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Guía para el diseño de pequeñas

Presas de tierra (Desarrollo de un proyecto) Dr. Ing. Andrés Calizaya Terceros

INSTITUTO DE HIDRAULICA E HIDROLOGIA

Estudiantes: Univ. RAMOS GARZOFINO LIZETH VICTORIA Univ. TARQUI DURAN CARLOS NAHIM

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL

INSTITUTO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA OBRAS HIDRÁULICAS CIV – 332 J.T.P. DOC.: Dr. Ing. ANDRÉS CALIZAYA

GUÍA PARA EL DISEÑO DE PEQUEÑA PRESA DE TIERRA ÍNDICE 1.

GENERALIDADES. ................................................................................................................. 3 1.1.

INTRODUCCIÓN. ............................................................................................................. 3

1.2. FUNCIONES Y OBJETIVOS QUE SE PERSIGUEN CON LA CONSTRUCCION DE PRESAS. ............................................................................................... 7

2.

1.2.1.

NECESIDAD DE PRESA. ...................................................................................... 7

1.2.2.

OBJETIVOS. .............................................................................................................. 7

1.2.3.

FUNCIONES. .............................................................................................................. 8

CAMBIO CLIMÁTICO. ........................................................................................................... 9 2.1.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS PRESAS. ................................................. 9

2.2.

ALTERACIÓN DE LOS EMBALSES. ......................................................................... 9

2.3.

ALTERACIÓN DE SISTEMAS ACUÁTICOS POR PRESAS. .............................. 9

2.3.1.

FRAGMENTACIÓN: EFECTO BARRERA. ...................................................... 9

2.3.2.

PEQUEÑAS ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS. .............................................. 10

2.3.3.

MODIFICAN EL RÉGIMEN DE CAUDALES. ............................................... 11

2.3.4.

INCREMENTO DE VOLUMEN DE AGUA EVAPORADA. ........................ 12

2.3.5.

EMISIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO. ................................ 12

2.3.6.

MODIFICAN CONDICIONES GEOMORFOLÓGICAS. ................................ 13

2.3.7.

MODIFICAN LA CALIDAD DEL AGUA. ........................................................ 13

3.

INFORMACIÓN BÁSICA. ................................................................................................... 13

4.

ESTUDIOS BÁSICOS. ........................................................................................................... 14

5.

DISEÑO DE LA PRESA....................................................................................................... 18 5.1.

COMPONENTES DEL VASO DEL EMBALSE. ..................................................... 18

5.2.

CAPACIDAD DEL EMBALSE.................................................................................... 19

5.3.

DISEÑO DE LA ALTURA. ........................................................................................... 21

5.4.

VOLUMEN MUERTO. ................................................................................................... 22

5.5.

VOLUMEN ÚTIL............................................................................................................. 23

5.6.

VOLUMEN REGULACIÓN DE CRECIDAS. ........................................................... 23

5.7.

BORDO LIBRE............................................................................................................... 24

5.8.

DETERMINACIÓN DE FILTROS HIDRÁULICOS. ............................................ 25

5.8.1.

ANCHO DE LA CORONA. .................................................................................... 25

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5.8.2.

SELECCIÓN DE LOS TALUDES TAA Y TAB. ............................................... 25

5.8.3.

PREDISEÑO DE FILTROS HIDRÁULICOS. ................................................ 25

5.9. 5.10.

ANÁLISIS DE FILTRACIÓN. ..................................................................................... 27 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD............................................................................... 28

5.10.1.

CONDICIONES NO SATURADAS. ................................................................. 28

5.10.2.

ANÁLISIS CON NIVEL FREÁTICO. ............................................................. 29

5.10.3.

PROGRAMA ESTABILITY 2006.................................................................. 30

5.11.

DISEÑO DE BOCATOMAS CIRCULAR. ............................................................. 36

5.12.

DISEÑO DEL VERTEDERO DE EXCEDENCIAS............................................ 37

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GUÍA PARA EL DISEÑO DE PEQUEÑA PRESA DE TIERRA 1. GENERALIDADES. 1.1.

INTRODUCCIÓN.

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. Tiene 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, para laminación 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 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. 

