UAP UNIVERIDAD ALAS
FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE
PERUANAS
INGENIERIA CIVIL
PRESAS DE ENROCADO CON PANTALLA DE CONCRETO Integrantes: Huallpataype Carpio Luz Carmen-2015161592
Escalante Sallo Franklin Huaman Huamán Marcos Cristian Laura Ccorimanya Brener Haynor Yanqui Amanqui Miguel Angel Tinajeros jesenia Masmsms Fffffff Ffffffff Fffffff fffffff
DOCENTE Ing. Ivan Mamani Alarcon
CUSCO-PERU 2017
INTRODUCCION Las presas de enrocado son las obras civiles más antiguas desde el punto de vista histórico y son relativamente económicas ya que en su construcción se emplean los suelos naturales existentes en la zona o con un mínimo de procesamiento. Las más exitosas ex itosas utilizan materiales como grava, arena, limo, polvo de roca y arcilla. Este tipo de presa fue la más utilizada en la antigüedad. En los siglos XIX y XX han tenido uso bastante difundido debido al rápido desarrollo de la técnica para trabajos con tierra y roca, y por la gran variedad de esquemas constructivos que permite utilizar prácticamente cualquier suelo que se encuentre en la zona, desde materiales de grano fino hasta suelos rocosos previamente fracturados. En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera artificial que se construye en algunos ríos para embalsarlos y retener su caudal. Su construcción se realiza generalmente en la cuenca de los ríos con múltiples finalidades, entre las que destacan: abastecimiento de agua a poblaciones, regulación general de la corriente de agua o río, aprovechamiento industrial de su energía, hacer navegables ciertos canales o tramos de río y para controlar los daños producidos por las riadas e inundaciones, entre otros. Para el cálculo de la estabilidad que no es más que el estudio contra falla o deslizamiento, se deben utilizar adecuados factores de seguridad, que permitan obtener un diseño correcto; el cual va a depender de los diferentes métodos aplicados, por eso es necesario el análisis de las ventajas y desventajas que presentan las presas de tierras. Cualquier tipo de presa debe ofrecer condiciones de seguridad durante la construcción y en el transcurso de su operación. Para ello, es importante que exista una buena coordinación entre el diseño y la construcción para asegurar que se hagan las correcciones necesarias de manera que las obras se ajusten lo mejor posible a las condiciones reales de campo.
En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada de piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo. Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para elevar su nivel con el objetivo de derivarla, mediante canalizaciones de riego, para su aprovechamiento en abastecimiento o regadío, eliminación de avenidas (evitar inundaciones aguas abajo de la presa) o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética y esta nuevamente en mecánica y que así se accione un elemento móvil con la fuerza del agua. La energía mecánica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.
OBJETIVOS. OBJETIVO GENERAL. El objetivo primordial es el de analizar las condiciones de estabilidad de las presas de enrocamiento y definir los parámetros mecánicos de los materiales a utilizar en la construcción de estas obras y a partir de ello estimar su futuro comportamiento ante las condiciones de esfuerzos a las que serán expuestas durante su vida útil.
OBJETIVOS ESPECIFICOS. En la construcción de Presas de enrocados, se debe cumplir con los siguientes objetivos, en una forma concisa y clara, presentar la metodología que abarca, desde el estudio de los materiales de construcción hasta la etapa de construcción, de acu erdo con los nuevos avances de la mecánica de suelos y tomando en cuenta la técnica desarrollada en nuestro país en esta materia. En este trabajo se abordan los principios generales de diseño y construcción de presas de enrocamiento, escrito a un nivel que permita a los estudiantes de ingeniería, que no están suficientemente familiarizados profundicen en este estudio. Es de importancia este trabajo debido a que existen muy pocas publicaciones sobre este tema, este trabajo servirá a los alumnos de ingeniería civil, con datos precisos para la materia de Obras Hidráulicas.
CAPITULO I. GENERALIDADES SOBRE LAS PRESAS. En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo con la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética, y ésta nuevamente en mecánica al accionar la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.
Partes que conforman la presa:
Figure 1PARTES DE UNA PRESA
Corona: Parte superior de la estructura, generalmente revestida para prevenir el secado del corazón impermeable y proporcionar una vía para el tránsito de vehículos.
Altura: Diferencia entre las elevaciones de la corona y el punto más bajo de La cimentación.
