INFORMACIN NECESARIA.

1.1 Ubicacin de la boquilla y del vaso.Utilizando una carta geogrfica se ubica el eje de la boquilla y el rea del espejo del vaso.

1.2 Geologa de la boquilla y del vaso.Informe elaborado por un gelogo acerca de las formaciones geolgicas, fallas, napa fretica y estabilidad de los taludes tanto del vaso como de la boquilla.

1.3 Topografa de la boquilla y del vaso.Plano topogrfico a curvas de nivel, cada 1.00 m, del vaso y de la boquilla (hasta 300 m aguas abajo del eje).Ubicacin del eje de la presa en el plano de la boquilla.

PARTES PRINCIPALES DE UNA OBRA DE REPRESAMIENTO

TOPOGRAFIA DEL VASO

TOPOGRAFIA DE LA BOQUILLA

1.4 Hidrologa del proyecto.

Informacin climatolgica: Velocidad mxima del viento, evaporacin diaria o mensual, temperatura mxima y mnima. Caudales de aporte de la cuenca al 75% y 85% de persistencia. Caudales de demanda del proyecto (consumo poblacional, irrigacin, pecuario, hidroenerga, industrial, etc.)

Volmenes del embalse: Volumen muerto, volumen muerto por cota de derivacin, volumen inactivo, volumen til, volumen de sper almacenamiento.

1.5 Mecnica de suelos y rocas del material de prstamo.

El estudio se hace en las canteras en un radio no mayor de 5 km desde la boquilla.Clasificacin SUCS .Pruebas triaxiales (UU, CU, CD)PorosidadPeso especficoPruebas de permeabilidadMdulo de deformacin

1.6 Mecnica de suelos y rocas de la boquilla.

Clasificacin SUCS Pruebas triaxiales (UU, CU, CD) Porosidad Peso especfico Pruebas de permeabilidad Mdulo de deformacin

CRITERIOS DE DISEO

2.1 DISEO GEOMTRICO2.1.1 Altura de la presaInicialmente, la altura de la presa se mide a partir del lecho del cauce en el eje de la boquilla, tomando en cuenta los niveles caractersticos del embalse (cota de derivacin, nivel mnimo de operacin, nivel de aguas mximas ordinarias, nivel de aguas mximas extraordinarias). Para mayor facilidad se utiliza la grfica de curvas altura-volumen y altura-rea del vaso.

Borde libre: bl= hm + hv + hr+ ha + hd

ALTURA DE LA PRESAH

2.1.2 Ancho de la corona

Se fija este ancho para dar mayor volumen a la presa y aumentar as su estabilidad, para tener ms resistencia la coronacin contra los deterioros por el oleaje y para establecer los servicios que sean necesarios sobre la presa.

B

2.1.3 Taludes

El perfil transversal de una presa de tierra o enrocamiento se determina por los resultados que proporciona la experiencia, basada en presas existentes y teniendo en cuenta las otras que fallaron.

CUADRO N 2.- Caso de seccin homognea, con embalse de regulacin o almacenamiento, sin desembalse rpido. Cortina ubicada en cimentacin estable.

Clasificacin SUCSTalud aguas arribaTalud aguas abajoGC, GM, SC, SM2.52CL, ML32.5CH, MH3.52.5

2.1.4 Bermas o banquetas

Tienen por objetivo reducir los efectos de erosin por las lluvias del talud de aguas abajo y en el talud de aguas arriba para sostener la proteccin de enrocado.Son tiles para dar acceso a vehculos, maquinaria y personal tcnico que realizan el mantenimiento del enrocado y los instrumentos de medicin colocados en el cuerpo de la presa.

2.1.5 Proteccin del paramento

El paramento de aguas arriba se protege desde el nivel de la corona hasta el nivel mnimo de operacin. La proteccin es ms efectiva con rocas durables, grandes y angulares colocadas sobre un filtro convenientemente graduado. Una regla emprica para determinar el tamao de roca es la siguiente:

EnrocadoGravaMaterial cohesivo(Filtro)(Dren)EnrocadoGravaAcarreos(Trinchera)

2.1.6 Materiales de relleno

Para el ncleo.- Los materiales deben tener permeabilidad baja ( k < 10 -5 cm/s) y de forma ideal deben ser de plasticidad intermedia a alta para acomodar la deformacin sin arriesgar el agrietamiento. Ver Tabla 2.5 y Tabla 2.6 del Anexo.