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 numerosas clasificaciones, dependiendo de:  Si son fijas o móviles (hinchables, por ejemplo)  Su forma o manera de transmitir las cargas a las que se ve sometida  Los materiales empleados en la construcción Dependiendo de su forma pueden ser:  De gravedad  De contrafuertes  De arco  Bóvedas o arcos de doble curvatura  Mixta, si está compuesta por partes de diferente tipología Dependiendo del material se pueden clasificar en:  De hormigón (convencional o compactado con rodillo)  De mampostería  De materiales sueltos (de escollera, de núcleo de arcilla, con pantalla asfáltica, con pantalla de hormigón, homogénea) 

Las presas hinchables, basculantes y pivotantes suelen ser de mucha menor entidad.

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Según su estructura

Figura 1. Sección esquemática de una presa de tipo gravedad. Presa de gravedad: es aquella en la 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 suficientemente estable para soportar el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento 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 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 presión 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.  Presa de arco: es aquella en la 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 que 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. La primera presa de arco de la que se tiene noticia es la presa de Vallon de Baume, realizada por los romanos cerca de Glanum (Francia)

Figura 2. Presa Hoover, una presa de tipo arco-gravedad. 

Presa de arco-gravedad: combina características de las presas de arco y las presas de gravedad y se considera una solución de compromiso entre los dos tipos. Tiene forma curva para dirigir la mayor parte del esfuerzo contra las paredes de un cañón o un valle, que sirven de apoyo al arco de la presa.

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Además, el muro de contención tiene más espesor en la base y el peso de la presa permite soportar parte del empuje del agua. Este tipo de presa precisa menor volumen de relleno que una presa de gravedad.

Figura 3. Sección esquemática de una presa bóveda. 

 

Presa de bóveda o de doble arco: 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 sistemas constructivos poco comunes. Presa de contrafuertes o aligerada. Presa de bóveda múltiple. Según sus materiales



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. En España, el 67% de las presas son de gravedad y están hechas con hormigón ya sea con o sin armaduras de acero.

Figura 4. Presa de gravedad del embalse de Gabriel y Galán, en Extremadura (España). La presa de las Tres Gargantas situada en el curso del río Yangzi en China es la planta hidroeléctrica y de control de inundaciones más grande del mundo. Se terminó en el año 2009. Una docena de ciudades y miles de pueblos fueron engullidos por las aguas, obligando a desplazarse a más de un millón y medio de personas.

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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. En España sólo suponen el 13% del total. 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. En España es bien recordado el accidente de la Presa de Tous conocido popularmente como la "Pantanada de Tous". Presas de enrocamiento con cara de hormigón: este tipo de presas en ocasiones es clasificada entre las de materiales sueltos; pero 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 utilizado 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

Figura 5. Presa de derivación en el río Mosa Presa de derivación en el río Mosa. La bocatoma está en la margen derecha del río. La estructura que atraviesa el río sirve para crear un pequeño represamiento para garantizar el funcionamiento de la bocatoma. 



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 paso 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.

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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 (México): 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.

1.2.

FUNCIONES Y OBJETIVOS QUE SE PERSIGUEN CON LA CONSTRUCCION DE PRESAS.

1.2.1. NECESIDAD DE PRESA. La construcción de una presa se requiere para garantizar el necesario almacenamiento de agua y crear un nivel de agua constante con el fin de regular los aportes del río y suplir las demandas durante épocas de sequía. Varios casos pueden justificar la construcción de una presa: El calado suministrado por el río no es suficiente para la derivación de las aguas. En ríos de mucha anchura con relación a su caudal, el flujo se divide en estiaje en varios brazos, siendo imposible recoger toda o la mayor parte del agua sin la construcción de una presa. E. Razvan (1,989) sugiere que la construcción de una presa se requiere cuando el caudal a ser desviado es mayor que la cuarta parte del caudal mínimo del río asociado a una frecuencia dada. En ríos caudalosos, de suficiente calado, de márgenes fijas y libres de deslizamientos, se puede derivar el agua sin la construcción de presas (Caudal mínimo del río mayor que cuatro veces la demanda según E. Razvan). 1.2.2. OBJETIVOS. Una presa es una construcción que tiene por objeto contener el agua de un cauce natural con dos fines, alternativos o simultáneos, según los casos:  

Elevar su nivel para que pueda derivarse por una conducción (creación de altura). Formar un depósito que, al retener los excedentes, permita suministrar el líquido en los momentos de escasez (creación de embalse).

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Al elevar las aguas se busca como objetivos primordiales: o o o o o o

Riego. Abastecimiento poblacional. Generación de energía hidroeléctrica. Control de inundaciones. Para recreación, pesca, actividades deportivas. Usos múltiples.

