separata diseÑo de presas-2012.doc

7/25/2019 SEPARATA DISEO DE PRESAS-2012.doc

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA HIDRAULICA

DISEO DE PRESASM. Cs. Ing. Jos Francisco Hua!n Vi"aurr#

Ca$aarca% S#&i#'r# "# ()*(

1


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*. TIPOS DE PRESAS% U+ICACI,N E INFORMACION NECESARIA

*.* CUPULA O +OVEDA EN CA-ADAS

Se han construido presas con arcos o cpulas delgadas en caadas donde la proporcinancho-altura es menos de 3, la roca es capaz de soportar altas presiones y es poco

probable que falle por deslizamientos.a presa en arco es cur!a en el plano horizontal mientras que la presa en b!eda escur!a en ambos planos, horizontal y !ertical" la seccin de la presa en cpula es m#sdelgada que la de la presa en arco. $ebido a lo delgada de su seccin la presintransmitida a los estribos es grande, por lo que los estribos deben ser reforzados.

*.( ARCO GRAVEDAD EN VALLES ANGOSTOS

os !alles angostos tienen un proporcin ancho-altura de 3 a %.as presas de arco grueso con un espesor menor que de una gra!itacional es apropiadaen un !alle angosto a condicin de fortalecer el suelo de fundacin para soportar

presiones comparadas con las secciones gra!itacionales.

&parentemente, el menor espesor y el cur!amiento de las presas de gra!edad rectasser#n utilizadas e'aminando el comportamiento de la cimentacin y duracin de losmateriales.

*./ GRAVEDAD% CONFINAMIENTO% ARCO MULTIPLE% TIERRA EN VALLESANCHOS

os !alles anchos tienen una proporcin ancho altura de % a (.as presas de gra!edad de concreto se emplazan donde la roca es casi superficial, talescomo las areniscas y calizas sedimentarias con gran resistencia tienen que soportar de )a 11 *g+cm.as presas de tierra han sido y siguen siendo las m#s apropiadas en muchos tipos desua!es y !ariables estratos sedimentarios.

*./ INFORMACION NECESARIA

*./.* U'icaci0n "# 1a 'o2ui11a 3 "#1 4aso. tilizando una carta geogrfica se ubica el e/e de la boquilla y el rea del espe/o

del !aso.*./.( G#o1og5a "# 1a 'o2ui11a 3 "#1 4aso. 0nforme elaborado por un gelogo acerca de las formaciones geolgicas, fallas,

napa fre#tica y estabilidad de los taludes tanto del !aso como de la boquilla.

*././ To6ogra75a "# 1a 'o2ui11a 3 "#1 4aso.

- 2lano topogrfico a cur!as de ni!el, cada 1. m, del !aso y de la boquilla 4hasta

3 m aguas aba/o del e/e5.- bicacin del e/e de la presa en el plano de la boquilla.


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*./.8 Hi"ro1og5a "#1 6ro3#c&o.- 0nformacin climatolgica6 7elocidad m'ima del !iento, e!aporacin diaria o

mensual, temperatura m'ima y m8nima.- 9audales de aporte de la cuenca al (:;4irrigacin5 y til, !olumen de super almacenamiento.

*./.9 M#c!nica "# su#1os 3 rocas "#1 aria1 "# 6r:s&ao. ?l estudio se hace en las canteras en un radio no mayor de : *m desde la boquilla.- 9lasificacin S9S.- 2ruebas tria'iales 44@o consolidadas no drenadas5, 949onsolidadas no drenadas5,

9$49onsolidadas drenadas55

- 2orosidad- 2eso espec8fico- 2ruebas de permeabilidad- Adulo de deformacin

*./.; M#c!nica "# su#1os 3 rocas "# 1a 'o2ui11a.- 9lasificacin S9S- 2ruebas tria'iales 4, 9, 9$5- 2orosidad- 2eso espec8fico- 2ruebas de permeabilidad- Adulo de deformacin

3


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II. PRESAS DE TIERRA

(.* DISE-O GEOMETRICO

(.*.* A1&ura "# 1a 6r#sa

0nicialmente, la altura de la presa se mide a partir del lecho del cauce en el e/e de laboquilla, tomando en cuenta los ni!eles caracter8sticos del embalse 4cota de deri!acin,ni!el m8nimo de operacin, ni!el de aguas m'imas ordinarias, ni!el de aguas m'imase'traordinarias5. 2ara mayor facilidad se utiliza la grfica de cur!as altura-!olumen y

altura-rea del !aso.

