caso tendramos el exceso de perforacin consiguiente a la altura de la presa, aparte de una mayor dificultad de control debido a esa mayor longitud. Y en el caso de ncleo inclinado, el inyectar al pie, exige vaciar el embalse o, por lo menos, esperar a que est bajo. obras de toma y desage. En las presas de material suelto se evita, en lo posible, que las tuberas de una central elctrica, las de desage de fondo o las tomas para riego o abastecimiento, atraviesen la presa, por las siguientes razones. 1. El contacto entre la tubera y el material trreo es imperfecto, por lo que a lo largo de l es muy probable se produzca una fuga de agua. 2. La rigidez de la tubera representa una discontinuidad en medio del material del dique, tanto en el ncleo como en los espaldones, lo que puede provocar asientos diferenciales. Esos asientos pueden traducirse en grietas que podran dar lugar a corrimientos en los espaldones y fugas en el ncleo. 3. Si la tubera llevase agua a presin, a esos defectos y peligros se aadiran los de las posibles fugas por agrietamiento de la tubera, fal