Cimentaciones en Presas

8/16/2019 Cimentaciones en Presas

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4.4.4.1. Cimentación de las Presas.

Una gran presa es, casi siempre, una obra singular, adaptada a la morfología yresistencia del cimiento, así como al régimen hidrológico del río. Tanto la presa como elagua retenida en ella interactúan con una gran masa de terreno, de dimensiones muysuperiores, la mayoría de las veces, a las de la propia presa. El diseño y la construcciónde una presa son, en principio, compleos y austados a cada caso, muy difíciles de

tipi!car. "ero e#isten ciertas reglas generales $ue pueden aplicarse, y de hecho seaplican, dentro de cada tipo de presas, utili%ando los precedentes de presas anteriores,incluso para e#trapolarlos.E#iste una &ta#onomía' de los diferentes tipos de presas, basada tanto en la formacomo en el material base para la construcción de la cortina de la presa( bóveda, arco)gravedad, gravedad *concreto vibrado convencional ++, concreto compactado conrodillo -++, relleno duro hard!ll, materiales sueltos *enrocamiento o suelos, connúcleo de arcilla E+-/, con cara de concreto +0-/, con cara asf1ltica 20-/, otrosmateriales varios *madera, metales, geosintéticos3. "or ra%ones técnicas yeconómicas, en cada época se ha tendido a preferir unos tipos de presas sobre otros./e forma general se puede a!rmar $ue el arte de las presas tiende a evolucionar en eltiempo pre!riendo los tipos de presa $ue(

• re$uieren menos mano de obra y pueden mecani%arse m1s, utili%ando latecnología disponible en cada época.

• 4impli!can lo m1s posible la bús$ueda de materiales.

5ay unas condiciones generales para el terreno de cimentación de una presa decual$uier tipo(

• 6a cimentación debe ser su!cientemente resistente *por sí misma o después detratada para $ue la presa sea estable

• 4us deformaciones bao las cargas del agua y del propio peso de la presa debenser compatibles con las deformaciones de la propia presa.

• 6a cimentación debe ser su!cientemente impermeable *por sí misma o despuésde tratada para completar la función de contención y almacenamiento de aguade la presa.

• En caso de sismo la presa debe mantener su función de retención del agua delembalse, aun$ue pueda sufrir algún daño parcial.

-esumiendo podríamos decir $ue el terreno de cimentación debe ser su!cientemente

resistente y su!cientemente impermeable. "or su parte la presa debe contener el agua,con un factor de seguridad su!ciente ante un desli%amiento global, y acomodarse a lasdeformaciones del terreno sin dear de prestar servicio. 6as necesidades, respecto a laresistencia del terreno y a la magnitud de su deformación admisible, son diferentespara cada tipo de presa./e forma general puede a!rmarse $ue las presas de concreto *y las de enrocamientocon cara de concreto, +0-/ re$uieren cimentaciones, total o parcialmente, en rocamientras $ue las de materiales sueltos pueden cimentarse en suelos.4e acepta como norma de buena pr1ctica proponer los valores de las propiedades m1simportantes del terreno de la cimentación de una presa re!riéndolas a ciertos índices



de calidad *%oni!caciones geotécnicas, velocidad sísmica de las ondas ", grado deintemperismo.... Estas propiedades son principalmente la permeabilidad *e#presadafrecuentemente en unidades 6ugeon, la resistencia a esfuer%o cortante del cimiento*en la mayoría de los casos la cohesión y ro%amiento del maci%o rocoso y7o de las

untas predominantes y la deformabilidad del terreno.

4.4.4.1.1. Tipos de Cimentación: Rocas, Limo Arcillas, Saturadas, Dentellones,etc.

6a cimentación de la presa comprende el lecho del cauce así como los estribos. 6acimentación debe proporcionar apoyo estable para el cuerpo de la presa encondiciones de saturación y diferentes cargas actuantes *"eso de la presa, empue delagua almacenada, componente hori%ontal del sismo, etc.8 así como tener una elevadaresistencia a la !ltración para evitar una pérdida e#cesiva de agua.

6as cimentaciones se pueden clasi!car en 9 tipos(

•

b.: +imentación de roca.• b.; +imentaciones grava y arena.

• b.9 +imentaciones de limo y arcilla.

E#iste un cuarto tipo representado por los depósitos <uvioglaciares, <uvioaluviales,coluviales, aluvial. +ompuestos por lentes interestrati!cados o estratos irregularmenteestrati!cados compuestos por capas de arena, arcilla, arena !na, gravas de e#tensión yespesor variables.

TRATAMI!T" D LA CIM!TACI"!

= El tratamiento mínimo para cual$uier cimentación consiste en la limpie%a del 1rea de

cimentación de la capa super!cial org1nica y otros materiales inadecuados y si la capasuper!cial es relativamente delgada, se limpia hasta la roca !a.

= +uando no se emplee un dentellón, siempre debe proyectarse una %ana para unir la%ona impermeable del cuerpo de la presa a la cimentación. El ancho mínimo es de >.?m.



CIM!TACI"! ! R"CA

. El principal problema $ue afecta las cimentaciones de roca, son las !ltraciones $ue

ocurren a través del sistema de grietas, diaclasas, planos de estrati!cación y planos defallas.

. 6as medidas correctivas $ue se adoptan para disminuir el <uo de agua a través de lacimentación son(

• +onstrucción de un colchón impermeable aguas arriba del pie de presa.

• "antalla de inyecciones de una sola línea.

• 6as inyecciones por su costo deben aplicarse para casos especí!cos cuando se

tengan altas !ltraciones y no se pueda construir un colchón o blan@etimpermeable.