na !ez conocida la cota del @&AB, sobre Csta se incrementa el borde libre. &l fi/ar lamagnitud total del borde libre de una presa de tierra y enrocamiento han de tenerse encuenta el incremento del ni!el del embalse por m'imas a!enidas, el olea/e por !iento,los asentamientos progresi!os de la cortina, la pCrdida de altura por deslizamientos o

por rodamiento de part8culas del enrocamiento y el olea/e producido por los sismos.

blD hm E h! E hrE ha E hd 415$onde6

bl D borde libre, mhm D altura por marea

F

GerraplHn42resa5

Gorre de control

9onducto dedescarga

7ertedor

Ipida

$ren

9onduccin


5/41

D

FVhm


6/41

3:

+=H

B 4%5

$onde6M D ancho de la corona, mN D altura de la presa, m

(.*./ Ta1u"#s

?l perfil trans!ersal de una presa de tierra o enrocamiento se determina por losresultados que proporciona la e'periencia, basada en presas e'istentes y teniendo encuenta las otras que fallaron.

?l proceso puede ser6 dimensionado con arreglo a la e'periencia, comprobacin de laestabilidad de sus taludes por las modernas teor8as geotCcnicas, pre!io conocimiento delos materiales que la !an a constituir, y control cuidadoso en la puesta en obra para quese cumplan las condiciones m8nimas e'igidas en la comprobacin.

2resas de seccin homogCnea.- Nay materiales que pueden reunir en grado suficiente lasdos condiciones bsicas de estabilidad e impermeabilidad. ?l caso ms frecuente loconstituyen las mezclas bien proporcionadas de gra!as y arenas con elementos finosms o menos arcillosos 4(; - ; de arcilla5. os suelos de origen morrCnico son une/emplo t8pico.

0gualmente los limos y ciertos tipos de arcillas, aunque en estos casos se requierentaludes ms sua!es.

9&$IB @L .- 9aso de seccin homogCnea, con embalse de regulacin o almacenamiento, sin desembalse rpido.9ortina ubicada en cimentacin estable.

9lasificacin S9S Galud aguas arriba Galud aguas aba/oO9, OA, S9, SA .: 9, A 3 .:9N, AN 3.: .:

9&$IB @L 3.- 9aso de seccin homogCnea, con embalse de regulacin o almacenamiento, con desembalse rpido.9ortina ubicada en cimentacin estable.

9lasificacin S9S Galud aguas arriba Galud aguas aba/oO9, OA, S9, SA 3 9, A 3.: .:

9N, AN F .:

7aciado rpido.- Se considera !aciado rpido al descenso del ni!el de agua en elembalse a razn de 1 a 1: cm+d8a.

?n este caso, el incon!eniente en las presas homogCneas el talud de aguas arriba, por serpoco permeable, no descarga con facilidad las presiones intersticiales remanentes en un!aciado rpido y queda traba/ando en condiciones peligrosas.

2resas de seccin zonificada.- 2ara resol!er el incon!eniente sealado en las presashomogCneas y para apro!echar todos los materiales disponibles en la zona de la obra, es

con!eniente que las dos zonas e'teriores de la seccin sean suficiente permeables.

%


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9&$IB @L F.- 9aso de seccin zonificada, con ncleo m8nimo, embalse para cualquier propsito,su/eta adesembalse rpido no cr8tico. 9ortina ubicada en cimentacin estable.

9lasificacin S9S delmaterial e'terior

Aaterial del ncleo Galud aguas arriba4N675

Galud aguas aba/o4N675

@o es cr8tico" relleno de rocaOP, O2, SP 4gra!oso5 S24gra!oso5

@o es cr8tico, O9, OA,S9, SA, 9, A, 9N AN

61 61

9&$IB @L :.- 9aso de seccin zonificada, con ncleo m'imo, embalse para regulacin o almacenamiento,no,su/eta a desembalse rpido . 9ortina ubicada en cimentacin estable.





O9, OA 61 61S9, SA .:61 .:619, A .:61 .:619N, AN 361 3.1

9&$IB @L %.- 9aso de seccin zonificada, con ncleo m'imo, embalse para almacenamiento, su/eta adesembalse rpido . 9ortina ubicada en cimentacin estable.





O9, OA .:61 61S9, SA .:61 .:619, A 361 .:619N, AN 3.:61 361

(.*.8 +#ras o 'an2u#&as

Gienen por ob/eti!o reducir los efectos de erosin por las llu!ias del talud de aguasaba/o y en el talud de aguas arriba para sostener la proteccin de enrocado.

