76
DISEÑO, CONSTRUCCIÓN, EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO DE BALSAS ASPECTOS GEOTÉCNICOS Prof. José Manuel Martínez Santamaría

2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN, EXPLOTACIÓN Y MANTENIMIENTO

DE BALSAS

ASPECTOS GEOTÉCNICOS

Prof. José Manuel Martínez Santamaría

Page 2: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

1965

1982 1985

1994 2009

TEXTOS Y NORMAS SOBRE BALSAS

Page 3: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

2.010

Page 4: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

DEFINICIÓN DE BALSA

REAL DECRETO 9/2.008 DE 11 DE ENERO

(Modifica Reglamento del Dominio Público

Hidraúlico de 11 de Abril de 1.986 RD 849/1.986):

Se entiende por balsa toda estructura artificial destinadaalmacenamiento de agua, situada fuera de un cauce y del dominiopúblico hidráulico y delimitada total o parcialmente por un diquede cierre.

Las balsas se considera que están constituidas, de forma general,por un dique de cierre, ejecutado mediante estructuras de tierra(rellenos) realizadas, fundamentalmente, con materialesprocedentes de las excavaciones necesarias para su construcción,que actúan como elemento de contención del agua, y por el vasode la balsa, constituido por la zona de almacenamiento de agua,que incluye las posibles zonas en ladera y desmonte.

Page 5: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf
Page 6: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf
Page 7: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

LA MUELA

LA MUELA

LA OROTAVA (TENERIFE)

ARONA (TENERIFE)

Page 8: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

BALSAS DE ADEYAHAMEN Y BEDIESTA (ISLA DE LA PALMA)

Page 9: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

BALSA MONTAÑA DEL TACO (TENERIFE)

Page 10: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

� Capacidad 20 hm 3

� Longitud dique 4,1 km

BALSA SAN DIEGO

Trasvase Júcar - Vinapoló

Page 11: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

A efectos del diseño, valorar si:

� El dique de cierre tenga una altura inferior a 10 m, o que teniendo una altura de entre 10 y 15 m, tenga una capacidad de almacenamiento inferior a 1 Hm3.

� Si la aportación de agua externa esté totalmente controlada y acotada, de modo que no haya entrada directa de un cauce público.

� Si su rotura o funcionamiento incorrecto pueda producir únicamente daños materiales de moderada importancia y sólo incidentalmente pérdida de vidas humanas.

� Si la altura de dique de cierre sea menor de 5 m o que tengan una capacidad de embalse inferior a 100.000 m3.

Page 12: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

ESTUDIOS PREVIOS DEL TERRENO Y DE LOS MATERIALES

RECONOCIMIENTO DEL TERRENO:

1. Recopilación información existente

Experiencias previas, mapas, inspección visual etc.

2. Campaña de campo

Zona de implantación del dique

- Calicatas (cada 50 m eje dique y zonas cambio terreno, siempre al menos 2)

- Ensayos penetración dinámica (cada 100 m eje dique, siempre al menos 1)

- Sondeos (cada 200 m eje dique para H > 10 m y/o > 250.000 m3, si L> 100

m se hará al menos 1). Profundidad estimada de 3 a 3,5 veces altura de la

balsa y como mínimo 10 m. Al menos 1 sondeo en la zona de más altura.

- Complemento: campaña geofísica (preferentemente sísmica de refracción).

Número mínimo de perfiles sísmicos recomendado: 1 perfil longitudinal, al

menos 3 transversales o cada 100 m con una distancia entre si de 50 m).

Page 13: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Zona del vaso de la balsaObjetivos:• Análisis de la permeabilidad y del apoyo del elemento impermeable si

fuera necesario.• Determinar posición pésima esperable del nivel freático, en especial

donde se vayan a realizar excavaciones de cierta entidad (por encima de 5 m) y en donde se vaya a colocar lámina. En estos casos es recomendable realizar un sondeo equipado con tubería piezómetrica.

