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Obras HidrulicasIng. Arbul Ramos___________________________________________________________

EXPOSITORES:

Holgun Vargas AgustoMarchena Vsquez Carlos

Mendoza Carreo palMendoza Santamara FredyTorres Cornejo Fernando

Contenido:-introduccin-fases de estudio-clasificacin

-estudios de los reservorios

-predimensionamiento de presas

-sedimentacin en embalses

-ingeniera de presas de relleno-drenaje en presas de relleno-seguridad de presas

-consideraciones especiales para elEl diseo de una presa de tierra-enrocado

INGENIERIA DE PRESAS

INTRODUCCION

El hombre ha construido embalses desde antiguo,pero no ha sido hasta muy recientemente cuandoeste tipo de construcciones ha tenido un auge

considerable. La creciente demanda de agua yenerga hidroelctrica, as como las mltiples

aplicaciones adicionales de los embalses haimpulsado considerablemente su construccin. En

el mundo actual, las represas destinadas aproducir energa hidroelctrica son las que

resaltan ms por ser las de mayor tamao. Estasrepresas cada vez ms altas y anchas, han

permitido almacenar una cantidad cada vez mayorde agua. Una de las primeras y principales

actividades de la ingeniera civil es laconstruccin de presas .La presa es una de lasobras hidrulicas ms importantes dentro de un

proyecto de hidrulico, de irrigacin o

hidroenergtico.

FASES DE ESTUDIO :Investigaciones de campoUn proyecto hidrulico, se desarrolla conforme a

las fases de avance y estn relacionadas al nivelde informacin, y del diseador de las estructuras

hidrulicas realiza sus clculos fundamentndoloscon datos de campo y laboratorio de la zona de:

Embalse (vaso) Boquilla

Aliviadero

Obras de evacuacin y tomas

Materiales de construccin (canteras)

En la fase de reconocimiento, se dar losplanteamientos generalmente del proyecto, seesbozan los emplazamientos de ubicacin deejes, rutas de conduccin fundamentada en

una informacin topogrfica y geolgica, conplanos a grandes escalas 1:100000 1:50000

Fase de pre factibilidad, en esta fase seestudian las alternativas de ubicacin, con

mayor informacin para realizar

.

En la etapa de factibilidad se ubicaexactamente el emplazamiento y estructurascomplementarias, se efectan algunosdiseos detallados de los elementos de la

presa y su estabilidad total, siendo necesariouna informacin mnima.

CLASIFICACION DE PRESAS :

Se puede intentar una clasificacin de estas presasconsiderando varios aspectos:

Por su eje en planta:

Se clasifican en:

Rectas.

Curvas.

Por su tipo de materiales:

Se clasifican en:

Presas de concreto o mampostera:Dentro de esta clasificacin tenemos las

siguientes presas:

Presas de gravedad

Presas de contrafuertePresas de arco

Presas de materiales sueltos:En esta clasificacin tenemos:Presas de tierra

Presas de enrocado

Presas de tierra-enrocado

PRESAS DE CONCRETO OMANPOSTERIA:

__________________________________________________________Ingenieria de Presas

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Las principales variantes de presas modernas de

concreto se definen a continuacin:

1. PRESAS DE GRAVEDAD DEHORMIGON:

Una presa de gravedad depende por

completo de su propio peso para su

estabilidad. Su perfil es en esencial

triangular. La presin que el agua ejerce

sobre la presa, por un lado tiende a hacerla

"deslizar" sobre su fundacin y por otro a

"volcarla" hacia aguas abajo. Presin delagua.

Presin de azolve.

Presin de hielo.

Fuerzas producidas por los terrenos.

Peso de la estructura.

Relacin de la resultante de lacimentacin..

2. PRESAS DE CONTRAFUERTES:

El concepto estructural de las presas de

contrafuerte consiste en un paramentocontinuo aguas arriba soportado a intervalos

regulares por un contrafuerte aguas abajo.

3.- PRESAS DE ARCO:

Son estructuras curvas, con convexidad haciaaguas arriba la cual adquiere la mayor parte de su

estabilidad al transmitir la presin hidrulica y lasaguas adicionales, por accin de arco, a las

superficies de la cimentacin

PRESAS DE MATERIALES SUELTOS:

Estas presas pueden ser de muchos tipos. Segncmo se utilicen los materiales disponibles. Se

clasificacin inicialmente en:

Presas de Tierra :Es una de las obras ms antiguas que se haya

realizado en nuestro planeta.Las presas de tierra se forman con materiales

naturales compactados que representan msde 50% del volumen colocado de material.