En general, en cuanto una presa tiene una cierta altura, existe un efecto de embalse, que suele ser predominante. De esto resulta que la función mecánica esencial de una presa es elevar el nivel natural del río. De ahí se deduce que la sobrecarga fundamental de la estructura será el empuje del agua, y este empuje determina su concepto resistente. Junto con ese objetivo esencial, hay que cumplir otro secundario y accidental que, a pesar de ello, es importantísimo y condiciona el concepto estructural. Esa necesidad funcional es la evacuación del agua sobrante. Los ríos son tan variables que no podemos prever sus caudales con absoluta seguridad; y por grande que sea un embalse, no podemos estar seguros de que no se presente una crecida excepcional que rebase su capacidad almacenadora.

Figura 6. Esquema de represa Hidroeléctrica

1.2.3. FUNCIONES. La enorme masa de agua retenida por la presa puede hacer girar las turbinas de una fábrica eléctrica. Puede también regar las regiones más secas por medio de unos canales. También puede regular el curso de un río reteniendo el agua en tiempo de crecida y liberándola en tiempo de sequía. Las presas se construyen sobre corrientes de agua o en una caldera de montañas, y constituyen reservas de energía en potencia. Las masas de agua se elevan detrás la presa y pueden a continuación utilizarse según las necesidades de los hombres para irrigar tierras, luchar contra las crecidas regularizando el curso de los ríos. Esta energía latente de agua acumulada también se transforma en energía motriz en las fábricas hidroeléctricas..

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2. CAMBIO CLIMÁTICO. 2.1.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS PRESAS.

Las presas pueden proporcionar: a) Regulación del régimen hidrológico natural mediante: - Control de las inundaciones - Paliativo contra la sequía (disponibilidad de agua cuando se producen escasez) b) Canalización de agua para riego, consumo urbano o de procesos industriales c) Generación de energía que proporciona una alternativa a los combustibles fósiles (energía hidroeléctrica: 20% de la producción mundial de electricidad) d) Contribución al desarrollo económico en muchos lugares Sin embargo, también pueden causar: a) Alteración del régimen hidrológico natural: inundaciones en regiones de aguas arriba, merma de los caudales circulantes agua abajo b) Alteración de las zonas bajas que perturba el ciclo natural de peces y otros organismos acuáticos (alteración de corredores ecológicos naturales) c) Alteración de los hábitats y los paisajes fluviales d) Desaparecen tierras cultivables, dificulta la navegación fluvial e) Desplazamiento de comunidades enteras f) Cambios forzados en las actividades de subsistencia

2.2.

ALTERACIÓN DE LOS EMBALSES.       

2.3.

Provocan fragmentación del hábitat fluvial Modifican el régimen de caudales Modifican las condiciones geomorfológicas del cauce: Sedimentación Aumentan el volumen de agua evaporada Emiten gases de efecto invernadero Modifican la calidad del agua Inundan y crean nuevos hábitat

ALTERACIÓN DE SISTEMAS ACUÁTICOS POR PRESAS.

2.3.1. FRAGMENTACIÓN: EFECTO BARRERA. Impiden el paso de los peces y otros organismos, especialmente de las especies migratorias  Migradores POTAMODROMOS: Se desplazan dentro de la cuenca (trucha)  Migradores ANADROMOS: Pasan la mayor parte de su vida en el mar pero entran en los ríos para reproducirse (salmón, esturión)  Migradores CATADROMOS: Pasan la mayor parte de su vida en el río pero van al mar para reproducirse (anguila)

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Si el obstáculo es infranqueable las especies migratorias que necesitan llegar a las zonas de cabecera desaparecen (extinción) Para el resto de las especies, la limitación de movimiento se traduce en pérdida de hábitat, fragmentación de las poblaciones y disminución de la diversidad genética Si el obstáculo es remontable por pocos individuos se producen cambios en la genética poblacional. ¿NORMATIVAS?. Haberlas haylas. Según la legislación actual (Ley de Pesca Fluvial de 1942; Ley de Aguas (1985) –modificada en 2001- y Normativas Autonómicas), el movimiento de los peces a lo largo de los ríos debe estar garantizado y cualquier estructura que lo impida debe acondicionarse para tal fin.