Bordo libre: Distancia vertical entre el nivel de la corona y el de las aguas máximo extraordinarias (NAME); este último se alcanza cuando el vertedor trabaja a su capacidad límite de descarga. El bordo libre debe de proteger a una presa, con cierto
margen de seguridad, de los efectos del oleaje generado por el viento o sismos y tomar en cuenta el asentamiento máximo de la corona.
Namo: Nivel de aguas máximas ordinarias. Coincide con la elevación de la cresta del vertedor en el caso de una estructura que derrama libremente; si se tienen compuertas, es el nivel superior de estas.
Taludes exteriores: Están relacionados a la clasificación de suelos que se va a usar en la construcción, especialmente suelos impermeables. El talud elegido es estrictamente conservador, y dependen del tipo de cortina y de la naturaleza de los materiales.
Núcleo impermeable: Pantalla impermeable de la cortina construida consuelo compactado este núcleo puede estar al centro y ser vertical o inclinado, o bien, localizado próximo al paramento de aguas arriba. Dichas alternativas van a depender de los materiales del lugar.
Respaldos: Partes de la cortina construidas con materiales permeables (enroca miento, gravas o arenas), o bien, suelos limosos o arcillosos colocados aguas abajo pero confinados por filtros.
Filtros: Elementos de la sección formados con arena limpia, bien graduada, destinados a colectar las filtraciones a través del núcleo y protegerlo de una posible erosión interna; puede requerirse un filtro vertical al centro, unido a otro en la base, aguas abajo: cuando el respaldo de aguas arriba debe de construirse con un material de permeabilidad relativamente baja, suelen intercalarse capas filtrantes horizontales.
Protecciones: Para evitar la erosión causada por oleaje por el talud de aguas arriba o por lluvias en el de aguas abajo, los paramentos respectivos se forman con materiales capaces de resistir dicha acción. Aguas arriba es conv eniente usar una capa de enroca miento, pero la carencia de las rocas en el lugar puede ob ligar el uso de losas de suelo cemento, concreto o de recubrimientos asfálticos. Aguas abajo es frecuente cubrir con una capa de suelo y césped.
Tipos de presas: Los diferentes tipos de presas responden a las diversas posibilidades de cumplir la doble exigencia de resistir el empuje del agua y evacuarla cuando sea preciso. En cada caso, las características del terreno y los usos que se le quiera dar al agua, condicionan la elección del tipo de presa más adecuado. Existen numerosos tipos, comenzando con que pu ede hablarse de presas fijas o móviles, pero primero debemos clasificarlas en dos grandes grupos según su estructura y según los materiales empleados en su construcción. Aunque existen cuatro tipos fundamentales de presas:
De gravedad (de hormigón rodillado o convencional) De contrafuertes De arco‐bóveda De escollera (de tierra o de roca), y también llamadas de materiales sueltos (estas son todas de gravedad). Presa hinchable
Según su estructura:
Presas de gravedad: son todas aquellas en las que su propio peso es el encargado de resistir el empuje del agua. El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que éste debe ser muy estable capaz de resistir, el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor m antenimiento requieren.
Dentro de las presas de gravedad se puede tener:
Escollera ‐ Tierra homogénea, tierra zonificada, CFRD (grava con losa de hormigón), de roca. De hormigón ‐ tipo RCC (hormigón rodillado) y hormigón convencional. Su estructura recuerda a la de un triángulo isósceles ya que su base es ancha y se va estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado que da al embalse es casi de posición vertical. La razón por la que existe una diferencia notable en el grosor del muro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que la presión en el fondo del embalse es mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendrá que soportar más fuerza en el lecho del cauce que en la superficie. La inclinación sobre la cara aguas arriba hace que el peso del agua sobre la presa incremente su estabilidad.
Presas de bóveda o presas en arco: son todas aquellas en las que su propia forma es la encargada de resistir el empuje del agua. Debido a que la presión se transfiere en forma muy concentrada hacia las laderas de la cerrada, se requiere qu e ésta sea de roca muy dura y resistente. Constituyen las represas más innovadoras en cuanto al diseño y que menor cantidad de hormigón se necesita para su construcción. Cuando la presa tiene curvatura en el plano vertical y en el plano horizontal, también se denomina de bóveda. Para lograr sus complejas formas se construyen con hormigón y requieren gran habilidad y experiencia de sus constructores que deben recurrir a
Según su material: Presas de hormigón: son las más utilizadas en los países desarrollados ya que con éste material se pueden elaborar construcciones más estables y duraderas; debido a que su cálculo es del todo fiable frente a las producidas en otros materiales. Normalmente, todas las presas de tipo gravedad, arco y contrafuerte están hechas de este material.
