PRESAS DE HORMIGON

SOBRE SUELOS

Ing. Washington Sandoval E.,Ph.D

Revisin 2014

PRESA EN SUELO PERMEABLE

METODOS DE CLCULO DE LA FILTRACIN

FUNCIN:

1. Determinar las fuerzas de subpresin.

2. Comprobar la resistencia del suelo a la accin de las fuerzas de filtracin.

3. Prdida del agua por el suelo permeable.

V = kf I Q = kf A I

LINEAS DE FLUJO Y EQUIPOTENCIALES

Cada de Presin h = H/ N de intervalos dx

Gradiente hidrulico entre equipotenciales J = h/dx

Caudal por unidad de ancho (1metro), q = Kf *J = Kf*h/dx

LINEAS EQUIPOTENCIALES

LINEAS DE FLUJO

MTODO DE LOS COEFICIENTES DE RESISTECIA

Prdida de presin (Subpresin)

h1 = 1 H/ , h2 = 2 H/ , hi = i H/

h1, h2, . hi - Prdidas de presin en cada tramo del perfil subterraneo.

1, 2. i Coeficientes de prdidas en cada tramo.

Gradiente mximo

Caudal filtrado por unidad de ancho

q = kf H/

COEFICIENTES

l

S 0,8 T2

Si, S = 0

Si, S = 0

CONDICIONES DE CLCULO

Si, Ta Tr => Tc = Tr Si, Ta < Tr => Tc = Ta Para el clculo del caudal

de filtracin Tr = Tc. Ta zona activa de

filtracin. Tr zona real de filtracin. Tc zona de clculo

considerada.

Lo/So Ta

>5,0 0,5 lo

5,0-3,4 2,5So

3,4-1,0 0,8 So + 0,5lo

1,0-0,0 So + 0,3lo

Lo Proyeccin horizontal de la estructura So Proyeccin vertical de la estructura

BARRAGE

EJEMPLO DE CLCULO

I II III IV V VI VII

Lo

So

METODOS APROXIMADOS

Mtodo de Blight: Trayectoria de Filtracin

L = Lh + Lv

L C H

Mtodo de Lane Trayectoria de Filtracin

L = Lh/3 + Lv

Lc = L C H

MATERIAL C

Limo 8

Arena fina 6

Arena mediana 5

Arena gruesa 4

Grava fina 3,5

Grava gruesa 3

MATERIAL C

Limo 18

Arena fina 15

Arena mediana 13

Arena gruesa 12

Grava y arena 9

Bloques con arena 6 - 4

METODO APROXIMADO DE CHUGAEV

DISEO DE PRESAS EN SUELOS NO ROCOSOS

1.- delantal anclado; 2.- limo; 3.- recubrimiento de hormign; 4.- parte flexible del delantal; 5.- tablestacas del delantal y principal; tablestaca del zampeado; 7.- drenaje; 8.- losa del estanque 9.- losa del zampeado; 10.- reforzamiento flexible; 11.- enrocado; 12.- colchn de ramas; 13.- pozos de descarga; 14.- arena fina y media; 15.- marga; 16.- arena y limo.

TABLESTACA METLICA

CONDICIONES DE DISEO

1. Diseo de la cimentacin para la estabilidad del vertedero.

2. Diseo de los elementos para control y regulacin de la filtracin (diseo del contorno interior).

3. Elementos para la disipacin de la energa aguas abajo.

DISEO DE LA CIMENTACIN DEL VERTEDERO

El dimensionamiento de la cimentacin depende de las cargas actuantes, capacidad de soporte del suelo y las dimensiones necesarias para el paso de los caudales de diseo.

La base se dimensiona de tal manera que el coeficiente de desigualdad de esfuerzos sea:

Kd=max/ min

VERTEDERO O AZUD

DISEO DEL CONTORNO SUBTERRANEO ATIFILTRANTE

Longitud de la base de la presa (1,5a2,0)H.

Longitud del delantal (1,0 a 1,5)H, en algunos casos hasta 2,5H.

Longitud de la tablestaca principal (0,5 a 1,5)H, o el espesor necesario para alcanzar las capas impermeables poco profundas.

Los gradientes permitidos de presin son:

0,4; 0,33; 0,25 para arenas gruesas, medias y finas.

1,0 para suelos arcillosos y 0,5 para limos.

DELANTALES

Flexibles.- Elaborado con suelos poco permeables, kf 10-6 cm/s. Para presas pequeas se elaboran con suelos arcillosos o e coeficiente de filtracin menor en 50 veces el coeficiente de la cimentacin. El espesor se toma:

(H-hd)/Id

Id -gradiente permitida de 6 a 10 para arcillas y de 4 a 5 para limos. hd - carga de la subpresin bajo el delantal.

= 0,75 a 2 m. Rgidos.- Elaborados con hormign armado =0,4 a 0,7 m.

CONDICIONES AGUAS ABAJO

Velocidades recomendadas en el zampeado:

v = 2,5 a 3,0 m/s suelos arenosos.

v = 3,0 a 3,5 m/s suelos arcillosos.

v = 3,5 a 4,0 m/s suelos semirocosos.