Se ha sugerido que el riesgo de agrietamiento interno severo debido a las incompatibilidades de deformaciones en las interfaces dentro de la presa sea de importancia cada vez mayor para rellenos trreos, si la razn entre la sedimentacin mxima despus de la construccin y H Cot, donde H es la altura del relleno y es el ngulo del talud, exceda en valores entre 0.003 y 0.005. Es decir:

b) Para los espaldones.- Los suelos utilizados deben tener una resistencia al corte bastante grande para permitir una construccin econmica de taludes estables. Es probable que el relleno tenga una permeabilidad relativamente alta para ayudar a la disipacin de la presin del agua en los poros. Las zonas de los espaldones deben ser de material progresivamente ms grueso a medida que se aproximan a las caras de los paramentos.

Para los filtros.- El material debe estar limpio, permitir el drenaje libre y no ser propenso a degradacin qumica. Las gravas naturales finas procesadas, rocas trituradas y arenas gruesas o medias son apropiadas, y se emplean con la secuencia y gradacin determinada por la naturaleza del ncleo y/o los rellenos de los espaldones adyacentes. El costo de los materiales procesados de filtro es relativamente alto. La permeabilidad del filtro debe ser, como mnimo, unas 20 veces superior a la del suelo a proteger y mejor 50 ms.Para los drenes.- Adems de los materiales indicados para los filtros, se utilizan gravas gruesas, rocas, tubos perforados.

2.2 DISEO CONTRA FILTRACION INCONTROLADA. La infiltracin dentro y debajo del relleno debe controlarse para prevenir la erosin interna oculta y la migracin de materiales finos. Los gradientes hidrulicos, la presin de infiltracin y las velocidades de infiltracin dentro y bajo la presa deben, por tanto, restringirse a niveles aceptables para los materiales empleados.

RED DE FLUJO DE UNA CORTINA DE MATERIAL HOMOGENEO E ISOTROPO

2.2.2 Trazo del la Lnea de Filtracin Superior de una cortina de material homogneo e istropo.El trazo de la red de flujo requiere conocer previamente la forma y posicin de la lnea de filtracin superior (L.F.S) que atraviesa la cortina, para la geometra propuesta, conociendo las caractersticas de permeabilidad y granulometra de los materiales de prstamo.Kozeny estudi el problema de filtracin a travs de una cortina homognea con una cara aguas arriba parablica descansando sobre una superficie impermeable y un dren horizontal permeable, ambas superficies forman un ngulo = 180 . Tomando como origen de coordenadas, de los ejes x e y, el punto A se traza una parbola B-F-Do, cuya expresin es :

LINEA DE FILTRACION SUPERIOR EN UNA PRESA HOMOGENEA E ISOTROPA, CON DREN HORIZONTAL

LINEA DE FILTRACION SUPERIOR DE UNA PRESA HOMOGENEA E ISOTROPA, CON DREN TRIANGULAR

LINEA DE FILTRACION SUPERIOR DE UNA PRESA HOMOGENEA E ISOTROPA, CON DREN INCLINADO

2.2.3 Trazo de la red de flujo en una cortina homognea e istropa.

Una vez definida y dibujada la lnea de filtracin superior se identifican las fronteras, la prdida de carga total (por ejemplo hf de la fig., N 10) la cual se divide en cuatro o ms partes iguales. A partir de dichas divisiones se trazan lneas horizontales hasta cortar la lnea de filtracin superior (por ejemplo los punto P, Q, R de la fig. N 10). El talud de aguas arriba de la cortina se considera como la primera lnea equipotencial y las siguientes se trazan desde los puntos P, Q y R formando ngulo de 90 tanto con la lnea de filtracin superior como con las lneas de corriente.

PRESA HOMOGENEA E ISOTROPA CIMENTADA EN MATERIAL IMPERMEABLE

CAUDAL DE FILTRACION Y GRADIENTE HIDRAULICO

2.2.4 Transformacin de un medio homogneo y anistropo en un medio homogneo e istropo.

En dos dimensiones la conductividad hidrulica en un medio homogneo y anistropo puede representarse por una elipse de semiejes . y

SECCION REAL Y SECCION TRANSFORMADA

2.3 DISEO CONTRA DESLIZAMIENTOS

2.3.1 RESISTENCIA AL CORTE.Cuando en una o ms superficies continuas de un terrapln y/o de su cimentacin el valor mediode los esfuerzos cortantes iguala a la resistencia media disponible, ocurre lo que se denomina undeslizamiento o una falla por cortante.La resistencia al corte de un suelo se cuantifica de ordinario mediante dos parmetros:La cohesin, c, resulta esencialmente de las fuerzas elctricas complejas que entrelazan las partculas del tamao de las arcillas.El ngulo de resistencia al corte, que se desarrolla por la resistencia a la friccin entre las partculas y su entramado.