Una presa de tierra se construye

principalmente con suelos seleccionadoscuidadosamente para la ingeniera, de

compactacin uniforme e intensiva en capas ms

o menos delgadas y con un contenido de humedadcontrolada.

Presas de Enrocado :

Las presas de enrocamiento son terraplenes

formados por fragmentos de roca de variostamaos cuya funcin de estabilidad y por una

membrana que es la que proporcionaimpermeabilidad. Aunque se han construido

presas que han tenido xito con diafragmas

interiores, no se recomiendan este tipo deconstruccin para las estructuras dentro del

campo

Presas de Enrocado-Tierra :

EL proceso de evolucin tecnolgica y estudiosde suelos permiti una mejor utilizacin de todos

los materiales cerca del eje de la presa, lo que

conllev a complementarse presas mixtas deenrocado y tierra; que a su vez cumpla con lacondicin de impermeabilizante (tierra) y de

estabilidad de las prismas (enrocado).

4. ESTUDIO DE LOS RESERVORIOS:Investigaciones de campoUn proyecto Hidrulico, se desarrolla conforme a

las fases de avance y estn relacionadas al nivelde informacin, y del diseador de estructuras

hidrulicas realiza sus clculos fundamentndoloscon datos de campo y laboratorio de la zona de:

Embalse (vaso) Boquilla

Aliviadero

Obras de evacuacin y tomas

Materiales de construccin (canteras)

Estudio del vasoLa localizacin del vaso depende de:

El costo de la presa,.

Costos de expropiacinDespus de determinada la traza mxima de

inundacin debe efectuarse estudios de:

Estabilidad de las paredes del vaso:Con relacin a posibles deslizamientos de laderas,los mismos tienen como sus causas bsicas la

elevacin del nivel del agua (que causa lasaturacin de las paredes del vaso, acompaada

de prdida de resistencia y aumento de presioneshidrostticas en vacos del suelo o fracturas de

roca), o el rebajamiento rpido del nivel de aguaa) Estabilidad Esttica:

b) Estabilidad dinmica:Un anlisis de estabilidad dinmico completo

presenta los siguientes pasos:


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Determinacin del estado inicial de esfuerzosen el terrapln y la cimentacin antes del

sismo.

Seleccin del sismo de diseo y parmetrosde excitacin de la roca basal.

Establecimiento de los mdulos dinmicos yfactores de amortiguamiento de losmateriales, as como la determinacin de la

respuesta de los materiales a esfuerzoscclicos en trminos de deformacin unitaria

axial total.

Determinacin de los esfuerzos dinmicosinducidos en el terrapln, as como las

deformaciones resultantes inducidas por elsismo de diseo.

Estimacin del movimiento lateral

dinmicamente inducido en el terrapln.

PermeabilidadEl agua puede moverse a travs de espaciosvacos existentes entre las partculas del suelo. La

permeabilidad puede reducirse, pero no puedeanularse. Depende del tamao de vacos en le

suelo, por lo tanto es sensible a la granulometra,al tamao efectivo de la partculas del suelo y la

densidad.Prdidas de aguaOtro asunto que es obligatorio estudiar antes dellenar el embalse es su estanqueidad o las

posibilidades de prdida de agua. Esa es quiz lapreocupacin ms antigua que ha motivado el

estudio geolgico de reas de presas.Prdidas de caudal por evaporacinDepende de varios factores: altitud, temperatura,velocidad del viento, humedad relativa, presin

atmosfrica, etc.

Estudios geolgicos y geosismicosPermitir el conocimiento de la geologa regional,

zonas de deslizamiento, nivel fretico, zonas

inestables dentro del rea del vaso.El volumen hidrolgico almacenableViene a ser la oferta hidrolgica, que tambin sele conoce como rendimiento del llenado del

volumen til y podemos expresarlo como:

( ) =365

0

tDeOfV

V : Volumen hidrolgico aprovechable

Of : Oferta o caudal aforado en la boquillaDe: Demanda del agua del proyecto + perdidas

Estudio de la colmatacin de lasalmacenamientosDebido al transporte de slidos de fondo y en

suspensin, cuya intensidad es difcil de predecir

y puede significar una apreciable reduccin de lacapacidad del vaso.Normalmente las corrientes arrastran sedimentos

Estudio de la Boquilla

Examen general de los posibles ejes de lapresa

Los levantamientos topogrficos

Los estudios geolgicos

Los estudios de mecnica de suelos

Estudios hidrolgicos

Los estudios de permeabilidad

El estudio de la boquillaEl estudio del aliviadero

Los vertederos o aliviaderos de demasastienen por objeto eliminar en el tiempo

ms breve las descargas de avenidas yevitar que la presa sea daada.