Reconocimiento:- Calicatas cada 10.000 m2 o zonas de cambio de terreno. Como mínimo 3- Complemento: Ensayos geofísicos para determinar espesores subsuelo

Zona de préstamosLo normal realizar la balsa con el material de la propia excavaciónSi hacen falta préstamos: 2 calicatas por préstamo (muestras)

3. Ensayos de laboratorio:Cimentación: Identificación, estado, químicos, resistencia, deformabilidadMaterial cuerpo de dique: Identificación, químicos, estado, resistencia, deformabilidad, colapso, compactabilidad, dispersabilidad

Page 14: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

MATERIALES PARA EJECUCIÓN DEL DIQUE

• Consideraciones iniciales� Requisitos: estabilidad, integridad, impermeabilidad� Marco de referencia: PG-3

� Seleccionados, adecuados, tolerables,“Materiales con propiedades geotécnicas deficientes”

� Materiales deben cumplir exigencias mínimas� Determinación de parámetros mediante ensayos de laboratorio� Prohibición de materiales procedentes de escombreras y vertederos

• Exigencias mínimas� Granulometría: D60/D10>2

� Límites de plasticidad: WL < 50% y si WL > 40% IP < 0,73x (LL-20)� Contenido en materia orgánica: Inferior a 1%� Contenido en yeso: Inferior a 2%� Contenido en sales solubles (distintas de yeso): Inferior a 1%� Asiento en ensayo de colapso: Inferior a 1%� Hinchamiento en célula edométrica: Inferior a 1%� Dispersabilidad: Grado 1 del ensayo “Crumb Test”

Page 15: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Materiales con propiedades geotécnicas deficientes: Suelos que no son seleccionados, adecuados ni tolerables, no cumplen exigencias mínimas y

� Cumplen las siguientes condiciones� Contenido en materia orgánica: inferior a 5%� Hinchamiento libre en célula edométrica: inferior a 5%� Límites de plasticidad: WL < 90% y si WL > 50% IP < 0,73x (LL-20) � Grado 2 ensayo “Crumb Test”

� Requieren estudio especial basado en asegurar:� Deformabilidad => ensayo edométrico� Dispersabilidad => ensayo Pin-hole� Alterabilidad => ensayo sequedad-humedad-desmoronamiento� Solubilidad => contenido en sales solubles� Expansividad => ensayo de hinchamiento libre� Colapso (asiento por humectación) => ensayo de colapso� Evolutividad

Page 16: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

ANÁLISIS DE LOS MATERIALES :Clasificación de acuerdo al PG-3:

Seleccionados, Adecuados, Tolerables y “ Materiales con propiedades geotécnicas deficientes (Marginales, problemáticos para obra hidraúlica)” :

WL < 90% y si > 50 IP < 0,73 (LL-20)

Elevada deformabilidad, dispersabilidad, alterabilidad, evolutividad, solubilidad, expansividad, colapso

Page 17: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

SUELOS ( # 20 UNE > 70 % o # 0,080 UNE > 35 %) CARACTERÍSTICAS

CARACTERÍSTICA NORMA MARG. BALSAS TOLERABLE ADECUADO SELECCIONADO

Materia orgánicaUNE

103204< 5 % < 2 % < 1 % < 0,2 %

Sales solubles NLT 114 - < 1 %< 0,2 % < 0,2 %

yeso NLT 115 - < 5 %

Tamaño máx.

D. máx. - - - < 100 mm. < 100 mm.

# 0,40 UNE - - - - < 15 % o

# 2 UNE - - - < 80 % < 80 %

# 0,40 UNE - - - - < 75 %

# 0,080 UNE - - - < 35 % < 25 %

Límite liquidoUNE

103103

< 90

y si > 50 y

< 50 o

> 40 y

< 40 o

> 30 y< 30

Índice de plasticidadUNE

103104< 0,73 (LL-20) > 0,73 (LL-20) > 4 < 10

Asiento en colapso NLT 254 - < 1% - -Hinchamiento libre

UNE

103601< 5% < 3% - -

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES. BALSAS

Page 18: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO

A efectos del manual: se considera que las balsas estánconstituidas, de forma general, por un dique de cierre ejecutadomediante estructuras de tierra (rellenos), realizadas,fundamentalmente, con materiales procedentes de lasexcavaciones necesarias para su construcción, que actúan comoelemento de contención de agua, y por el vaso de la balsa,constituido por la zona de almacenamiento de agua, que incluyelas posibles zonas de ladera y desmonte.