Son tiles para dar acceso a !eh8culos, maquinaria y personal tCcnico que realizan elmantenimiento del enrocado y los instrumentos de medicin colocados en el cuerpo dela presa.

2ueden tener de a % m de ancho y por lo menos debe colocarse una berma ba/o elni!el m8nimo de operacin.

(.*.9 Procci=n "#1 6ara#n&o

?l paramento de aguas arriba se protege desde el ni!el de la corona hasta el ni!elm8nimo de operacin. a proteccin es ms efecti!a con rocas durables, grandes yangulares colocadas sobre un filtro con!enientemente graduado. na regla emp8rica

para determinar el tamao de roca es la siguiente6

A D 13Ns3 4 ( 5

$onde6A D masaNs D altura significati!a de la onda, m

Ns D .3F J1+E .(% K .% J1+F 4


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J D fetch, *m

?l Mureau of Ieclamation ha encontrado que un espesor de 1. m del enrocamientocolocado al !olteo es generalmente ms econmico y satisfactorio para las presas altas4Q 3 m5. Se usan espesores menores en las presas ba/as.

(.*.; Maria1#s "# r#11#no

a5 2ara el ncleo.- os materiales deben tener permeabilidad ba/a 4 * R 1 -:cm+s5 yde forma ideal deben ser de plasticidad intermedia a alta para acomodar la deformacinsin arriesgar el agrietamiento. 7er Gabla .: y Gabla .% del &ne'o.

Se ha sugerido que el riesgo de agrietamiento interno se!ero debido a lasincompatibilidades de deformaciones en las interfaces dentro de la presa sea deimportancia cada !ez mayor para rellenos tCrreos, si la razn entre la sedimentacinm'ima despuHs de la construccin y N 9ot, donde N es la altura del relleno y es elngulo del talud, e'ceda en !alores entre .3 y .:. ?s decir6

:.3. yCotH

>

4)5

,

,Hmv =

415$onde6T D sedimentacin de consolidacin primariam! D coeficiente de compresibilidad, m+*@U D peso espec8fico del relleno, *@+m3

N D altura de la presa, m

?l ancho de la base del ncleo es, en general entre y F; de la altura del relleno. ?npresas R 3 m de altura, un ncleo con ancho del :; puede ser insuficiente.

os suelos ms apropiados para ncleo de presas tienen contenido de arcilla de ms de: K 3 ;" aunque tambiCn pueden utilizarse arenas arcillosas y limos.

b5 2ara los espaldones.- os suelos utilizados deben tener una resistencia al corte bastantegrande para permitir una construccin econmica de taludes estables. ?s probable queel relleno tenga una permeabilidad relati!amente alta para ayudar a la disipacin de lapresin del agua en los poros. as zonas de los espaldones deben ser de materialprogresi!amente ms grueso a medida que se apro'iman a las caras de los paramentos.

c5 2ara los filtros.- ?l material debe estar limpio, permitir el drena/e libre y no serpropenso a degradacin qu8mica. as gra!as naturales finas procesadas, rocas trituradasy arenas gruesas o medias son apropiadas, y se emplean con la secuencia y gradacindeterminada por la naturaleza del ncleo y+o los rellenos de los espaldones adyacentes.?l costo de los materiales procesados de filtro es relati!amente alto. a permeabilidaddel filtro debe ser, como m8nimo, unas !eces superior a la del suelo a proteger yme/or : ms.

d5 2ara los drenes.- &dems de los materiales indicados para los filtros, se utilizan gra!asgruesas, rocas, tubos perforados.

Jig. @L 1.- 2resa homogCnea con dren chimenea

n la direccin de aquel con respecto a la !ertical.

?n un dominio de flu/o homogCneo, las part8culas localizadas sobre la superficie de salida delflu/o se encuentran ms e'puestas al arrastre por las fuerzas de filtracin. As a>n, ciertasirregularidades, como una pequea ca!idad en la cara de salida, crean concentraciones de flu/o

que aumentan la tendencia a dicho arrastre. n proceso de erosin iniciado en el lado de aguasdeba/o de una presa 4sobre el talud o en la cimentacin5 puede progresar de esta manera hacia elembalse en la forma de un ducto tubo 4fenmeno de tubificacin5.

os estudios sobre presas tubificadas han demostrado que la propiedad ms importante de unmaterial en cuanto a su resistencia a la tubificacin es el 8ndice de plasticidad.