2.3.2. PEQUEÑAS ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS. Pequeñas presas construidas generalmente para derivar caudales hacia las tierras de cultivo o para pequeñas centrales hidroeléctricas:

  

Alteran el régimen de caudales circulantes, llegando a secar largos tramos fluviales Alteraciones hidromorfológicas Falta de hábitats adecuados

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2.3.3. MODIFICAN EL RÉGIMEN DE CAUDALES.

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2.3.4. INCREMENTO DE VOLUMEN DE AGUA EVAPORADA.

2.3.5. EMISIÓN DE GASES DE EFECTO INVERNADERO.   

Los embalse emiten CO2 y CH4 (aunque también absorben CO2, las estimaciones dicen que escapa un 60% mas de este gas a la atmósfera que el que atrapan). En las zonas boreales, los embalses sobre turberas emiten durante largo tiempo estos gases. En las zonas tropicales la tasa CO2/CH4 es menor, emitiéndose mas cantidad de este último gas.

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2.3.6. MODIFICAN CONDICIONES GEOMORFOLÓGICAS.

2.3.7. MODIFICAN LA CALIDAD DEL AGUA. Temperatura: Puede disminuir el número de individuos y modificar el tipo de especies

     

Oxígeno: Su déficit tiene efectos locales Sustancias tóxicas: La falta de oxígeno genera ambiente reductor apareciendo sustancias reducidas como el amoniaco, sulfhídrico, metano, Fe y Mn, etc. También pueden llevar fertilizantes, insecticidas, pesticidas, etc. Altas concentraciones de nutrientes Turbidez Sobresaturación de gases (embolia gaseosa) Bioacumulación de metilmercurio

3. INFORMACIÓN BÁSICA.      

NOMBRE DEL PROYECTO TIPO DE PROYECTO OBJETIVOS MARCO LOGICO JUSTIFICACION INSTITUCIONES INVOLUCRADAS

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LOCALIZACION DEL PROYECTO DESCRIPCION FISICA DEL AREA DE PROYECTO (Clima, temperatura, humedad, vientos, precipitaciones, altitud, relieve tipográfico).

4. ESTUDIOS BÁSICOS. 4.1. ESTUDIOS SOCIOECONOMICOS. 4.1.1. Aspectos Demográficos En esta parte se recaba información de la población beneficiaria  Población Actual La población beneficiaria actual se define a partir de los limites de operación de las redes de agua existentes en alrededores o en la población que se eneficiaria directamente de la presa en la actualidad.  Población flotante  Estabilidad poblacional  Índice de crecimiento poblacional El índice de crecimiento se obtiene a partir de los datos del INE 2001 4.1.2. Aspectos socioeconómicos  Características socio culturales Se identifica a la población, origen si se caracterizan quechuas, aymaras, etc. Que idioma hablan, índice de pobreza, tasa de desempleo, juntas vecinales,etc.  Actividades productivas Actividad económica a que se dedica la gente.  Ingreso promedio familiar Datos de ingreso por familia de los distintos tipos de trabajadores; asalariados, no asalariados.  Educación Tasa de alfabetización del lugar, establecimietnos cercanos, accesos a los establecimientos.  Salud Establecimietnos de salud cercanos  Viviendas Tipos de viviendas, materiales de la vvienda, ver si cuentan con servicios básicos; agua, baño, gas, energía eléctrica.  Saneamiento Básico Ver procedencia del agua que se utiliza, distribución de agua,etc  Otros servicios Mas que un estudio nos referimos a la factibilidad económica que tiene el proyecto obviamente para un periodo de análisis muy grande ( 50 – 100 Años) ya que estos proventos en su mayoría son a largo plazo . Una forma de evaluar la factibilidad económica es la función VAN que evalúa los costos y los beneficios de la obra obviamente el valor del VAN deberá ser necesariamente positivos para la buena y completa ejecución del proyecto, otro de los criterios a ser analizados podría ser el TIR y otros más que seguramente será parte del análisis del grupo de economistas que elaboren los cómputos métricos.

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4.1.3. Aspectos relacionados con la fase de operación del proyecto 4.1.4. Disponibilidad de materiales de construcción y mano de obra locales a) Materiales de construcción local b) Mano de obra local 4.2. ESTUDIOS TECNICOS. 4.2.1. 4.2.2. 4.2.3. 4.2.4. 4.2.5. 4.2.6.