La cota del aliviadero se fija como el

nivel normal de almacenamiento, comoel volumen mximo embalsable.

Su capacidad depende de la mximaavenida prevista con un tiempo de

retorno determinado

Para el diseo de los aliviaderos, se

efectan estudios hidrolgicos para

determinar la mxima descarga y fijar lacapacidad de evacuacin del vertedor.

Anlisis estructural del vertedor, paraasegurar su estabilidad.

Estudio de las obras de evacuacin y tomas

El volumen almacenado se evacua de la

presa mediante los conductos de fondo ytomas.

La capacidad de la toma es igual a lamxima demanda del proyecto, pero

tambin puede servir para eliminar unaparte de las excedencias.

En la mayora de las presas se ubican

dentro del cuerpo de las presas, y enotras en el mismo vaso.

Estudio de canteras de materiales

Investigacin de campo y laboratorio delos materiales posibles a emplearse de

acuerdo al tipo de presa. En el caso de presas de tierra y

enrocamiento se investigan canteras de

materiales arcillosos para el ncleo de lapresa y materiales permeables como

arenas y gravas para escarpas de la presa.Los volmenes de materiales por

investigar deben ser por lo menos eldoble del volumen requerido de toda

clase de material.

Las canteras de materiales debenubicarse prximas a la presa.

Los estudios de mecnica de suelos son

los mismos citados para la boquilla. Enel caso de rocas se ejecutarn pruebas de


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mecnica de rocas y de compresin, as

como exmenes mineralgicos y dedureza de la roca.

3. PREDIMNSIONAMIENTO DE LAPRESA:

Parmetros de diseoa) Capacidad y altura de la presa

La capacidad que debe tener el reservorio

depender bsicamente de los parmetrossiguientes:

Volumen requerido para atender las

necesidades del proyecto, volumen neto ovolumen til

Volumen requerido para compensar lasprdidas por evaporacin e infiltracin.

Volumen requerido para la deposicin de lossedimentos que quedan atrapados en el

embalse, volumen muerto.

Volumen requerido para producir el efecto delaminacin del embalse para reducir el efecto

de la crecida.La estimacin de todos estos parmetros darn el

volumen total que deber tener la presa yconsecuentemente su altura.

b) Altura estructural de la presaEs la altura mnima de la presa. Se obtiene con el

volumen total que darn los parmetros

mencionados anteriormente.

Altura hidrulicaLa altura hidrulica o altura hasta la cual se elevael agua debido a la presencia de la presa, es la

diferencia en elevacin entre el punto ms bajo enel lecho original del ro, en el plano vertical del

eje de la estructura, y el nivel de control ms altoen el vaso. La altura hidrulica de una cortina se

calcula como:hh = h1 + h2Donde:h1 : altura correspondiente a la capacidad para

sedimentos, o volumen muerto.

h2 : altura correspondiente a la capacidad paraaprovechamiento o volumen til.La altura total o estructural de la presa ser:

H = h1 + h2 + h3 + h4Donde:

h3 : altura correspondiente alsuperalmacenamiento

h4 : altura correspondiente al borde libre

a. Capacidad o volumen de sedimentos(Vz)

La estimacin de este parmetro realmente

presenta complejidades para una exactadeterminacin, la concentracin de sedimentos es

sumamente variable y las causas que lo originan

son igualmente complejas de evacuarlas. Noobstante, este es un dato importantsimo porque

de su correcta estimacin depender la eficiencia

del proyecto y la mxima vida til que pueda

tener para beneficio del proyecto.b. Capacidad o volumen til o deaprovechamiento (Va)

Es la necesidad para satisfacer las demandas de

extraccin de agua del vaso, de acuerdo con ciertaley establecida. Se obtiene mediante anlisis de

funcionamiento del vaso, para un lapsosuficientemente grande, de manera que queden

comprendidos perodos de escasez y abundanciade agua, segn las caractersticas hidrolgicas de

la cuenca.

c. Capacidad adicional para Laminar elpaso de una crecida osuperalmacenamiento (Vr)

La presa a construirse deber permitir el paso de

crecidas a travs del embales, en la etapa dediseo deben considerarse los criterios de base

para definir la altura de la presa, especialmentecuando la obra es vital para el desarrollo del

proyecto que est involucrada, cuando la cuenca a

represar es relativamente apreciable. Cabe

mencionar adems, que gran parte de las presasdestruidas han tenido su causa en una adopcin

insuficiente de este concepto.