Aspectos a considerar

Dique de cierre:

� Cimentación

� Cuerpo de dique

Vaso de la balsa

Page 19: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

1. Cimentación del dique de cierre

Es la parte del dique que queda por debajo de la superficie natural del

terreno (como mínimo 1 m)

Se debe asegurar:

• Capacidad portante y resistencia al deslizamiento

• Deformabilidad: Movimientos admisibles

• Garantizar la estanqueidad: Rastrillo o zanja de impermeabilización

Eliminar elementos naturales o artificiales: Tierra vegetal (M.O. > 1 %),

troncos, elementos antrópicos etc.

No válidos (salvo estudio):

� Suelos blandos: N (SPT o P. Continua) > 10

� Suelos o rocas solubles (yesíferos, calizos

karstificados)

� Suelos antrópicos

Page 20: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Dique de cierreDe forma general, hecho con material procedente de las excavacionesRequisitos: Estabilidad, Integridad e Impermeabilidad

Estabilidad: Análisis de estabilidad Solicitaciones:• Agua• Presión intersticial• Sismo

Integridad:• Erosión interna: Dispersabilidad:Ensayo Crumb Test: Si dispersivo (Grados 3 y 4) no se debe utilizar el materialSi dispersabilidad intermedia (Grado 2) : Hacer ensayos (Doble hidrómetro, Pin Hole, SAR, ESP)

Page 21: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Almería – Venta del Pobre

DETALLE APOYO BALSA AFECTADO POR EROSION INTERNA EN EL CIMIENTO

Page 22: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

• Erosión externa: Deterioro progresivo de los materiales aflorantes en los taludes� Talud exterior:Inclemencias metereológicasProtección:Vegetación se indica como la mejor solución

� Talud interior: Efecto del oleajeElemento de protección: Rip-rap (capa granular u otros elementos que rompan el oleaje)Desbordamiento por coronación:Resguardo Normal: RN (m)Resguardo Mínimo: Rm (m)

Anchura coronación:

Impermeabilidad: Tipología

5

)(3)(

mHmC +=

Page 23: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Vaso de la balsa

Debe ser impermeable• Bien por serlo el propio terreno• O por colocación de elementos impermeables:

Compatibles con la deformabilidad del terrenoArcillaGeosintéticos (Exige base soporte de la impermeabilización)

Drenaje: Analizar la necesidad de colocar en laderas del vasoFondo de vaso: En función situación Nivel Freático

Estabilidad laderas del vaso:Orientativo: En suelo 3H:2V a 1H:1V

En roca 1H:1V a 1H:2VCálculo

Sí se colocan elementos de impermeabilización: habitual similares alos colocados en el dique de cierre

Page 24: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Drenaje

� Básico para la seguridad de la balsa

� Bajo geomembranas: drenaje de agua y en su caso gas

� Diseño con situación pésima del Nivel freático

� Diseñar en función de caudal de filtración. Posible criterio: caudal

de un descenso de nivel de 5-10 mm/hora cuando vaso lleno

� Controlar caudal de salida y turbidez

� Sectorizar el vaso (mínimo dos):

1. Fondo de vaso:

• Manto drenante (alternativa geocompuestos

de drenaje); Espina de pez

2. Talud interior:

• Dren perimetral en el pie talud interior

� Talud exterior:

Cunetas de coronación + pendiente (≥ 2%)

Cuneta pie talud exterior (según los casos)

Page 25: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf
Page 26: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

TIPOLOGÍA DEL DIQUE DE CIERRE

Criterio de selección: en función de la existencia o no de materiales impermeables

(k ≤ 10-5 cm/sg) procedentes de la excavación o préstamos próximos

1. SIN ELEMENTO DE IMPERMEABILIZACIÓN EXTERNO

2. CON ELEMENTO DE IMPERMEABILIZACIÓN EXTERNO

• Diques homogéneos

• Diques heterogéneos

Page 27: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

DIQUES

HOMOGENEOS

DIQUES

HETEROGENEOS

ZONADOS

H<10 m

H≥10 m

H≥10 m

Page 28: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

GEOMEMBRANAS

GBR-P

GEOSINTÉTICOS GBR-C

PANTALLA ASFÁLTICA

PANTALLA HORMIGÓN

PANTALLA GUNITA

Page 29: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

DIQUE HOMÓGENEO. DREN HORIZONTAL

���� Rip-rap. Manto de protección contra la erosión por la acción del oleaje. Puede ser una capa granular (de espesor mínimo entre 0,5 y 1 m en dirección perpendicular al talud), un manto formado por elementos cerámicos u hormigón, o bien protegerse mediante cables con boyas que rompan el oleaje, poliestireno expandido u otros elementos.