Donde: = resistencia al corte en la falla.c, = parmetros de resistencia al corte (cohesin y ngulo de friccin interna). = esfuerzo normal en la falla.Influencia del agua en los vacos: La presin de agua en los poros que es positiva por debajo del nivel fretico disminuye la presin de contacto entre las partculas y el esfuerzo intergranular (esfuerzo efectivo = ) que se transmite a travs de las partculas de suelo, el cual es menor que el esfuerzo total, , en una cantidad equivalente a la presin de agua en los poros, uw; es decir, la presin o el esfuerzo efectivo est dado por: = uw 1 = 1 uw ; 3 = 3 uw Donde:, 1 , 3 = esfuerzos efectivos. , 1 , 3 = esfuerzos totales.uw = presin de poros.

Por ejemplo, un aumento del esfuerzo efectivo producir un reajuste de las partculas de suelo pasando a una agrupacin ms compacta; sin embargo, un aumento anlogo del esfuerzo total o de la presin intersticial, manteniendo constante el esfuerzo efectivo producir un efecto escaso o nulo sobre la compacidad de las partculas.La resistencia al esfuerzo cortante en trminos de esfuerzos efectivos puede determinarse con la expresin:

2.3.2 EQUILIBRIO LIMITE Y FACTOR DE SEGURIDAD

Se llama Equilibrio Lmite la situacin del macizo, a lo largo de la futura superficie de rotura, justamente antes de la falla. Esto supone adems que la rotura sobreviene en el mismo momento a lo largo de toda la superficie, mientras que de hecho el fenmeno se produce primeramente en una zona ms solicitada, que cede, modificando as las condiciones de equilibrio de las zonas contiguas; la rotura del macizo sobreviene poco a poco.Para facilitar el estudio terico, conviene sustituir la superficie de rotura real por una superficie aproximada equivalente, geomtricamente sencilla, tal como un crculo propuesto por Peterson y Fellenius.Por la posicin del crculo se pueden distinguir: Las roturas superficiales (en la cabeza o al pie del talud) y las roturas profundas.

2.3.3 ESFUERZOS MOTORES Y ESFUERZOS RESISTENTES

Segn la fig. N 28, se ve que los esfuerzos motores estn constituidos por la accin de las masas que se encuentran ms arriba de la vertical del centro del crculo de rotura (tal como la masa de peso W1) reducida por la que est actuando como cua (tal como la masa de peso W2).Por el contrario, los esfuerzos resistentes estn constituidos por la suma de las resistencias locales al corte dQ, a lo largo de toda la longitud del crculo de rotura, las cuales se oponen al deslizamiento.

2.3.4 FACTOR DE SEGURIDADPara un crculo cualquiera, el equilibrio entre esfuerzos motores y esfuerzos resistentes no corresponden ya a la movilizacin total de las resistencias al corte, sino que puede corresponder a una movilizacin parcial (crculo estable) o a una superacin de las capacidades resistentes (crculo inestable). La ecuacin (48) se sustituye por: El coeficiente F se llama factor de seguridad. Es inferior a 1 para un crculo inestable, igual a 1 para un crculo en equilibrio lmite y superior a 1 para un crculo estable. Es decir:

Para un talud del mismo material, el factor de seguridad en un punto es:De donde Son principalmente en la difcil determinacin de la resistencia al corte. Este factor de seguridad debe calcularse para la superficie ms crtica a travs del talud. Los errores en el clculo de estabilidad rad

En este mtodo, el factor de seguridad F se define en funcin de los momentos respecto al centro del arco deslizante.

2.3.4.1 METODO DE FELLENIUSEn este mtodo se supone que las fuerzas que actan sobre las caras de la dovela tienen una resultante nula en la direccin normal al plano de deslizamiento de esa dovela..Momento motor : r Wi SeniMomento resistente: r Ti = r (ci + i Tan) i

El factor de seguridad est dado por:

2.3.4.2 METODO DE BISHOP (VERSION SIMPLIFICADA)En este mtodo se supone que las fuerzas que actan sobre las caras laterales de una dovela cualquiera tienen una resultante nula en direccin vertical.Debe utilizarse un valor del factor de seguridad F para expresar las fuerzas tangenciales Ti:

El factor de seguridad:

2.3.5 DETERMINACION DEL CIRCULO CRITICO

En la seccin transversal del talud considerado se traza el centro de cada crculo estudiado y se determina el factor de seguridad. Las intersecciones de la malla es un centro de cada crculo de falla que le corresponde un factor de seguridad Fi.