Borde libreEs la altura, en metros, media en el desnivel entre

el NAME y la corona de una cortina.El borde libre incluye la amplitud del oleaje

generado por el viento o marea (hm), alturasignificativa de rodamiento de las olas sobre el

talud aguas arriba (hs), asentamiento mximo dela corona (hc) y margen de seguridad (hse), de

modo que:

h4 = hm + hs + hc + hse

Altura por mareas debido al viento (hm)

Hm = [V2 F Cos / 2600 D]

Donde:V = velocidad del viento (m/s)

F = fetch o alcance (Km.)

D = profundidad media del vaso (m)hm = altura de marea (m)

El fetch es perpendicular al eje longitudinal de la

presa y pasa por el centro

Altura de olas (hs)a) Si la superficie es vertical o prcticamente

vertical. Si F 18 Km. . H (m)H = altura promedio de las olas.


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H = 0.34 (F)1/2 + 0.76 0.26 (F)1/4

hs = altura de ola signicativa

hs = 1.602 H

Si F > 18 Km. H = 0.34 (F)1/2

hs = 1.602 Hb) Si la superficie es inclinada. En este caso la ola

trata de remontar el talud embalsamiento.Cuando las olas llegan ala superficie, rompen y

remontan:

He = 0.4 T (g hh)1/2 tg

hs , se calcula con la formula anteriorAltura por asentamiento mximo de la corona

hc = k H2

Donde:k = coeficiente de compresibilidad (tabla)

H = altura de la presa

Altura de seguridad (hse)1 Criterio

Mayor de los valores:

1/3 (NAME NAMO)

Altura de ola

Mnimo 60cm.

2 Criterio (Segn Justin) Presas bajas h se = 0.9 1.5

m

Presas medianas hse = 1.8 3.0m

Presas altas hse = 3.0 9.0m

5. SEDIMENTACIN EN EMBALSES:

Definicin de embalses:

Desde el punto de vista de riego, hemos definido

embalse como un lago artificial construido para

almacenar agua durante la estacin lluviosa y paradistribuirla durante la estacin seca. Tanto para

Per como para la mayora de los pases delmundo, sta es una condicin general impuesta

por el clima. Los embalses pueden almacenaragua y tiene muchos usos no menos importantes

como son:

En Riego; usos domsticos eindustriales, obtenindose como beneficio;

Incremento de la produccin agropecuaria.

Suministro de agua para uso de las poblaciones y

de las industrias.

En control de inundaciones; Prevencinde daos causados por desbordamiento durante la

creciente, en defensa de las poblaciones y reas

cultivadas o industriales. Generacin de Energa; proteccin y

suministro de energa para usos domsticos eindustriales.

Navegacin; facilidades de transporte

por va fluvial, permitiendo la navegacin entrepoblaciones.

Control de sedimentos; pequeos

embalses para control de sedimentos a otrosembalses o a corrientes de agua. Control de

erosin.

Estructuras que conforman un embalse:

Todo embalse consta de las siguientes estructurasbsicas: la presa, el aliviadero y las obras de toma.

La presa, dique o represa, es la estructura deretencin de las aguas y resiste un empuje. Debe

ser por lo tanto, impermeable y estable,conjuntamente con su fundacin y sus estribos. Su

insuficiencia provoca el desborde del agua por

encima de la cresta de la presa y el posiblecolapso de esta estructura si se trata de una presa

de tierra o enrocado.

Capacidad de un embalse:

La capacidad de un embalse se mide por el

volumen de agua contenido en su vaso dealmacenamiento para una altura dada de la presa y

de su aliviadero. Para calcular la capacidad seutilizan los planos levantados del vaso de

almacenamiento. Para ello, una vez que hallamosfijado el sitio de la presa y la cota del fondo del

ro, comenzamos por medir con el planmetro lasreas abarcadas por cada una de las curvas de

nivel.

Curvas de reas y de capacidades:

Con los datos del cuadro dibujamos las curvas decapacidades y de reas, las cuales nos permitirn

conocer grficamente los volmenes capaces deser almacenados en el sitio y las reas que sern

inundadas para cualquier altura de la presa. Estascurvas nos permiten seleccionar entre varias

alternativas, aquellas que presentan mayorescapacidades para la misma altura de la presa.