?l factor de seguridad 4JS5 tubcontra la tubificacin en cada Zcuadrado[ de la red de flu/o estdado por6

514

154

eF" st#b

+

=

4


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$onde64JS5tubD factor de seguridad contra la tubificacin, adimensional UsD gra!edad espec8fica de las part8culas minerales del material 4.%: a .(:5, adimensional e D 8ndice de !ac8os del material, adimensional

Se acepta generalmente que 4JS5tubsea mayor igual que :.

os estudios sobre presas tubificadas han demostrado que en los suelos e'iste un ampl8simomargen de susceptibilidad al fenmeno" las propiedades de los suelos, especialmente laplasticidad de sus finos e/ercen gran influencia, incluso mayor que la compactacin.

9&$IB @L


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Jig. @L 1%.- bicacin de un filtro

n filtro de/a pasar el agua sin la!ado de los finos de la presa. Su funcin es darle estabilidad alncleo. os filtros no solo impiden la transmigracin de finos, sino que act>an de formainducida sobre el ncleo y zonas de finos haciendo que se cierren las fisuras que se forman enlas zonas con materiales cohesi!os finos.

os filtros deben colocarse en toda zona en la que se encuentren en contacto materiales degranulometr8a muy diferentes y haya riesgo de paso de finos de uno a otro. os filtros que sonatra!esados por l8neas de corriente con componentes que tienden a fa!orecer la migracin definos, se llaman cr8ticos, porque su fallo repercute directamente en la estabilidad de la presa. Seconsidera cr8tico el que est aguas aba/o del ncleo.

a permeabilidad del filtro debe ser, como m8nimo, unas !eces superior a la del suelo aproteger.

(.(.B Noras 6ara #1 6ro3#c&o "# 7i1&ros

?l par#metro ms significati!o es el di#metro $1: de las part8culas del filtro que son iguales o

menores que el 1:; del total. Btro par#metro es el di#metro d


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Jig. @L 1(.- 2armetros filtro - suelo

OI2B 1 6 &rcillas y limos finos.Son los suelos base que tienen ms del


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2ara los grupos 3 yF se aplican a suelos con una cur!a de distribucin razonablementegraduada" cuando Csta presenta fuertes discontinuidades, es aconse/able dimensionar el filtropara la porcin ms fina de la cur!a, o bien hacer ensayos directos en laboratorio.

' Ca6aci"a" "# "r#na$# "#1 7i1&ro@$ebe cumplirse lo siguiente6* filtro : a 1 !eces * suelo 43F5$ 1:filtro : d1: suelo 43:5

(.(. Es&a'i1i"a" inrna "#1 7i1&ro

Se hace la siguiente prueba"- Se elige un di#metro $' al que corresponde '; de elementos ms finos que Cl.- $i!idir la cur!a de distribucin granulomCtrica del material en dos partes arbitrarias y

tratarlas cono si la ms fina 4J5 fuera un suelo base y la ms gruesa 4O5 un filtro.- 9alcular el coeficiente de estabilidad interna 40I5, mediante la siguiente e'presin6

:54


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Jig. @L 1).- Jiltro horizontal

,+1

,`54

F

+= f

fltro

hk

qd

43(5

$onde6d D espesor m8nimo del filtro,m

q D caudal de filtracin por unidad de ancho, m3+s+m D longitud de corriente en el interior del filtro,m*filtroD conducti!idad hidrulica del material del filtro, m+shf D pCrdida de carga en el filtro,m

Se puede asumir hf D para estimar el !alor de Zd[.

Jig. @L .- Jiltro inclinado

senk

qd

fltro

=1 43


25/41

( )

=

,3

1


26/41

9uando en una o ms superficies cont8nuas de un terraplHn y+o de su cimentacin el !alor mediode los esfuerzos cortantes iguala a la resistencia media disponible, ocurre lo que se denomina undeslizamiento o una falla por cortante.

a resistencia al corte de un suelo se cuantifica de ordinario mediante dos par#metros6a5 a cohesin, c, resulta esencialmente de las fuerzas elCctricas comple/as que entrelazan

las part8culas del tamao de las arcillas.

b5 ?l ngulo de resistencia al corte,

, que se desarrolla por la resistencia a la friccin

entre las part=culas y su entramado.

as pruebas tria'iales y el c8rculo de Aohr permiten relacionar el esfuerzo cortante, , elesfuerzo normal, ], y el ngulo formado por el plano de falla con la horizontal, W.