Algunas presas pequeñas y las más antiguas son de ladrillo, de sillería y de mampostería.
Presas de materiales sueltos: son las más utilizadas en los países subdesarrollados ya que son menos costosas y suponen el 77% de las que podemos encontrar en todo el planeta. Son aquellas que consisten en un relleno de tierras, que aportan la resistencia necesaria para contrarrestar el empuje de las aguas. Los materiales más utilizados en su construcción son piedras, gravas, arenas, limos y arcillas aunque dentro de todos estos los que más destacan son las piedras y las gravas. Este tipo de presas tienen componentes muy permeables, por lo que es necesario añadirles un elemento impermeabilizante. Además, estas estructuras resisten siempre por gravedad, pues la débil cohesión de sus materiales no les permite transmitir los empujes del agua al terreno. Este elemento puede ser arcilla (en cuyo caso siempre se ubica en el corazón del relleno) o bien una pantalla de hormigón, la cual se puede construir también en el centro del relleno o bien aguas arriba. Estas presas tienen el inconveniente de que si son rebasadas por las aguas en una crecida, corren el peligro de desmoronarse y arruinarse.
Presas de Enrocamiento con Cara de Hormigón (o Concreto): Este tipo de cortinas en ocasiones es clasificada entre las de materiales sueltos; por su forma de ejecución y su trabajo estructural son diferentes. El elemento de retención del agua es una cortina formada con fragmentos de roca de varios tamaños, que soportan en el lado del embalse una cara de hormigón la cual es el elemento impermeable. La pantalla o cara está apoyada en el contacto con la cimentación por un elemento de transición llamado plinto, que soporta a las losas de hormigón. Este tipo de estructura fue muy utilizada entre 1940 a 1950 en cortinas de alturas intermedias y cayó en desuso hasta finales del siglo XX en que fue retomado por los diseñadores y constructores al disponer de mejores métodos de realización y equipos de construcción eficientes.
Según su aplicación: Presas filtrantes o diques de retención: son aquellas que tienen la función de retener sólidos, desde material fino, hasta rocas de gran tamaño, transportadas por torrentes en áreas montañosas, permitiendo sin embargo el p aso del agua.
Presas de control de avenidas: son aquellas cuya finalidad es la de laminar el caudal de las avenidas torrenciales, con el fin de que no se cause daño a los terrenos situados aguas abajo de la presa en casos de fuerte tormenta.
Presas de derivación: El objetivo principal de estas es elevar la cota del agua para hacer factible su derivación, controlando la sedimentación del cauce de forma que no se obstruyan las bocatomas de derivación. Este tipo de presas son, en general, de poca altura ya que el almacenamiento del agua es un objetivo secundario.
Presas de Almacenamiento: El objetivo principal de éstas, es retener el agua para su uso regulado en irrigación, generación eléctrica, abastecimiento a poblaciones, recreación o navegación, formando grandes vasos o lagunas artificiales. El mayor porcentaje de presas del mundo, las de mayor capacidad de embalse y mayor altura de cortina corresponden a este objetivo.
Presas de Relaves o Jales: Son estructuras de retención de sólidos sueltos y líquidos de desecho, producto de la explotación minera, los cuales son almacenados en vasos para su decantación. Por lo común son de menores dimensiones que las presas que retienen agua, pero en algunos casos corresponden a estructuras que contienen enormes volúmenes de estos materiales. Al igual que las presas hidráulicas tienen cortina (normalmente del mismo tipo de material), vertedero, y en vez de tener una obra de toma o bocatoma poseen un sistema para extraer los líquidos.
CAPITULO II. DISEÑO DE PRESAS DE ENROCADOS 1. PRESA DE ENROCADO: Las presas de enrocado son terraplenes formados por fragmentos de roca de varios tamaños para proporcionar el soporte al empuje del agua embalsada, una cama de transición en el talud aguas arriba para actuar como filtro colector y soporte del tercer componente consistente en una membrana que le proporciona impermeabilidad. Las presas de enrocado han probado ser económicas cuando cualquiera de las siguientes condiciones existe:
Abundancia de roca disponible en las proximidades del sitio de emplazamiento.