Para dibujar estas curvas se elige un sistema decoordenadas rectangulares y sobre el eje de las

abscisas, a escala determinada, se dibujan losvolmenes, a escala determinada, se dibujan los


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volmenes; en las ordenadas a partir de la cota de

fondo del ro las alturas o cotas, o ambas. Sedibuja tambin las reas inundadas, usando

sentido contrario a la curva de volmenes para

evitar confusiones al usar el grfico.

Capacidades caractersticas de un embalse:

En un embalse podemos distinguir tres

capacidades o volmenes caractersticos: 1) elvolumen muerto o capacidad de azolves; 2) el

volumen til y 3) la suma de ambos que nos da elvolumen total.

Vt = va + vu

El volumen de azolves es el volumen que

debemos disponer en el vaso para almacenar lossedimentos. Transportadas por el ro y que con el

tiempo se van depositando en l. El perodo que

tarda en colmarse esta capacidad, constituye la

vida til del embalse y se estima para proyectospequeos en unos 50 aos y para los

Alturas de las presas:

En todo embalse existen dos alturas

determinadas en

Las curvas de capacidades, as:

1. La altura de aguas muertas, h1 y

2. La altura de aguas normales, h2.

Pero no es aceptable que el agua vierta sobre lapresa misma y por lo tanto debemos aadir una

altura h3 que llamaremos borde libre. Entonces laaltura total de la presa ser:

H = h1 + h2 + h3.

6. INGENIERA DE PRESAS DE RELLENOIntroduccin:

Es una de las obras ms antiguas que se haya

realizado en nuestro planeta. En los siglos XVII yXVIII se construyeron presas de hasta 20 m de

altura y casi todas son homogneas,perfeccionndose su construccin con zonas

impermeables y de drenaje.

Posteriormente el drenaje en las presas de tierra seutiliza no solo para deprimir la curva de depresin

y conduccin de las lneas de corriente sino

tambin para asegurar los procesos deconsolidacin del suelo en el cuerpo y la base de

la presa.

DefinicinUna presa puede denominarse de relleno de

tierra si los suelos compactados representan

ms de 50% del volumen colocado de material.

Una presa de relleno de tierra se construye

principalmente con suelos seleccionadoscuidadosamente para la ingeniera, de

compactacin uniforme e intensiva en capas mso menos delgadas y con un contenido de humedad

controlada. Secciones esquemticas de algunas delas variantes ms comunes de este tipo de presas

se presentan en la figura 2.

7. DRENAJE EN PRESAS DE RELLENO:Rastrillos:

Las infiltraciones por debajo y por loscostados de una presa deben controlarse. Esto se

logra mediante la construccin de un rastrillo

(trinchera) por debajo de la estructura, el cualpuede ser continuado si es necesario, encualquiera de los costados. En general, los

rastrillos en las presas de relleno se forman condentellones anchos rellenos con arcilla

compactada, si un estrato impermeable yace aprofundidades moderadas, o con inyecciones a

profundidades ms grandes. Los rastrillos con

pantallas de inyeccin se forman usualmente en la

cimentacin de roca bajo presas de concreto.

Drenaje interno

En el interior de cualquier presa siempre

se presentan infiltraciones. Los flujos de

infiltracin y sus presiones internas resultantesdeben dirigirse y controlarse.En el caso de presas

de arco, las presiones de infiltracin en la roca de

los estribos se alivian con frecuencia por sistemasde drenajes perforados y/o ventanas de drenaje o

tneles.

Galeras internas y pozos

Adems de funcionar como drenajeslongitudinales para efectuar el control local deinfiltracin, las galeras y los pozos se utilizan

como medios para permitir la inspeccin interna,particularmente en presas de concreto. Las

galeras, los pozos y cualquier cmara asociadapara colocar las vlvulas o compuertas de

descarga tambin pueden utilizarse para acomodarinstrumentacin con propsitos de monitoreo

estructural y de vigilancia.

8. OBRAS DE DESAGE EN PRESAS:COMPUERTAS Y VLVULAS:

Obras de desageLas estructuras de desage controlado serequieren para permitir la evacuacin del agua


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cuando operacionalmente sea necesario. Se debe

tener en cuenta la necesidad de acomodar todaslas obras de tuberas y la tubera forzada con sus

vlvulas y compuertas de regulacin asociadas.