Jig. @L 1. ?sfuerzos de un ensayo tria'ial

( ) ( ) ,,

1

,

13131 Cos++= 4F5

( ) ,,

131 "en=

4F15

Jig. @L . 98rculo de Aohr

%

]1D ]

3EX]

]3

]3

]

W

] D ?sfuerzo normal al planode falla.

D ?sfuerzo cortante.]

3 D 2resin de confinamiento

o presin de cmara.]

1, ]

3 D ?sfuerzos principales

obser!ados. WD &ngulo del plano de falla

con la horizontal.

]

]3

W

]1

X]D ]1K ]

3


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a resistencia al corte de un suelo en un punto sobre un plano de falla, en particular, se puedee'presar utilizando el criterio de Aohr-9oulomb.

Jig. @L 3. =nea de ruptura de un material dado

(anc += 4F5

$onde6 D resistencia al corte en la falla.

c,

D par#metros de resistencia al corte 4cohesin y ngulo de friccin interna5.

] D esfuerzo normal en la falla.

In71u#ncia "#1 agua #n 1os 4ac5os@a presin de agua en los poros que es positi!a por deba/odel ni!el fretico disminuye la presin de contacto entre las part8culas y el esfuerzointergranular 4esfuerzo efecti!o D ]5 que se transmite a tra!Cs de las part8culas de suelo, el cuales menor que el esfuerzo total, ], en una cantidad equi!alente a la presin de agua en los poros,uj" es decir, la presin o el esfuerzo efecti!o est dado por6

] D ] K uj k ]1 D ]1K uj " ]3 D ]3K uj 4F35$onde6], ]1 , ]3 D esfuerzos efecti!os.] , ]1 , ]3 D esfuerzos totales.uj D presin de poros.

2or e/emplo, un aumento del esfuerzo efecti!o producir un rea/uste de las part8culas de suelopasando a una agrupacin ms compacta" sin embargo, un aumento anlogo del esfuerzo total ode la presin intersticial, manteniendo constante el esfuerzo efecti!o producir un efecto escasoo nulo sobre la compacidad de las part8culas.