���� Filtro rip-rap (en caso de ser necesario). Se recomienda utilizar un geotextil diseñado y especificado en función de la curva granulométrica del material del cuerpo de dique y de las características del rip-rap (tamaño de bloque, etc.).

���� Material cuerpo de dique.

���� Dren horizontal. Se recomienda que tenga un espesor mínimo de 0.5 m y que se empleen para ejecutarlo arenas o arenas con gravas debidamente graduadas. Debe cumplir las condiciones de filtro indicadas en 6.3.2. En el caso de que resulte difícil cumplir estas condiciones se puede colocar un geotextil como filtro, diseñado y especificado en función de la curva granulométrica del material del cuerpo de dique y del dren horizontal.

Debe asegurarse que el dren horizontal quede fuera del rastrillo.

Los espesores mínimos se establecen por condiciones constructivas.

Page 30: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Drenes (filtro): Horizontal, chimeneaSu permeabilidad debe ser muy superior a la del material del dique (1.000 a 5.000 veces mayor).Su granulometría debe cumplir determinadas condiciones de filtro para que no penetren en él las partículas del material del dique, por lo que en algunos casos es necesario el diseño de capas de filtro. En general arenas o arenas con gravas debidamente graduadasSe pide:

• dmáx < 20 mm• % pasa tamiz UNE 0.08 < 5% • coeficiente de uniformidad, cu, entre 4 y 20

En el caso de que resulte difícil cumplir estas condicionesse puede colocar un geotextil como filtro, diseñado yespecificado en función de la curva granulométrica delmaterial del cuerpo de dique y del dren.

5 D15 < F15 < 5 D85

No se pide

Page 31: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

FILTROS

Page 32: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

DIQUE HOMÓGENEO. DREN CHIMENEA

���� Rip-rap. Manto de protección contra la erosión por la acción del oleaje. Puede ser una capa granular (de espesor mínimo entre 0,5 y 1 m en dirección perpendicular al talud), un manto formado por elementos cerámicos u hormigón, o bien protegerse mediante cables con boyas que rompan el oleaje, poliestireno expandido u otros elementos.

���� Filtro rip-rap (en caso de ser necesario). Se recomienda utilizar un geotextil diseñado y especificado en función de la curva granulométrica del material del cuerpo de dique y de las características del rip-rap (tamaño de bloque, etc.).

���� Material de cuerpo de dique.

���� Dren chimenea. Se recomienda que tenga una altura mayor 2/3 H (siendo H la altura de la balsa). Debe tener un espesor mínimo de 1 m, pudiéndose reducirse a 0.5 m en el tramo horizontal. El tramo vertical puede estar inclinado. Como materiales se pueden emplear arenas o arenas con gravas debidamente graduadas. Debe cumplir las condiciones de filtro indicadas en 6.3.2. En el caso de que resulte difícil cumplir estas condiciones se puede colocar un geotextil como filtro, diseñado y especificado en función de la curva granulométrica del material del cuerpo de dique y del dren.

Debe asegurarse que el dren chimenea quede fuera del rastrillo.

Los espesores mínimos se establecen por condiciones constructivas.

Page 33: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

DIQUE CON IMPERMEABILIZACIÓN ARCILLOSA HACIA EL INTERIOR DE LA BALSA

���� Rip-rap. Manto de protección contra la erosión por la acción del oleaje. Puede ser de escollera (de espesor mínimos entre 0,5 y 1 m) o bien mediante cables con boyas que rompan el oleaje, poliestireno expandido u otros elementos.

���� Filtro rip-rap (en caso de ser necesario). Se recomienda utilizar un geotextil diseñado y especificado en función de la curva granulométrica del material del cuerpo de dique y de las características del rip-rap (tamaño de bloque, etc.).