Estos dispositivos pueden acomodarse con

facilidad dentro de una presa de concreto, comose anot en la seccin 1.4. Para presas de relleno

es una prctica normal proveer una estructura decontrol externa o torre de vlvulas, que puede

estar bastante separada de la presa, para controlarla entrada a un tnel de desage o a una

alcantarilla.

9. SEGURIDAD DE PRESAS:INSTRUMENTACIN Y VIGILANCIA:Ejemplos de diseoPREDIMENSIONAMIENTO DE LA PRESAParmetros de diseo

Capacidad y altura de la presaLa capacidad que debe tener el reservoriodepender bsicamente de los parmetros

siguientes:

Volumen requerido para atender lasnecesidades del proyecto, volumen neto o

volumen til

Volumen requerido para compensar lasprdidas por evaporacin e infiltracin.

Volumen requerido para la deposicin de los

sedimentos que quedan atrapados en elembalse, volumen muerto.

Volumen requerido para producir el efecto delaminacin del embalse para reducir el efectode la crecida.

La estimacin de todos estos parmetros darn elvolumen total que deber tener la presa y

consecuentemente su altura.Altura estructural de la presaEs la altura mnima de la presa. Se obtiene con elvolumen total que darn los parmetros

mencionados anteriormente.Altura hidrulicaLa altura hidrulica o altura hasta la cual se elevael agua debido a la presencia de la presa, es la

diferencia en elevacin entre el punto ms bajo enel lecho original del ro, en el plano vertical del

eje de la estructura, y el nivel de control ms altoen el vaso. La altura hidrulica de una cortina se

calcula como:h. = h1 + h2Donde:

h1: altura correspondiente a la capacidad parasedimentos, o volumen muerto.

h2: altura correspondiente a la capacidad para

aprovechamiento o volumen til.La altura total o estructural de la presa ser:

H = h1 + h2 + h3 + h4

Donde:h3 : altura correspondiente alsuperalmacenamiento

h4 : altura correspondiente al borde libre

Capacidad o volumen de sedimentos (Vz)La estimacin de este parmetro realmente

presenta complejidades para una exacta

determinacin, la concentracin de sedimentos es

sumamente variable y las causas que lo originanson igualmente complejas de evacuarlas. No

obstante, este es un dato importantsimo porquede su correcta estimacin depender la eficiencia

del proyecto y la mxima vida til que puedatener para beneficio del proyecto.

Vz = a x VSiendo:

V = volumen total de agua que entra al vaso,durante la vida til de la presa en millones de

m3.a = Relacin volumtrica media, ente cantidad de

azolves y de agua escurrida, que se obtiene por

muestreo en el ro en estudio.

Capacidad o volumen til o de aprovechamiento(Va)Es la necesidad para satisfacer las demandas de

extraccin de agua del vaso, de acuerdo con ciertaley establecida. Se obtiene mediante anlisis de

funcionamiento del vaso, para un lapso

suficientemente grande, de manera que queden

comprendidos perodos de escasez y abundanciade agua, segn las caractersticas hidrolgicas de

la cuenca.Es el volumen comprendido entre el nivel de

aguas mnimas (N.A.Min) y el nivel de aguasmximas de operacin (NAMO), y se expresa en

millones de m3.Capacidad adicional para Laminar el paso deuna crecida o superalmacenamiento (Vr)La presa a construirse deber permitir el paso de

crecidas a travs del embalses, en la etapa dediseo deben considerarse los criterios de base

para definir la altura de la presa, especialmentecuando la obra es vital para el desarrollo del

proyecto que est involucrada, cuando la cuenca arepresar es relativamente apreciable. Cabe

mencionar adems, que gran parte de las presasdestruidas han tenido su causa en una adopcin

insuficiente de este concepto.

Borde libreEs la altura, en metros, media en el desnivel entre

el NAME y la corona de una cortina.El borde libre incluye la amplitud del oleaje

generado por el viento o marea (hm), alturasignificativa de rodamiento de las olas sobre el

talud aguas arriba (hs), asentamiento mximo dela corona (hc) y margen de seguridad (hse), de

modo que:

h4 = hm + hs + hc + hseAltura por mareas debido al viento (hm)Hm = [V

2 F Cos / 2600 D]


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Donde:

V = velocidad del viento (m/s)F = fetch o alcance (Km.)

D = profundidad media del vaso (m)

hm = altura de marea (m)

El fetch es perpendicular al eje longitudinal de la

presa y pasa por el centro

Altura de olas (hs)a) Si la superficie es vertical o prcticamente

vertical.

Si F 18 Km. . H (m)H = altura promedio de las olas.