a resistencia al esfuerzo cortante en tCrminos de esfuerzos efecti!os puede determinarse con lae'presin6

``` (anc += 4FF5

La co6ac&aci=nes el proceso de densificacin debido a la e'pulsin de aire del espacio !ac8odel suelo, aumenta la resistencia m'ima de los suelos. a en!ol!ente de falla para sueloscompactadas suele ser cur!a pero, a efectos prcticos, la resistencia m'ima puede e'presarsepor una relacin lineal.

(

c

8nea de ruptura 4en!ol!ente de esfuerzo5

]


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Jig. @L F. ?n!ol!entes de esfuerzos totales y efecti!os de un material dado

Conso1i"aci0n6 a compresin o disminucin del !olumen de un suelo de grano finosaturado debido a la aplicacin de esfuerzos o cargas se debe, casi en su totalidad a lae'pulsin de la presin de agua en los poros, a medida que se disipa el e'ceso de la

presin de agua en los poros. ?ste proceso hidrodinmico se denomina consolidacin yes rele!ante, en su mayor parte en las arcillas en donde el proceso de cambio de!olumen es en comparacin lento por sus permeabilidades muy ba/as.

Se dice que un suelo est normalmente consolidaddo, si nunca han actuado en Cl presiones!erticales mayores que las e'istentes en la actualidad. 2or otra parte, un suelo preconsolidado osobreconsolidado, en alguna Cpoca de su historia estu!o su/eto a presiones !erticales mayoresque las que ahora estn en acti!idad.

as arenas y gra!as con *Q 1 -Fcm+s propician suficiente drena/e como para eliminar el e'cesode presin de poros debido a la aplicacin de las cargas. 2or lo tanto, la resistencia el esfuerzocortante puede determinarse por la ecuacin6

`` (an=

4F:5

2ara arena compacta y si 1-3 * 1-Fcm+s, el ngulo`se obtiene de pruebas drenadas,

lentas.?n suelos finos se pueden realizar pruebas lentas o rpidas, teniendo en cuenta si el suelo

saturado es normalmente consolidado o preconsolidado y adems si hay o no disipacin de lapresin de poros.

a condicin

D 4condiciones no drenadas5 es una !ariante de una prueba rpida en la que

la l8nea de falla en tCrmino de esfuerzos totales es una horizontal.

( )31,

1 == c

4F%5

n la fig. @L


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Jig. @L %. 0nestabilidad6 Superficies real e ideal de falla por corte en una presa.

Jig. @L (. 2osicin de los c8rculos de rotura en una presa.

?n el caso de un c8rculo de rotura en equilibrio l8mite, la ecuacin de los momentos alrededordel centro del c8rculo de rotura se e'presa por6

( )= d)Mx*x* o,,11

4F


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( )= d)MFx*x* o

1,,11

4F)5?l coeficiente ZJ[ se llama factor de seguridad. ?s inferior a 1 para un c8rculo inestable, igual a

1 para un c8rculo en equilibrio l8mite y superior a 1 para un c8rculo estable. ?s decir6

eq#lbroelparanecesaro+encalEsf#er,o

resstentetecorodsponblecortealsstencaF

tan

tanIe=

2ara un talud del mismo material, el factor de seguridad en un punto es6

tan+=

cF

4:5

$e donde FFc

tan+=

4:15

?ste factor de seguridad debe calcularse para la superficie ms cr8tica a tra!Cs del talud. oserrores en el cculo de estabilidad radican principalmente en la dif=cil determinacin de laresistencia al corte.

Jig. @L


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Jig. @L ). Juerzas en una do!ela.

?n este mCtodo, el factor de seguridad ZJ[ se define en funcin de los momentos respecto alcentro del arco deslizante.

motormomentoodesl,antemasaladepesodelMomento

falladeerfceladeolloasresstentef#er,aslasdeMomentoF

suparg=

Juerza debida a la presin de poros6 iD ujiiJuerza actuante, paralela al plano de corte6 PiSeniJuerza actuante, normal al plano de corte6 Pi9osiK uji iJuerza resistente al corte 6 Gi D ii

(anc +=

*

#Cos-

=

4:5

3.3.1 A?GB$B $? J??@0S

?n este mHtodo se supone que las fuerzas que act>an sobre las caras de la do!ela tienen unaresultante nula en la direccin normal al plano de deslizamiento de esa do!ela..

Aomento motor 6 r Pi Seni

Aomento resistente6 r Gi D r 4ciE ]iGan

5 i

3

i

bi

7i 7i-1

?i?i-

1

Pi

i

Gi

4@i-i5i

i

i

r

ongitud de

arco i

$o!elas

Superficie defalla


33/41

?l Jactor de Seguridad6

( )

=

=

+

= n

n

"en-r

(ancr

F

1

1

4:353.3. A?GB$B $? M0SNB2 47?IS0B@ S0A20J09&$&5

?n este mHtodo se supone que ls fuerzas que act>an sobre las caras laterales de una do!elacualquiera tienen una resultante nula en direccin !ertical.$ebe utilizarse un !alor del factor de seguridad ZJ[ para e'presar las fuerzas tangenciales G i6

( )

(anF

.N

F

c(

+=

4:F52or equilibrio de fuerzas !erticales6

PiD 4@iK i5 9osiE i9osiE GiSeni 4::5

Ieemplazando la e'presin 4:F5 en la 4::5 se obtiene6

( ) ( )

"enF

(an.N

F

cCos.Cos.N(

+++=