La obtención de suelos es dificultosa, o requiere mucho procesamiento.
Prevalece una corta temporada para la construcción de las obras.
Condiciones climáticas muy húmedas limitan la utilización de relleno de suelos. La Presa podría ser elevada posteriormente.
Otros aspectos que favorecen la selección de presas de enrocado es la eliminación de factores como la erosión interna y las subpresiones que no pueden acumularse en material granular de estas características. Un factor de gran importancia para las presas de enrocado es que al no existir subpresiones y al existir condiciones para que el enrocado se mantenga seco, los movimientos sísmicos no pueden producir presiones de poro o presiones intersticiales.
Figure 2 ESQUEMA DE PRESA MATERIALES GRADUADOS
La presa de enrocado tiene los tres siguientes componentes principales:
Membrana Impermeable de hormigón armado, en toda la cara del talud aguas arriba, con la función fundamental de impermeabilizar la presa y evitar las filtraciones de agua. Tiene la ventaja de que cuando baja el nivel del agua puede realizarse el control de su funcionamiento y eventuales reparaciones. Cama de Transición, entre el cuerpo del enrocado y la membrana impermeable, para actuar como cama uniforme de soporte y para efectuar la transmisión de la carga al enrocado. Esta zona también incluye un filtro colector de las filtraciones a través de la membran a impermeable. El Enrocado Compactado, que constituye la mayor parte de la presa y proporciona el soporte para el empuje del agua embalsada. La roca compactada disminuye los asentamientos, incrementa el ángulo de fricción interna del cuerpo de la presa y también su resistencia al esfuerzo cortante.
Figure 3 SECCION DE PRESA
1.1. ESTUDIOS GEOLÓGICOS Y GEOTÉCNICOS. La identificación y definición de las condiciones geológicas y geotécnicas del emplazamiento de presas debe ser adecuadamente estudiada, de manera que en función de las características de los materiales de fundación se pueda efectuar una acertada determinación del tipo de presa.
Condiciones geológicas y sismológicas. Así como las características geológicas del sitio y de la región influyen en la elección del tipo de presa más adecuado, también afectan la localización detallada y los criterios de diseño de los diversos componentes de la presa una vez escogido el tipo de esta. En primer lugar, las condiciones geológicas (además de las topográficas) determinan la localización de vertedor, túneles de desviación, obra de toma y c asa de máquinas. En la elección del sitio para el vertedor y en el diseño de este, por ejemplo, deben considerarse la susceptibilidad a la erosión de la roca en la descarga, y la sensibilidad de los materiales de la cimentación a las vibraciones que se producirán en la estructura disipadora al pie del vertedor. La naturaleza de las formaciones superficiales y su resistencia a la erosión en toda la cuenca tributaria, así como los tipos y la intensidad de los agentes erosivos, influyen en el diseño y en su vida útil porque determinan el volumen de azolves que llegará a la presa. Por otra parte, son frecuentes los casos en que el lecho del río está labrado a lo largo de una falla, y la presencia de esta debe considerarse en la localización y en los detalles de diseño de la presa. Por ejemplo, si hay indicios de actividad reciente y no existe otra alternativa que construir la presa a través de la falla, deben tomarse medidas especiales de protección contra el agrietamiento y estimarse las consecuencias de este en las peores condiciones posibles, antes de aceptar el riesgo implícito en tal proyecto. Ya se consideró la influencia de otras condiciones geológicas en la boquilla y en el vaso (estabilidad de taludes naturales y localización de, los sitios peligrosos con respecto a las diferentes partes de la obra) ; más adelante se describirán ciertos casos particulares que ilustran diversos aspectos geológicos. Por lo que se refiere a las características de sismicidad de la región, debido a que las posibilidades de análisis del comportamiento de una presa de tierra sometida a excitación dinámica son muy limitadas, generalmente el criterio de diseño en
una zona sísmica es más conservador; pero las medidas necesarias para reducir los riesgos hasta niveles aceptables, son difíciles de cuantificar (parte E). En general se deberá tener en cuenta, al adoptar dichas medidas especiales, el ta maño y función de la presa, ubicación del vaso, capacidad del embalse y aun la rapidez .