���� Material arcilloso de impermeabilización

���� Posible filtro-dren, según la granulometría del tapiz arcilloso y del cuerpo de dique. En caso de ser necesario debe cumplir las condiciones de filtro indicadas en 6.3.2. Cuando resulte difícil cumplir estas condiciones se puede colocar un geotextil como filtro, diseñado y especificado en función de la curva granulométrica del material del cuerpo de dique y del dren.

���� Material de cuerpo de dique

Page 34: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

DIQUE ZONADO. NUCLEO VERTICAL

���� Rip-rap. Manto de protección contra la erosión por la acción del oleaje. Puede ser de escollera (de espesor mínimo entre 0,5 y 1 m) o bien mediante cables con boyas que rompan el oleaje, poliestireno expandido u otros elementos.

���� Filtro rip-rap (en caso de ser necesario). Se recomienda utilizar un geotextil diseñado y especificado en función de la curva granulométrica del material del cuerpo de dique y de las características del rip-rap (tamaño de bloque, etc.).

���� Material cuerpo de dique

���� Filtro lado interior de la balsa Se recomienda que tenga un espesor mínimo de 1 m (por motivos constructivos) y que se utilicen arenas o arenas con gravas debidamente graduadas para ejecutarlo. Debe cumplir las condiciones de filtro indicadas en 6.3.2.

���� Núcleo

���� Filtro-dren lado exterior de la balsa. Se recomienda que tenga un espesor mínimo de 2 m y que se utilicen arenas o arenas con gravas debidamente graduadas. Debe cumplir las condiciones de filtro indicadas en 6.3.2.

Los espesores mínimos se establecen por condiciones constructivas.

Page 35: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

IMPERMEABILIZACIÓN CON GEOMEMBRANA GBR-P

���� Geomembrana (GBR-P) (espesor ≥ 1,5 mm)

���� Geotextil

���� Soporte base de la impermeabilización

���� Elemento de protección

���� Dren (horizontal/chimenea). Debe cumplir las condiciones de filtro indicadas

en 6.3.2. En el caso de que resulte difícil cumplir estas condiciones se puede

colocar un geotextil como filtro, diseñado y especificado en función de la curva

granulométrica del material del cuerpo de dique y del dren.

Page 36: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Posibles alternativas de impermeabilización para balsas con elemento de impermeabilización externo mediante geosintéticos.

GBR-P: Gomembranas

GBR-C: Geobentonitas

GCD: Geodrenes

GTX: Geotextil

Page 37: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

LISA

GEOMEMBRANAS

TESTURIZADA

PERFILLADA

Page 38: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

CRITERIOS DE COLOCACION DE GEOMEMBRANAS

•Soldadura:

doble

extrusión

•Anclajes:

zanja

bermas

pie de talud

especiales

Page 39: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Origen del Fallo: Excesiva tensión en la geomembrana

Page 40: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

DETALLE PROCESO DE SOLDADURA DE LAS GEOMEMBRANAS DE PEAD CON SOLDADURA DOBLE

Page 41: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf
Page 42: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

PARÁMETROS SECCIÓN DE DIQUE:

• Taludes:

Análisis Estabilidad Capítulo 7

Protección

• Anchura de coronación:

Pendiente mínima 2% hacia el exterior de la balsa

• Rastrillo

Taludes: 1H:1V a 2H:1V

Profundidad entre 0,5 a 2 m

Base inferior > 3 m

Rellenar con material impermeable compactado

• Resguardo

5

)(3)(

mHmC +=

Page 43: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Resguardo:Se denomina resguardo (R) a la diferencia entre el nivel de agua de la

balsa en una situación concreta y la coronación del dique de cierre de la balsa (Zcor).