4:%5Naciendo6

*

#.

"ecb

==

?l factor de seguridad6

( )[ ]

=

=

++

=n

n

*

"en-

F

(an(an

"ec(anb#-bc

F

1

1 1

4:(53.F $?G?IA0@&90B@ $? 90I9B 9I0G09B

33


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?n la seccin trans!ersal del talud considerado se traza el centro de cada c8rculo estudiado y sedetermina el factor de seguridad. a interseccin de cada malla es un centro de cada c8rculo defalla que le corresponde un factor de seguridad ZJ[.

Jig. @L 3.- Jactor de seguridad de un talud.

2or interpolacin entre dos centros cualesquiera, se pueden trazar los lugares de los centros dec8rculo que tenga el mismo factor de seguridad. Se admite sin demostracin la propiedad quetiene el lugar de los centros de los c8rculos de factor J1dado, de ser cnca!o, y comprendido enel interior del lugar de los centros de c8rculo de factor J 3Q JQ J1. ?sta propiedad facilita ladeterminacin del centro del c8rculo cr8tico, de factor de seguridad m8nima Jmin.

3.: 9B@$090B@?S $? ?SG&M00$&$

Oeneralmente, la estabilidad de una presa pasa por cuatro estados cr8ticos en los cuales debe!erificarse que el diseo contra deslizamientos es adecuado.

3.:.1 & 9BIGB 2&B 4$I&@G? & 9B@SGI990B@ B 0@A?$0&G&A?@G?$?S2?S $? ?&5

$urante el proceso de construccin de una presa, las porciones poco permeables de lacimentacin y del terraplHn sufren, por una parte, aumentos sostenidos de esfuerzo cortante y,

por otra, incrementos de resistencia. os incrementos de resistencia se deben a que, por no estarel suelo totalmente saturado, parte de los incrementos de esfuerzo se transformaninstant#neamente en esfuerzos efecti!os y a que las presiones de poro se disipanprogresi!amente. as !ariaciones de esfuerzo actuante y resistencia son tales que, generalmenteel factor de seguridad de la cortina contra deslizamiento disminuye al progresar la construccin.&l final de esta, el factor de seguridad es tanto menor cuanto mayor haya sido el grado desaturacin del suelo compactado y cuanto menor haya sido la rapidez de disipacin de la presinde poro en las zonas cr8ticas.

?s usual analizar la estabilidad de esta condicin en tCrminos de #s7u#r>os &o&a1#ssuponiendodisipacin nula de presin de poro 4 esto es, tomando la resistencia no consolidada nodrenada6 de especimenes con esfuerzos confinantes y con caracter8sticas seme/antes a las del

suelo compactado in situ5, o consolidadas no drenadas 495, o bien en tCrminos de #s7u#r>os#7#c&i4oscon las presiones de poros resultantes de mediciones en la propia cortina.

3F

Jmin

J3

J

J1

98rculo cr8tico

r


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3.:. & &IOB 2&B ?AM&S? ?@B

&l llenarse el embalse, los esfuerzos actuantes en la cortina aumentan y el desarrollo del flu/o deagua hace incrementar paulatinamente las presiones de poro en zonas pr'imas a la base de lacortina hasta hacerlas m'imas cuando se alcanza la condicin de flu/o establecido. 2or tanto,el factor de seguridad llega a un m8nimo en la condicin de traba/o a largo plazo. o mscon!eniente en este caso es hacer el an#lisis de estabilidad en tCrminos de #s7u#r>os #7#c&i4osapartir de la resistencia de pruebas consolidadas drenadas 49 $5 de especimenes representati!os.?n este caso la presin uji en el prototipo es la debida solo a condiciones de flu/o establecido yse puede estimar con la red de flu/o.

a diferencia entre el mCtodo de esfuerzos efecti!os y el de esfuerzos totales radica,e'clusi!amente, en el hecho de que en el primero el componente transitorio 4o inducido5 de lapresin de poro se toma en cuenta e'pl=citamente, en tanto que en el segundo no se haceestimacin alguna de dicho componente porque se encuentra impl8cito en el !alor de laresistencia no drenada que se usa. 2uede concluirse que6

a5 ?l mCtodo de #s7u#r>os &o&a1#s tiene la !enta/a de ser ms directo por cuanto norequiere medir la presin de poro inducida y, por tanto, elimina los erroresinstrumentales asociados a dicha medicin.

b5 ?l mCtodo de #s7u#r>os #7#c&i4os es ms til para fines de control, pues permite!erificar la estabilidad en cualquier etapa de la construccin de la presa mediantemediciones de presin de poro en el prototipo.

c5 &mbos mCtodos pueden considerarse igualmente !lidos y la eleccin entre uno y otrosolo puede basarse en la sencillez de aplicacin a cada caso.

3.:.3 $I&@G? 7&90&$B I&20$B

$espuHs de cierto tiempo de operacin de la presa, la cortina ha sido infiltrada y ha alcanzado