1.2.PERFORACIONES DE EXPLORACIÓN Para obtener datos geomecánicos de la roca de fundación de la presa, deben realizarse investigaciones del macizo rocoso, llevando a cabo un programa de perforaciones a diamantina distribuidas en todo el sitio de fundación, de manera que permitan un conocimiento amplio del subsuelo y que proporcionen información sobre las condiciones específicas de la roca, tales como la calidad, tipo de roca, fracturamiento, fallas, etc.
Adicionalmente, durante la investigación de la roca de fundación, deben efectuarse ensayos de permeabilidad, para definir los requerimientos de impermeabilización del subsuelo, de modo que en función de las características de la roca y de sus condiciones de permeabilidad, se puedan diseñar las inyecciones necesarias.
1.3.IMPORTANCIA DE LA OBRA. FINALMENTE: Ya que lo importante no es evitar las fallas o defectos en sí, sino sus consecuencias negativas, todo los aspectos del diseño de una presa serán afectados, principalmente en lo que se refiere a los coeficientes de seguridad, por factores como la capacidad del vaso y su localización con respecto a centros de población y zonas de gran valor económico, y por la importancia intrínseca de la obra. La magnitud estructural de la presa será también un elemento de consideración, pues una cortina de dimensiones sin precedentes involucrará.
2. CRITERIOS DE DISEÑO DE UNA PRESA DE ENROCADO: La presa de enrocado consiste en una masa de roca, que ocupa la totalidad del cuerpo de la estructura y que puede construirse siempre que, mediante las medidas adecuadas se produzca la impermeabilidad de la fundación. La roca puede colocarse en cualquier época del año, y por sus características este tipo de presa es más apropiado para regiones de alto riesgo sísmico. Además, es necesario analizar la información sobre escurrimientos y avenidas esperadas; revisar y evaluar los datos de la exploración geológica; verificar la
topografía y otros factores que analizados en conjunto permiten definir con mayor precisión las características de la presa, las dimensiones de la obra de toma y las del vertedor de excedencias. Los parámetros hidrológicos relacionados con la oferta de agua, las crecidas y el respectivo tránsito de avenidas por el embalse, y las condiciones topográficas y geológicas definen las siguientes características geométricas de la presa:
Figure 4 PRINCIPALES CARACTERISTICAS DE LA PRESA
2.1. Membrana Impermeable. La membrana impermeable es el elemento crítico en este tipo de presas. Los problemas principales que podrían producirse están relacionados con asentamientos en el enrocado subyacente, lo cual podría dar lugar a la aparición de fisuras y grietas, con las subsecuentes filtraciones. Al respecto, es entonces fundamental dimensionar adecuadamente el espesor de la membrana impermeable, de tal manera que no se incurra en costos excesivos por sobre dimensión, ni en la subdimensión de este componente estructural. Las losas de la membrana impermeable se contraen bajo la carga de agua, siguiendo las deformaciones del enrocado producidas por asentamientos. Las deformaciones en el plano exterior de la membrana impermeable también se producen por cambios de temperatura. Durante el llenado del embalse, la mayor parte de la membrana se pone en compresión, pero hay algunas zonas próximas al perímetro donde se producen deformaciones por tracción. Todas estas solicitaciones son atendidas con refuerzos que alcanzan alrededor del 0.5% del área del hormigón vertical y horizontalmente.
2.1.1. Espesor de la Membrana Impermeable. El criterio para diseñar el espesor de la membrana impermeable ha sido muy variable y con la experiencia el espesor ha ido disminuyendo. Algunos de los criterios más usados para definir el espesor de membranas de hormigón armado son los siguientes (CBIP, 1992):
Figure 5CRITERIOS PARA DFINIR EL ESPESOR DE LA MEMBRANA
Dónde:
t = espesor de la membrana perpendicular al talud de la presa (m) h = altura de la presa desde la base hasta la cresta (m). En años posteriores, específicamente entre los años 1970 y 1990, el criterio prevaleciente para calcular el espesor de la membrana ha sido el de aplicar las ecuaciones:
Figure 6 ECUASION PARA DEFINIR EL ESPESOR DE LA MEMBRANA
2.1.2. Reforzamiento. El concreto armado es el tipo más común de membrana impermeable que se usa como paramento de las presas de enrocado. En general, para presas de menos de 40 metros de altura, se utilizan solamente juntas verticales para compensar la dilatación horizontal de las presas, que además son muy convenientes para fines de construcción. El concreto debe ser denso y durable para evitar filtraciones y daños debidos al oleaje e intemperismo, y el refuerzo de acero de la armadura normalmente debe alcanzar alrededor del 0.5% del área del hormigón vertical y horizontalmente; lo que equivale a unos 60 Kg. por metro cúbico de hormigón. En general el principal propósito de la armadura de acero para el reforzamiento de la membrana es distribuir las temperaturas adecuada y uniformemente a lo largo de las losas de hormigón que la conforman. La resistencia a la compresión de los hormigones de una membrana impermeable deben ser al menos de 210 Kg/cm2 y preferentemente deben utilizarse encofrados deslizantes para el vaciado.