PR"#LMAS ! LA CIM!TACI"! ! $RA%A & AR!A

2. "roblemas en cimentaciones de grava y arena

= "érdidas signi!cantes de agua a través de la cimentación.

= 0enómenos de tubi!cación.



= 0enómenos de 6icuación de arenas limpias saturadas *generalmente !nas yuniformes con una densidad relativa menor de A?B, determinada por ensayos 4"T.



C. Tu'i(cacion

E#isten dos tipos de falla por tubi!cación(

En la primera, la falla ocurre por un levantamiento repentino de la cimentación en el

pie aguas abao de la presa y generalmente ocurren en la primera ve% $ue se llena elvaso.

En la segunda, la falla ocurre por un proceso lento y acumulativo de erosiónsubterr1nea, después $ue la presa ha estado en servicio un tiempo.

+omo es difícil determinar cu1ndo una tubi!cación va a producir falla, se recomiendaproyectar la estructura para $ue no se produ%ca la tubi!cación.

• El ancho mínimo C es A m. para permitir la operación del e$uipo mec1nico.

• En el caso $ue los dentellones no alcancen el material impermeable por ra%ones

económicas, se pueden construir dentellones de arcilla parciales, pero debentenerse en cuenta lo siguiente(

• Un dentellón $ue se profundice el A? B de la profundidad del estrato

permeable, solamente reducir1 el ;AB de las !ltraciones. "ara reducir el A?Bdel volumen de !ltraciones es necesario profundi%ar hasta el D?B de laprofundidad del estrato permeable.

• Un dentellón parcial puede ser efectivo estratos super!ciales permeables de

una cimentación interestrati!cada.

#lan)et de material impermea'le



.Es una capa construida como una prolongación de la %ona impermeable de la presa,hacia el lado aguas arriba. El blan@et o colchón se usa cuando el espesor del materialpermeable hace antieconómico llevar el dentellón hasta la roca o materialimpermeable.

. 4e emplean también combinados con dentellones parciales.

.4on efectivos para disminuir el volumen de las !ltraciones, pero no se puede con!ar$ue reducir1n completamente las fuer%as de !ltración y evitar las fallas portubi!cación.

.El espesor del blan@et se puede considerar el :?B de la carga hidr1ulica sobre este,con un espesor mínimo de :.?? m.

.6a longitud ser1 calculada considerando el porcentae de disminución de pérdidas de!ltración $ue se desea obtener. 6a meor manera de calcular la longitud de un blan@etser1 por tanteos, tra%ando redes de <uo con diferentes longitudes y determinando lae#tensión del blan@et $ue permita obtener la !ltración deseada.

. También, la longitud del Clan@et se obtiene aplicando la fórmula de /achler y+ambefort.

*iltros + #lan)et de drenae:

. 4e colocan aguas arriba de la cimentación permeable con el obeto de permitir ladescarga de las !ltraciones y controlar la ocurrencia de fallas por tubi!cación.

. 4e incluyen Clan@et hori%ontal de drenae en los siguientes casos(

• +imentaciones permeables relativamente homogéneas $ue no tienen

dentellones efectivos de arcilla.• +imentaciones permeables cubiertas por capas delgadas impermeables.

Drenes de talón + -anas de drenae



Tienen la función de recoger y evacuar el agua de !ltración captada por el blan@etpermeable a través de un tubo de descarga e#terior. 6os drenes son tubos de >' dedi1metro mínimo.

/renes de talón y %anas de drenae

Tienen la función de recoger y evacuar el agua de !ltración captada por el blan@et

permeable a través de un tubo de descarga e#terior. 6os drenes son tubos de >' dedi1metro mínimo.

"ara evitar la ocurrencia de fenómenos de erosión interna se recomienda $ue laprofundidad de los po%os debe ser igual a la carga hidr1ulica del reservorio.

4i el estrato impermeable es igual o mayor $ue la carga hidr1ulica del reservorio, nonecesita tratamiento de la cimentación para evitar la tubi!cación.

4i el estrato impermeable es menor $ue la carga hidr1ulica del reservorio y adem1s esmuy grueso para proyectar %anas de drenae, o la cimentación permeable est1estrati!cada, entonces es necesario instalar po%os de drenae.

TRATAMI!T" ! LA CIM!TACI"!! LIM" & ARCILLA

6a solución m1s pr1ctica para las cimentaciones de limo y arcilla saturadas es diseñarpresas con taludes m1s inclinados, con el propósito de aumentar la super!cie dedesli%amiento, y disminuir los esfuer%os cortantes $ue actúan en ella, para incrementarel factor de seguridad contra desli%amiento.

ateriales

Teniendo en cuenta los materiales disponibles, el proyectista debe estudiar varias

secciones de presas considerando la inclusión de los suelos $ue podrían e#plotarsepara la construcción.

El diseño de la estructura así como el an1lisis de los costos para cada caso, permitir1seleccionar la alternativa económica.

"or eemplo, si se tienen dos tipos de materiales para conformar la estructura de lapresa( una arena arcillosa y un limo de baa plasticidad8 el ingeniero proyectar1 unasección homogénea con la arena arcillosa, considerando un !ltro en el pie del taludaguas abao, lo cual debe dar a la estructura una aceptable estabilidad, si se asume$ue la cimentación es una roca sana poco agrietada.

/e otro lado el proyecto de la presa considerando el limo de baa plasticidad debetener un !ltro vertical unido a otro en la base, dado $ue este material es susceptible ala tubi!cación.





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