Los caudales unitarios recomendados q=Q/b para presas pequeas son:

q = 30 a 45 m/(s.m) suelos arenosos.

q = 50 a 60 m/(s.m) suelos arcillosos.

Segn Novak (2001), b = 4,75Q1/2 , de donde q = 0,21Q1/2

LOSA DEL ZAMPEADO (ESTANQUE AMORTIGUADOR)

Se disea para la disipacin intensa de la energa y la recepcin de la accin dinmica del flujo vertido.

El coeficiente de velocidad Cv para el clculo del tirante al pie de presa, segn Novak (2001) es, Cv=1-0,0155(T-H)/H.

Longitud de la losa, lp = (1 a 1,25)ls,

ls=6(h2-h1).

Longitud de la losa con dados disipadores,

lp = (0,75 a 0,80)ls.

UBICACIN DE DISIPADORES DE ENERGIA

Para flujos donde Fr1 17 -Muro continuo a la distancia Ld = 0,8ls. -Muro dentado a la distancia Ld = 3h2 Para flujos donde Fr1 > 17 -Dados disipadores a la distancia Ld =(0,15-0,2)ls, de

altura hd h1 + 0,06Ld (esta misma altura es recomendable los casos anteriores). El ancho s de los dados se obtiene de la relacin 0,67 = s/(s+b). Donde b es el espacio entre dados.

La fuerza en cada dado se calcula con la formula: Nd = k Cp V/2g donde k = 1,1 a 1,3 Cp =0,5 a 0,8 (mayor coeficiente a mayor Fr = 17 a 50).

ESTANQUE AMORTIGUADOR PARA Fr=2,5 a 4,5 (BUREAU OF RECLAMATION)

ESTANQUE AMORTIGUADOR PARA Fr > 4,5 y V

ESTANQUE AMORTIGUADOR PARA Fr > 4,5 (BUREAU OF RECLAMATION)

CUENCO DISIPADOR TIPO SAF

ESTANQUE AMORTIGUADOR

FUENTE: VALLS MORN Y ESCUDER BUENO (2009)

DISEO DE LA LOSA DEL LECHO AMORTIGUADOR

B

DISEO DE LA LOSA DEL TANQUE AMORTIGUADOR

l distancia hasta los orificios de drenaje. l = lp, para losas sin orificios.

Kf coeficiente de seguridad a la flotacin.

Wp Carga hidrodinmica por fluctuacin de la velocidad en el resalto.

ZAMPEADO FLEXIBLE

Velocidad recomendada Vz 2,5 a 3,0 m/s, Caudal unitario en el zampeado qz (0,8 a 0,85) qp, Profundidad mnima

hz= qz/ Vz, Lz = (1 a 2)lp ; Lz = 0,4ho/n

qp Caudal unitario en el estanque (zampeado rgido)

lp Longitud del estanque n Coeficiente de rugosidad

PROFUNDIDAD DE SOCAVACION DEL POZO

MATERIAL Vp

Arena 0,4-0,7

Grava fina 0,7-1,3

Grava Gruesa 1,7-2,5

Segn Breusers

Segn Grishin

SUFUSIN MECANICA DE LOS SUELOS

Sufusin.- Es el proceso por el cual las partculas pequeas de los suelos son desprendidas de su superficie, en el transcurso del tiempo.

La tubificacin se produce en suelos con coeficiente de uniformidad alto (Istomina) .

d60/d10 > 10 => I per=0,3 a 0,4

d60/d10 > 10 a 20 =>Iper=0,20

d60/d10 > 20 => Iper=0,1

Para que no se produzca sifonamiento del suelo se debe cumplir:

DRENAJES TIPO FILTRO PARA PRESAS

CURVA GRANULOMTRICA

NOMBRE

USA Rusia Reino Unido

d (mm) d (mm) d (mm)

arcilla < 0,005 < 0,005 < 0,002

limo 0,005 - 0,075 0,005 - 0,05 0,002 - 0,06

arena 0,075 - 4,75 0,05 - 2,0 0,06 - 2,0

grava 4,75 - 76,2 2,0 - 40 2,0 - 60

guijarros > 76,2 40 - 100 60 - 600

boln 100-200

Pedrejn > 200 > 600

DISEO DE LAS CAPAS DEL FILTRO DRENAJE

Por tubificacin

Coeficiente de uniformidad

Por porosidad (las partculas de una capa no deben penetrar en los poros de la otra).

Para una porosidad de 0,25 a 0,39 suelo compactado

COMPOSICION GRANULOMETRICA DE LOS FILTROS

EJERCICIO

BIBLIOGRAFIA

Grishin, M. Slisskiy, S. Antipov, A. y otros (1979). Estructuras Hidrulicas. Mosc, Rusia. Ed. Escuela Superior.

United States Departament of Interior, (1982). Diseo de Presas Pequeas. Mxico, Mxico. Ed. Continental S.A.

Novak, P. Moffat, A. (2001). Estructuras Hidrulicas. Bogota, Colombia. Ed. McGraw-Hill.

Nedrigui B. (1983). Manual del Diseador de Estructuras Hidrulicas. Mosc Rusia. Ed. Stroyizdat.