2.1.3. Juntas: El enrocado está sometido a diversos grados de asentamiento, no solo durante la construcción, sino también después de la misma. Los asentamientos pueden ser minimizados, pero no totalmente eliminados; motivo por el cual la membrana impermeable debe ser colocada sobre un cuerpo de enrocado bien compactado, para que con las cargas adicionales de la losa tenga la mínima deformación posible. Para ello, además de asegurar un buen control de la compactación del enrocado, se requiere que la construcción de la membrana impermeable se realice después de que el enrocado haya llegado a su elevación final, para asegurar que una parte substancial de los asentamientos producidos por la propia carga de la roca (durante la construcción) se haya producido.
Además, para evitar el agrietamiento de la membrana impermeable se le debe dar la mayor flexibilidad posible, de modo que se acomode a la deformación sin sufrir daños. La adaptabilidad del hormigón armado para cumplir con este propósito depende del espesor de la losa, de su reforzamiento y del espaciamiento de las juntas.
Puesto que los esfuerzos y las deformaciones de la membrana impermeable no pueden ser determinados con precisión, se controla los agrietamientos mediante la división de la membrana en varios segmentos, introduciendo juntas a lo largo de líneas horizontales y de líneas ve rticales en la misma dirección del talud. La impermeabilidad de estas juntas se consigue mediante medios apropiados como ser planchas de cobre incrustadas en el hormigón, cartón asfáltico, gomas, plásticos, etc. La tecnología moderna permite además la utilización de juntas “water stop”.
Figure 7 WATER STOP
En las construcciones modernas de presas de enrocado, se ha optado por utilizar sobretodo juntas verticales, eliminando casi completamente las juntas horizontales, que son remplazadas por juntas de construcción programadas en función de los vaciados del concreto.
2.1.4. Pedestal de transición (plinto) y dentellón En el empalme de la membrana con la fundación se construye una losa de hormigón armado incrustada o anclada en la roca, a lo largo de todo el pie
de talud aguas arriba, de manera coincidente con el eje de aplicación de las inyecciones en la roca de fundación, uniendo las perforaciones de las inyecciones y dando así continuidad al eje impermeable. El plinto tiene la función de trabajar como cierre hermético en el pie de talud aguas arriba, a lo largo del empalme de la membrana impermeable con la cimentación (inyecciones) y con los estribos, para evitar las filtraciones por debajo de la presa. El plinto se constituye en un pedestal de apoyo y transición, para facilitar el empalme entre la roca impermeabilizada mediante inyecciones que tienen sus respectivas perforaciones con la membrana impermeable de hormigón armado que va encima de la cara del talud aguas arriba (segmento superficial). Aparte de servir como apoyo de la membrana impermeable, este pedestal (plinto) servirá para unir mediante juntas de “wáter stop” el segmento enterrado de impermeabilización (inyecciones) con el segmento superficial (membrana impermeable), y como se ha dicho antes, para darle continuidad a la impermeabilización de la presa.
2.1.5. Cálculo Estructural de la Membrana Impermeable. Los elementos estructurales que componen la me mbrana impermeable de una presa de enrocado pueden completarse aplicando programas computacionales, para obtener los esfuerzos que soportará la estructura y con ellos proceder al ajuste del refuerzo correspondiente a todos los elementos estructurales que componen la estructura.
2.2. Cama de Transición. Con la finalidad de contar con una cama uniforme de soporte para la membrana impermeable y para efectuar la transmisión de la carga al enrocado, se construye una cama de transición, que generalmente se compone de dos zonas: una que se coloca en contacto con el enrocado y sirve como material de transición y transmisión de carga y otra capa de materiales más finos que actúan como filtro fino y que además tienen la función de limitar las filtraciones cuando se produce alguna falla en las cintas “water stop” y contribuyen a disminuir el paso del agua. Esta capa sirve además de cama para la construcción de la membrana impermeable.