2.3.6 CONDICIONES DE ESTABILIDADGeneralmente, la estabilidad de una presa pasa por cuatro estados crticos en los cuales debe verificarse que el diseo contra deslizamientos es adecuado.2.3.6.1 A CORTO PLAZO (DURANTE LA CONSTRUCCION O INMEDIATAMENTE DESPUES DE ELLA)Es usual analizar la estabilidad de esta condicin en trminos de esfuerzos totales suponiendo disipacin nula de presin de poro ( esto es, tomando la resistencia no consolidada no drenada:UU de especimenes con esfuerzos confinantes y con caractersticas semejantes a las del suelo compactado in situ), o consolidadas no drenadas (CU), o bien en trminos de esfuerzos efectivos con las presiones de poros resultantes de mediciones en la propia cortina. 2.3.6.2 A LARGO PLAZO Y EMBALSE LLENOEl factor de seguridad llega a un mnimo en la condicin de trabajo a largo plazo. Lo ms conveniente en este caso es hacer el anlisis de estabilidad en trminos de esfuerzos efectivos a partir de la resistencia de pruebas consolidadas drenadas (C D) de especimenes representativos. En este caso la presin uwi en el prototipo es la debida solo a condiciones de flujo establecido y se puede estimar con la red de flujo.dicha medicin.

2.3.6.3 DURANTE VACIADO RAPIDO

El estado de esfuerzos correspondiente a la condicin de vaciado rpido puede presentarse si el nivel del embalse baja una cantidad considerable en el trmino de unas semanas o unos pocos meses; realmente basta, para tener vaciado rpido, que el agua descienda ms aprisa que lo que se disipan los excesos de presin neutral en el cuerpo de la presa, originados precisamente por dicho abatimiento.Despus del vaciado rpido, las fuerzas de peso son del mismo orden que las que actan al final del perodo de construccin; la nica diferencia se tiene en el pequeo aumento del peso especfico del suelo debido a un grado de saturacin mayor. Lo que hace que el vaciado rpido sea una condicin especial son las altas presiones neutrales que existen dentro del talud de aguas arriba.Para conocer las presiones neutrales con vista de aplicar el criterio de esfuerzos efectivos, se utiliza el estudio de la red de flujo que se establece durante vaciado rpido.La experiencia muestra que los deslizamientos ms importantes ocurrieron con vaciados que abarcaron desde el mximo nivel del agua, hasta una altura del orden de la mitad de la presa y que tuvieron velocidades del orden de 20 30 cm/da.

2.3.6.4 AL FINAL DE LA CONSTRUCCION BAJO EXCITACIN SISMICADurante un sismo, a las fuerzas actuantes permanentes se suman fuerzas de inercia alternadas debidas a la respuesta dinmica de la cortina. Esta variacin de esfuerzos a su vez induce cambios de presin de poro y de resistencia en los suelos. Los resultados netos son variaciones transitorias del factor de seguridad en uno y otro sentido. Debido a que el perodo durante el cual dismiuye el factor de seguridad es muy pequeo (mucho menor que el necesario para dar lugar a un deslizamiento como los que ocurren bajo carga esttica) dicho factor de seguridad puede alcanzar transitoriamente valores an menores que la unidad sin que necesariamente resulte una falla por cortante. As pues, el concepto convencional de factor de seguridad pierde su significado en este caso y el diseo contra deslizamiento bajo sismo debe hacerse en trminos de las distorsiones de la cortina resultante de la acumulacin de pequeos desplazamientos en cada ciclo de fuerzas inerciales.

Factor de seguridad incluido el efecto ssmico por el mtodo de Fellenius:

Factor de seguridad incluido el efecto ssmico por el mtodo de Bishop:

2.3.7 FACTORES MINIMOS DE SEGURIDADLos valores de Fmin determinados en un anlisis de estabilidad completo siempre deben considerarse como relativos y no como absolutos. Las expresiones empleadas para F varan en rigor y son inexactas. Consideraciones econmicas inducen a aceptar valores relativamente bajos de F para los taludes de los rellenos.

Cuadro N 9.- Factores mnimos de seguridad en el anlisis de estabilidad de taludes.

CondicinFminMs sismoAl final de la construccin1.25 (talud aguas arriba)1.25 (talud aguas abajo)1.001.00Filtracin permanente1.50 (talud aguas arriba)1.50 (talud aguas abajo) 1.25 1.25Desembalse rpido1.25 (talud aguas arriba)1.25 (talud aguas abajo) 1.00 1.00

2.3.8 RECOMENDACIONES PARA SELECCIONAR LAS REBANADAS EN EL CUERPO DE UNA PRESA

1.- El nmero mnimo de rebanadas puede ser de diez.2.- Colocar un extremo de rebanada en cada cambio de geometra de la cortina.3.- Colocar una divisin en cada cambio de estrato.4.- El arco subtendido y la cuerda respectiva en la base de la rebanada, no deben diferir grandemente en longitud.5.- La base de cada rebanada debe desarrollarse en una sola clase de material.

CIRCULO DE FALLA-METODO DE LAS REBANADASAnlisis de estabilidad de la presa:Trazar un crculo de falla aguas arriba y aguas debajo de la presa, luego determine el Factor de Seguridad de cada uno de ellos, considerando el efecto ssmico, para la condicin Al Final de la Construccin. Aplique los mtodos de Fellenius y de Bishop.