condiciones de flu/o establecido hacia aguas aba/o. Si en esas condiciones ocurre un descensorpido del ni!el del embalse, el talud de aguas arriba ser sometido a un aumento de las fuerzasque tienden a producir inestabilidad 4principalmente por la desaparicin del empu/e del agua enuna porcin del paramento mo/ado5 y, en ciertos casos, a incrementos de presin de poro en laszonas impermeables de la cortina. &s8, el factor de seguridad del talud de aguas arriba presentaun !alor m8nimo durante !aciado rpido.

?s necesario entender lo que se denomina el Z!aciado rpido[ de una presa de tierra" para estono es preciso que ocurra un descenso total del ni!el de embalse en un lapso de minutos, ni a>nde horas o dias" el estado de esfuerzos correspondiente a la condicin de Z!aciado rpido[ puedepresentarse si el ni!el del embalse ba/a una cantidad considerable en el tCrmino de unas semanaso unos pocos meses" realmente basta, para tener !aciado rpido, que el agua descienda ms

aprisa que lo que se disipan los e'cesos de presin neutral en el cuerpo de la presa, originadosprecisamente por dicho abatimiento.

$espuHs del !aciado rpido, las fuerzas de peso son del mismo orden que las que act>an al finaldel per8odo de construccin" la >nica diferencia se tiene en el pequeo aumento del pesoespec8fico del suelo debido a un grado de saturacin mayor. o que hace que el !aciado rpidosea una condicin especial son las altas presiones neutrales que e'isten dentro del talud de aguasarriba.

2ara conocer las presiones neutrales con !ista de aplicar el criterio de esfuerzos efecti!os, seutiliza el estudio de la red de flu/o que se establece durante !aciado rpido.

3:


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a e'periencia muestra que los deslizamientos ms importantes ocurrieron con !aciados queabarcaron desde el m'imo ni!el del agua, hasta una altura del orden de la mitad de la presa yque tu!ieron !elocidades del orden de 3 cm+d8a.

3.:.F & J0@& $? & 9B@SGI990B@ M&B ?90G&90@ S0SA09&

$urante un sismo, a las fuerzas actuantes permanentes se suman fuerzas de inercia alternadasdebidas a la respuesta dinmica de la cortina. ?sta !ariacin de esfuerzos a su !ez inducecambios de presin de poro y de resistencia en los suelos. os resultados netos son !ariacionestransitorias del factor de seguridad en uno y otro sentido. $ebido a que el per8odo durante elcual dismiuye el factor de seguridad es muy pequeo 4mucho menor que el necesario para darlugar a un deslizamiento como los que ocurren ba/o carga esttica5 dicho factor de seguridadpuede alcanzar transitoriamente !alores a>n menores que la unidad sin que necesariamenteresulte una falla por cortante. &s8 pues, el concepto con!encional de factor de seguridad pierdesu significado en este caso y el diseo contra deslizamiento ba/o sismo debe hacerse en tCrminosde las distorsiones de la cortina resultante de la acumulacin de pequeos desplazamientos encada ciclo de fuerzas inerciales.

?l deslizamiento seg>n una superficie circular, de acuerdo al mCtodo seudo esttico , suponen almaterial r8gido K plstico" es decir, se considera un material indeformable a cualquier esfuerzopor aba/o del ni!el de falla. ?n realidad se usan los mismos mCtodos estticos comunes, perohaciendo inter!enir en ellos a los efectos dinmicos representados por fuerzas.

Jig. @L 31- Juerzas en una do!ela incluido el efecto s8smico.

?l momento actuante o momento motor, incluido el efecto s8smico, para determinar el factor deseguridad contra el deslizamiento, queda e'presado por6

3%

i

bi

7i 7i-1

?i?i-

1

Pi

i

Gi

4@i-i5i

i

i

r

ongitud de

arco i

9.O2i

di

&celeracin m'ima causada por el sismo D & g&6 9oeficiente s8smico.& D .1 a .g6 &celeracin de la gra!edad.

2i D & Pi2i6 Juerza dinmica causada por el sismo,paralela al plano de falla, actuante en el centro degra!edad 49.O.5 de la do!ela.PiD 2eso de la do!ela.

di D Mrazo de palanca de la fuerza 2i.


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:L.- a base de cada rebanada debe desarrollarse en una sola clase de material.

2?SB $? & $B7?& 2I?S0B@ $? 2BIBS ?@ S M&S? $? &2BB

Gomando una rebanada del cuerpo de la presa, puede estar conformada por los siguientesmateriales6

415 ?nrocado, hmedo45 Ora!a-arena, hmedas435 &rcilla o suelo arcilloso, hmedo

4F5 &rcilla o suelo arcillosos, saturado

Jig. @ 3- 2resin de poros en la base de una do!ela

?l peso de la do!ela D 2eso material 415 E 2eso material 45 E 2eso material 435 E 2eso material4F5

2eso do!ela D P1 EP EP3 E PF

a presin de poros en la base de la do!ela est# dada por jD hP Ppara 71u$o #s&a'1#ci"o"

para el caso de 7ina1 "# 1a cons&rucci0nes j D u hO O" donde ues la relacin de presinde poros que !ar=a de .1 4granulares5 a .3 4arcillas5" O es el peso espec=fico del materialcompactado, hmedo" hO es la altura del material.

3

separata diseÑo de presas-2012.doc

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