2.3. Enrocado.
2.3.1. Tamaños del material para el enrocado. La propiedad fundamental que identifica un enrocado es el promedio predominante de piedras mayores. Un enfoque común al respecto es que para denominarse enrocado, el material debe tener un tamaño promedio de partículas de por lo menos 2” (5 centímetros), pero no más del 40 a 45% del promedio debe pasar la malla de 1” (2.5 cm.), por tanto se impone un límite en la fracción fina porque desde ese tamaño empieza a acercarse en textura y propiedades a un relleno de tierra.
En este contexto, debe tenerse en cuenta que si el porcentaje de material inferior a 1” (2.5 cm.) excede del 45%, la fracción fina empieza a dominar el comportamiento de los esfuerzos, deformaciones y permeabilidad, por lo que los finos se convierten en la matriz básica del material, resultando en menor resistencia al esfuerzo cortante, menor permeabilidad y por tanto la disminución de los atributos fundamentales de un relleno de enrocado. La heterogeneidad y variedad de tamaños de las partículas en la gradación del enrocado son además afectadas por el hecho de que una severa segregación inevitablemente ocurre durante el volteo y distribución del material. Por ello, la gradación promedio del material de cada capa de enrocado es una característica científicamente mal orientadora, puesto que el relleno nunca es perfectamente mezclado. Las partículas gruesas siempre se concentran en la parte inferior de cada capa y lo finos en la parte superior.
2.3.2. Preparación de la Fundación. Los trabajos de excavación de la roca de fundación deberán estar terminados, al igual que todos los trabajos de limpieza de los taludes en los estribos, antes de iniciar las tareas relacionadas con la construcción y elevación de la presa mediante enrocado. Del mismo modo, aquellos puntos que requieran excavación y rellenado de concreto deberán estar completamente definidos, antes de iniciar el enrocado. Un requerimiento fundamental para las fundaciones de presas de enrocado es que el material sobre el cual se inicia la construcción tenga propiedades de largo plazo para resistir esfuerzos cortantes y compresibilidad por lo menos similares a la de los materiales con los cuales será construido el enrocado.
2.3.3. Características del Enrocado.
La sección típica de una presa de enrocado con membrana de concreto (Concrete Faced Rockfill Dams – CFRD) se muestra en la siguiente figura. Las características de la granulometría que se muestran en esa figura son aproximadamente las siguientes:
Figure 8 SECCION TIPICA DE UN APRESA ENROCADA
3-B: Zona conformada por la roca de mayor tamaño y de mejor calidad. No se deben usar rocas grandes porque tienden a producir puenteos y generar muchos vacíos. Preferentemente debe ser roca bien graduada en tamaño desde aproximadamente 20 cm. hasta 50 cm. de diámetro.
3-A: Zona intermedia, la cual de manera óptima debe contener materiales gruesos bien graduados en tamaños que van desde unos 5 cm. hasta unos 30 cm. de diámetro.
2-B: Zona de transición, que debe estar conformada por material bien graduado desde aproximadamente ¼” hasta unas 3”.
2-A: Zona de filtros, que debe estar conformada por material fino bien graduado que tenga tamaños menores a 20 mm. Esta zona debe proporcionar una superficie lisa y uniforme que sirva como superficie de apoyo para la membrana impermeable. En general las zonas 3-A y 3-B deben graduarse en función de roca más fina aguas arriba, hacia roca más gruesa aguas abajo; con los materiales más resistentes colocados en el sector aguas abajo.