H = 0.34 (F)1/2 + 0.76 0.26 (F)1/4

hs = altura de ola signicativa

hs = 1.602 H

Si F > 18 Km. H = 0.34 (F)1/2

hs = 1.602 Hb) Si la superficie es inclinada. En este caso la ola

trata de remontar el talud embalsamiento.Cuando las olas llegan ala superficie, rompen y

remontan:He = 0.4 T (g hh)

1/2 tg

hs , se calcula con la formula anterior

Altura por asentamiento mximo de la coronahc = k H

2

Donde:

k = coeficiente de compresibilidad (tabla)H = altura de la presa

Altura de seguridad (hse)1 Criterio

Mayor de los valores:

1/3 (NAME NAMO)

Altura de ola

Mnimo 60cm.2 Criterio (Segn Justin)

Presas bajas h se = 0.9 1.5m

Presas medianas hse = 1.8 3.0m

Presas altas hse = 3.0 9.0

mCONSIDERACIONES GENERALES PARAEL DISEO DE UNA PRESA DE TIERRAENROCADOCriterios de diseoGeneralmente el criterio para disear una presaes, basndose en la altura de la cortina, las

propiedades mecnicas de los suelos disponibles,

las condiciones de la cimentacin y la experienciaderivada de obras ya construidas, suponer una

seccin, fijando los taludes y el ancho de la

corona, y hacer los anlisis de estabilidad condiversas alternativas, tratndose de encontrar una

seccin estable y econmica.

Para que una presa de tierra pueda funcionar

eficientemente, se debe cumplir los siguientesrequisitos:

a. Que el caudal de filtracin no afecte

sensiblemente el volumen del agua

disponible en el almacenamiento.b. Que no exista peligro de tubificacion

c. Que las subpresiones no alteren laestabilidad de la estructura.

d. Que los taludes sean estables, bajo lascondiciones ms severas del

funcionamiento, a mtodos conocidos deanlisis.

e. Que no haya la posibilidad de que elagua pase por encima de la cortina.

f. Que la lnea de saturacin no corte elparmetro aguas abajo.

Altura de presaSe entiende por cortina a la estructura que secoloca atravesada en el lecho de un ro, comoobstculo al flujo del mismo, con el objeto de

formar un almacenamiento o derivacin. Talestructura debe satisfacer las condiciones

normales de estabilidad y ser relativamenteimpermeable.

TIPOS DEPRESAS Altura H (m)BajasMedias

Altas

< 30 m30 a 100 m

> 100 m

TaludesFrecuentemente se establecen valores que puedan

servir como punto de partida en una alternativa;por ejemplo, ciertos reglamentos fijan como

taludes mnimos los siguientes:

ALTURA DEPRESA

TALUDAGUASARRIBA

TALUDAGUASABAJO

4.5 a 12.0 m12.0 a 30.0 m

30.0 a 45.0 m

2 : 12.5 : 1

3 :1

1.5 : 12 : 1

2.5 : 1

HAY y BRATZ dan formulas empricas para lafijacin de taludes de las presas:

Talud aguas arriba (Z1) :

Z1 = [(4.394 x H )/( 2c + H x W x tan )]

Talud aguas abajo (Z2) :Z2 =[4.394 x H

2 1.7C (c + H x W tan )] / [H

(2c + H x W x tan )]

Siendo:H = altura del reservorio (m)

H = altura de la presa (m)

C = corona de la presa (m)

c = cohesin (Kg/m2

)tan = coeficiente de rozamiento del materialW = peso del material saturado (Kg/m3)


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Ancho de coronaSe fija este ancho para aumentar el volumen de lapresa y por consiguiente su estabilidad; para

asegurar la resistencia de esta parte contra los

deterioros ocasionados por el oleaje y para

establecer los servicios que sean necesarios sobrela presa.

Para su determinacin se ha utilizado formulasempricas y las proporcionadas por los

reglamentos Espaol y Japons las cuales se hanampliado a las zonas ssmicas, al igual que las

empricas:C = (H)1/2

C = (h)1/2

Donde:

y = coeficiente que varia segn lafuente

H = altura mxima de la presa

H =carga de agua en la seccin mximade la presa.

Para fundacin rocosa en regiones ssmicas:

=0.8 mn. =1.1 mx.