Resguardo normal (RN): Es el relativo al Nivel Máximo Normal (NMN)

Resguardo mínimo (Rm): Es el relativo al Nivel Máximo Extraordinario (NME)

La comprobación del resguardo se puede realizar mediante la expresión siguiente:

RN (m) = Zcor – NMN ≥ r1+1,5r2 y mayor o igual a 1 mSiendo:r1= NME-NMNr2 : Altura de ola (m)F: Fetch (Km)Resguardo mínimo: Rm (m) = Zcor – NME ≥1,5r2

Page 44: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

ESTABILIDAD DE TALUDES

Page 45: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD 1. Métodos de cálculo de Equilibrio límite2. Estabilidad estática y dinámica (situaciones de diseño)3. Coeficientes de seguridad (valores mínimos a cumplir)4. Ábacos de dimensionamiento

Final de construcciónSi LL<50 (terreno CL-ML), d=H/2Si LL>50 (terreno CH-MH), d= 2H/3

Embalse lleno con elemento de impermeabilización externo

Embalse lleno, sin elemento de impermeabilización externo. Dren horizontal

Embalse lleno, sin elemento de impermeabilización externo. Dren chimenea

Rotura elemento impermeabilización externo

Desembalse rápido

Page 46: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Situación de diseño F. S.

Final de construcción 1,3

Embalse lleno 1,5

Rotura de lámina 1,3

Sismo a embalse lleno 1,3

Desembalse rápido 1,1

Valores mínimos coeficientes de seguridad exigidos a las balsas

Page 47: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Parámetros geotécnicos (basados en la NAVFAC, 1971)

Material

No saturado Saturado

c

(kPa)

φφφφ(º)

c

(kPa)

φφφφ(º)

CH-MH 50 25 15 25

CL-ML 75 30 15 30

SC-SM Y GC-GM 50 32,5 15 32,5

SW-GW 15 40 10 40

Page 48: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Ábacos de dimensionamiento

Page 49: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Situación de diseño F.S.

Manual

F. S.

Real

ábacos

Final de construcción 1,3 1,5

Embalse lleno 1,5 2,0

Rotura de lámina 1,3 1,5

Sismo a embalse lleno 1,3 1,3

Desembalse rápido 1,1 1,3

Comparación factores de seguridad exigidos en el manual y los mínimos obtenidos mediante la aplicación de los ábacos

Page 50: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

Desembalse Rápido Rotura de Lámina Fin de Construcción Embalse Lleno

Fac

tore

s de

seg

urid

ad

FS mínimo = 2

FS mínimo = 1,5FS mínimo = 1,5FS mínimo = 1,3

Page 51: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Tipo de suelo c

(kPa)

φφφφ

(º)

Talud aguas arriba

Talud aguas abajo

Muy Bueno >50 >30 3H:1V 2H:1V >10 >25

Bueno >50 <25

3H:1V 2,5H:1V

<10 >25 Regular

10 - 50 <25 3,5H:1V 3H:1V

Malo ≤10 <25 - -

Con desembalse rápido

Tipo de suelo Talud interior Talud exterior

CL-ML 3H:1V 2,5H:1V

CH-MH 3,5H:1V 2,5H:1V

GC-GM-SC-SM 2,5H:1V 2H:1V NO

GW-GP-SW-SP 2H:1V 2H:1V

CL-ML 3,5H:1V 2,5H:1V

CH-MH 4H:1V 2,5H:1V

GC-GM-SC-SM 3H:1V 2H:1V SI

GW-GP-SW-SP 2,5H:1V 2,5H:1V

Análisis comparativo con otros textos

“Pequeños embalses

de uso agrícola” (2003

“Farm Dams for the

Sugar Industry” (2001)

Los taludes preconizados en ambos textos son algo má s tendidos que los recogidos en los ábacos del Manual

Page 52: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Movimiento de tierras:

Operaciones que se realizan con el terreno

natural para modificar las características del

emplazamiento para generar las estructuras de

tierra necesarias de la balsa para su construcción:

• Excavación o arranque

• Carga, transporte y descarga

• Extendido

• Humectación o desecación

• Compactación

• Control

RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS GENERALES

Page 53: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

• Desmontes

Criterio orientativo taludes:

Suelo: 3H:2V a 1H:1V

Roca: 1H:1V a 1H:2V

Los taludes deben ser compatibles con

los elementos de impermeabilización

• Soporte base de la impermeabilización:

Apoyo de los elementos de

impermeabilización para que no se

dañen. (Capa de arena ≥ 0,5 m, capa de

hormigón, refino terreno natural, etc)

Vaso de la balsa :Actuaciones en la zona de terreno en la que se va a almacenar el agua

Page 54: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Rellenos:

Estructura de tierras que actúan como elemento de contención del agua

1. Partes:CimientoCuerpo de dique Coronación

2. Procedimiento de ejecución• Preparación superficie de apoyo:

Retirar y acopiar tierra vegetalAlcanzar terreno válido para cimientoExcavar como mínimo 1 metroSi inclinación > 10º: abancalamientos

Page 55: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

• Colocación y compactación:Materiales granulares: De forma general: Compactadores vibrantesArenas y de gravas: Espesor inferior a 30 cm, Materiales tipo todo uno: Espesor inferior a 40 cm, Pedraplenes y escolleras: espesor inferior a 50 cm.Espesor tongada > 3/2 tamaño máximo material

Materiales finos:Espesor tongada inferior a 30 cm. Rodillo Pata de cabra

Page 56: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Zona de validez dada por la humedad y la densidad seca

Materiales en los que no sea aplicable el Ensayo Proctor: Densidad relativa, placa de carga

Densidad seca > 98% P.N.

Humedad: -2 a 2% Wopt P.N.

• Terminación:

Estacas de refino cuadrícula < 20 m. Precisión 5 cm.

Page 57: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

CONTROL DE CALIDAD

Control de producto terminado

Contraste valores obtenidos con los de referencia de densidad seca y humedad.

Nunca < 95% densidad P.N.

Lote: al menos 5 ensayos cada 500 m2 o superficie realizada en un día

En zona de borde una muestra por cada 100 m

Determinación: Método nuclear (análisis de contraste). Alternativa métodos de sustitución (cono de arena)

Page 58: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

• Ejes: 400 y 500 m • Calado máximo: 24 m• Capacidad: 3,2 Hm3 y Superficie: 300.000 m2

BALSA DE BARLOVENTO (LA PALMA) .DEFORMABILIDAD DEL CIMIENTO

Page 59: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Impermeabilización: Lámina de PVC de 1,5 mm de espesor (1992)

Page 60: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Máximo nivel histórico (V=2.2 Hm3)

AÑO 2005

Page 61: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

ROTURAS DE LA GEOMEMBRANA

Page 62: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Roturas de lámina

DETALLE ASIENTOS Y ROTURAS DE LA GEOMEMBRANA

Page 63: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

0<S<1 m

1<S<2 m

2<S<2,35 m

DETALLE ASIENTOS DEL FONDO DEL VASO

Page 64: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Halloysita

Piroclastos

PERFIL GEOLOGICO LONGITUDINAL

Page 65: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Propiedad Valor representativo Contenido de finos (Diámetro < 80µ) 85% Contenido de arcilla (Diámetro < 2µ) 35%

Límite líquido (%) 70 Límite de plasticidad (%) 52 Índice de plasticidad (%) 18

Peso específico de las partículas sólidas 2,90 Contenido de carbonatos (%) 0

Contenido de sulfatos (%) Despreciable Contenido de materia orgánica (%) 1

Humedad natural (%) 55 Densidad seca (t/m3) 1,06

Grado de saturación (%) 100 Índice de huecos 1,8

SPT (golpes/30 cm) 5 Compresión simple (kPa) 30

Cohesión (kPa) 20 Ángulo de rozamiento (º) 30

Coeficiente de compresibilidad (Cc) 0,35 Módulo de deformación (kPa) 5500

Coeficiente de consolidación (cm2/s) 1,5 x 10-3

Permeabilidad (cm/s) 1,8 x 10-7

PROPIEDADES GEOTÉCNICAS DE LA HALLOYSITA

Page 66: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

DETALLE: ASIENTOS DEL FONDO RESPECTO AL TALUD

Page 67: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

SOLUCION ADOPTADA

Page 68: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

DETALLE: EJECUCION DE LA SOLUCIÓN

Page 69: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Balsa Los Corralillos

Gran Canaria

Page 70: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Balsa Los Corralillos

Gran Canaria

Page 71: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Balsa Los Corralillos

Gran Canaria

Page 72: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Balsa Los Corralillos

Gran Canaria

Page 73: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Balsa Los Corralillos

Gran Canaria

Page 74: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Balsa Los Corralillos

Gran Canaria

Page 75: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Balsa Los Corralillos

Gran Canaria

Page 76: 2014ClasebalsasestructurasTierra [Modo de compatibilidad].pdf

Balsa Valdeoveja

Canal Lobón (Badajoz)