2.3.4. Colocación del Enrocado.
La construcción del enrocado es una de las operaciones más importantes en la construcción de una presa de este tipo, porque es indispensable disminuir el asentamiento total y la posibilidad de perjudicar la membrana impermeable. El asentamiento de los terraplenes de rocas se produce en dos etapas. El asentamiento principal se produce durante la construcción del enrocado. Esta etapa tiene poca influencia en la seguridad de la membrana impermeable, puesto que en este caso la membrana debe colocarse después de completar el enrocado, cuando se haya producido el asentamiento principal debido al peso del enrocado. La segunda etapa importante del asentamiento se produce al llenarse el embalse cuando se transmite al enrocado el esfuerzo producido por la carga del agua. Para disminuir este efecto, un método adecuado es colocar la roca en capas delgadas, extendidas sobre el terraplén para disminuir el número de grandes huecos y obtener un enrocado compacto. Es conveniente bañar cada capa durante su colocación y compactación, usando un volumen de agua igual a dos veces el volumen de la roca. Acomodados con chorros de agua se obtienen puntos de apoyo entre las piedras grandes, porque las piedras de tamaño pequeño son arrastradas dentro de los huecos grandes. De esta forma se obtiene un enrocado más denso y disminuyen los futuros asentamientos. La colocación del material del enrocado debe realizarse en forma horizontal en toda la plataforma de trabajo (zonas 3-B y 3-A), en el espesor de capas definido en el diseño. Una vez colocada cada capa, la roca debe distribuirse uniformemente mediante un bulldozer, posteriormente se humedecerá la capa de enrocado con un volumen de agua equivalente al 100% del volumen del enrocado, y se repetirá la rotación del bulldozer sobre la capa colocada. Después de ello un rodillo vibrador de tambor de 10 toneladas de peso deberá efectuar la compactación, realizando el número de pasadas por capa de roca incorporada que se defina en las especificaciones técnicas.
3. ESTABILIDAD DEL ENROCADO. En el caso de las presas de enrocado con cara de co ncreto, el enrocado es la encargada de proporcionar la estabilidad, así como del control de las filtraciones del agua cuando la cara de concreto haya tenido alguna fisura. Se debe de considerar al material del enrocado según su propia mecánica y no como una extensión de la mecánica de suelo, como lo es la grava y la arena. Un fenómeno
muy importante es el que se da en el contacto de las partículas cuando son sometidas a esfuerzos, en donde no solo existe un cambio de volumen, sino también existe un cambio de la materia debido al aplastamiento y fracturamiento. Este fenómeno se puede observar durante la compactación del enrocado. Hoy en día se sabe que la compactación del enrocado juega un importante papel en los asentamientos a largo plazo. Debido al acomodo de las partículas con el paso del tiempo, se conoce que la cortina siempre tendrá deformaciones, pero estas tendrán a ir disminuyendo con el paso del tiempo y la magnitud estará determinada por la graduación de los materiales y su grado de compactación. Anteriormente en el proceso de la compactación se creía que para que existiera un mejor contacto entre los bloques era necesario el uso del a gua para remover los finos. Para determinar qué tan cierto era esto, Karl Terzaghi realizó algunas pruebas de donde se puede concluir que el agua no tiene un efecto de lubricación, pero sin embargo debilita la roca y hace que se fracture, lo que conlleva a un mejor acomodo de las partículas. Por otro lado, el estudio de las propiedades geomecánicas del enrocado resulta ser otra propiedad importante que debido a la influencia de diversos factores que intervienen es complejo poder emitir alguna regla para incrementar la resistencia o reducir la compresibilidad del enrocado. Actualmente se sabe que un enrocado bien graduado es una estructura mucho más densa, lo que significa que será menos deformable y por lo tanto, menos propenso a sufrir fracturamiento interno.
4. PRESAS EN EL PERÚ: 4.1.Presas en el departamento de Piura.
Figure 9 FUENTE-AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA ANA
4.2. Presas en el departamento de Cajamarca.
4.3. Presas en el departamento de Lambayeque.
Figure 11 FUENTE- AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA-ANA
4.4. Presas en el departamento de La Libertad.
Figure 12FUENTE-AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA-ANA
4.5. Presas en el departamento de San Martín
Figure 13FUENTE-AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA-ANA
4.6. Presas en el departamento de Ancash.
Figure 14FUENTE-AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA-ANA
4.7. PRESAS EN EL DEPARTAMENTO DE HUÁNUCO.
BIBLIOGRAFIA: PRESAS DE TIERRA Y ENROCADO – cap4
autores: Raúl.j. Marsal y Daniel Resendiz nuñez
UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR.FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA. ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL. - Presas de enrocamiento autor: IRWIN BATRES AVALOS
http://www.slideshare.net/search/slideshow?searchfrom=header&q=Pr esas+de+roca+ing.+civil&ud=&ft=&lang=&sort=
http://www.ana.gob.pe/sites/default/files/publication/files/inventario_de_presas_0.pdf