Para fundacion no rocosa en regionessismicas:

= 0.5 (0.8 + 1.1)

Cuando se usa la segunda formula:

=1.1

Reglamento Italiano : C = 0.25 HBureau Of Reclamation : C = 0.20 H + 3.00 ,

si 5 < H < 15 mEn ciertos codigos de presas se ha fijado

como anchos mnimos en la corona, lossiguientes:

ALTURA DE LAPRESA

ANCHO DECORONA

Hasta 12 m

Hasta 30 mHasta 45 m

3.00 m

4.50 m6.00m

Anlisis de estabilidadEl diseo de una presa conlleva a la concordanciade las deformaciones diferentes de los elementos

componentes de la presa zonificada entre elncleo y el prisma, motivado ms que nada por

las concentraciones de esfuerzos que pueden dardeformaciones no previstas, ocasionado grietas

internas.El clculo de estabilidad de taludes se basa en las

suposiciones siguientes: Que el desequilibrio deuna masa realiza en toda las superficies de

deslizamiento, estando vigente la teoria lmite deCoulomb:

= tg + CDonde:

= Esfuerzo tangencial en un punto = Su esfuerzo normal. = El ngulo de friccin interna

C = La fuerza de cohesin.

Todos los mtodos de clculo conlleva aconcentrar una superficie para el cual el

coeficiente de seguridad sea el mnimo, siendo lams frecuente utilizar la formula:

( )

( )

=lizantesFuerzasdesM

istentesFuerzasresMSF ..

( )

( )

( )

( )xyyxf

Cf

f

CfSF

,,

,,.. ==

A pesar de aquello se usa por lo practico y

sencillo que es el mtodo, para presas pequeas ymedianas y en algunos casos para presas altas en

una etapa de factibilidad.

1. Modelamos el material de tal forma quela muestra de laboratorio sea

representativa de la real, o;2. Realizamos una serie de experimentos

considerando todos los factores queinciden en el valor del ngulo de los

materiales granulares.

Los trabajos realizados con aparatos triaxiales degran tamao 12 14 han determinado que el

valor del ngulo se expresa as:

( )cDnFdf r ,,,,,=Donde: = esfuerzo normal

d = dimetro del granoF = forma del grano

n = Coeficiente de homogeneidad.

Dr =Densidad relativa.c = Esfuerzo de compresin simple del material

del grano

Esta ecuacin es genrica para enrocados de

presas de cualquier altura (H). Los experimentosmuestran que para presas pequeas de altura

menor que 10 m donde el valor vara de 2 3kg/cm2 el valor de depende nicamente de la

geometra de los componentes del relleno, esdecir, de su forma, granulometra, densidad

relativa, mas no depende de su dimetro ni delesfuerzo de compresin axial del material.

Esta definicin nos permite analizar que parapresiones pequeas 2 Kg/cm2.

( )rDnFf ,,=


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Aqu es conocido que a mayor densidad relativa,

mayor ngulo , pero al analizar su forma enmateriales homogneos n =1, los materiales

angulares poseen mayor ngulo que los cantos

rodados.

CONCLUSIONES

1. En el caso de enrocado con grado dealteracin significativa, se deber evaluar

su comportamiento geotcnico,especialmente si la presa ser de gran

altura. Se deber evaluar el efecto de roturade partculas, lo cual modificar su

granulometra y el contenido de finos loque puede alterar significativamente la

permeabilidad del material conduciendo

eventualmente a un aumento del nivelfretico al interior de la presa ydisminuyendo de ese modo su estabilidad.

2. En el caso de disearse presas de

enrocado de gran altura es conveniente

evaluar el impacto de las altas presiones

en: a) la rotura de partculas, modificandola granulometra y contenido de finos, b)

modificacin de los parmetros deresistencia y compresibilidad, modificacin

que depende de la trayectoria de tensionesseguida y de las condiciones de drenaje.

3. Para la construccin de presas de

enrocado se recomienda compactarse encapas no mayores a 2 m, y el talud de

aguas arriba debe considerar sistemas defiltros preferentemente de materiales

granulares o mediante geotextiles si lagranulometra del enrocado es muy gruesa.

4. Aguas debajo de la presa de enrocado se

recomienda usar pozos de monitoreo de lacalidad del agua superficial y subterrnea

para controlar la emisin de elementos

prohibitivos a cursos naturales de agua. Deverificarse cualquier agresin al medio

ambiente o de conocerse de este riesgo

durante la fase de diseo, se deberconsiderar sistemas de interceptores de

filtraciones aguas debajo de la presa parasu eventual tratamiento o recirculacin al

proceso.

BIBLIOGRAFIA

Presas y Reservorio _________________

comit peruano de grandes presas

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/tratado+basico+de+presas

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