Sistemas de agua potable Evaluacion de las fuentes de agua Evaluaciode la cuenca Evaluacion de los cuerpos receptores Calidad de las aguas Estudios de suelos y geotécnicos  Geologia regional  Geologia estructural  Getecnia  Pozos de inspección (Calicatas)  Estudio de suelos y materiales  Extraccion de testigos en el sitio del ee de la presa  Ensayos de permeabilidad  Ensayos de resistencia  Explotacion minera  Ubicación de bancos de préstamo

El geólogo ayudara por los medios adecuados de investigación al emplazamiento principalmente de las características del tipo de suelo o roca que será muy importante para la influencia de la fundación de la presa y otros elementos, por tanto el geólogo tiene la misión de realizar los estudios de:  Prospecciones geofísicas (eléctricas, sísmicas, etc.)  Sondeos.  Excavaciones (trincheras, túneles y pozos).

a) Prospección Eléctrica. Se basa en la diferente resistividad de los terrenos según su construcción e incluso según tengan o no agua. Los resultados son más útiles y fidedignos cuando se trata de interpolaciones entre zonas próximas de terrenos conocidos directamente o por sondeos o excavaciones. Para su correcta aplicación e interpretación, es preciso conocer la estructura y composición del terreno en algunos puntos.

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b) Prospección Sísmica. Tiene por fundamento que la celeridad de transmisión de una onda de choque es (E/Q) 0.5, siendo E el coeficiente de elasticidad de la roca y Q su densidad. Midiendo el tiempo de transmisión a varios puntos de una explosión provocada en otro, se puede colegir E, lo que ya es un resultado directo esencial para el cálculo; pero también se puede saber la composición del terreno.

Prospección Sismica

c) Sondeos. Son útiles para conocer el terreno en profundidad. Gracias a los testigos que obtienen podemos ver y hasta ensayar directamente las distintas capas. En algunos casos es útil obtener muestras sin alterar, cuando el terreno es arcilloso y ha de conocerse su estado natural de cohesión, saturación, etc.

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d) Excavaciones. Son, sin duda, el procedimiento más útil y seguro, pero también el más costoso. Gracias a ellas, podemos descubrir como es el terreno en profundidad, de manera más directa que con los sondeos; nos permite ver y tocar la roca tal cual es y apreciar su constitución, estratigrafía, diaclasas, etc. Una utilidad muy directa de las excavaciones son los ensayos in situ, que pueden ser químicos, mecánicos... Según el terreno y la profundidad que queramos alcanzar, haremos una trinchera (relativamente superficial), una galería (para profundizar en horizontal) o un pozo (para investigar en vertical o con fuerte inclinación). Las galerías o pozos pueden ser útiles después para el drenaje de la obra; aunque también pueden representar un camino de filtración que abra una vía de agua. Debe analizarse el efecto de las galerías abandonadas (a veces de Km.) y, en consecuencia despreocuparse de ellas (si son de efecto indiferente) o taponarlas, inyectarlas, etc. (si pudieran ser perniciosas). CUADRO RESUMEN DE ESTUDIOS PRELIMINARES FACTOR

EFECTOS

Topografía

Geometría del dique Volumen de rellenos

Hidrología

Diseño de obras de desvío Volumen de agua de escorrentía

Geología

Agua subterránea

Materiales de préstamo Pérdidas por filtración Estabilidad de cimentaciones Cantidad y dirección de la filtración Potencial de contaminación Humedad de los materiales de préstamo.

4.2.7. Estudios topográficos El plano del embalse para primeros tanteos en la construcción de la futura represa puede ser de escala alta (1/50000 o 1/25000) siempre que su extensión sea importante. Pero el estudio definitivo del embalse debe ser de una escala no inferior a 1/5000; es muy usada la 1/2000. La topografía cerrada exige un plano más detallado, pues hay que definir en ella las obras de la presa y las instalaciones auxiliares necesarias. Para primeros tanteos podrá bastar un 1/5000 y desde luego uno a 1/2000. Pero para el proyecto definitivo hay que bajar a 1/500 o 1/200 según los casos. Este plano debe extenderse a una zona suficientemente amplia para incluir, además de la presa, el aliviadero y otros desagües, las instalaciones auxiliares de obra. Para definir la presa es preciso obtener, además, perfiles transversales de ella, con escala 1/100 o más. En tanteos previos de presa, para estudiar su mejor ubicación y antes de obtener el plano definitivo, se puede conseguir suficiente aproximación levantando perfiles transversales a la cerrada a escala 1/500 o 1/1.000. Hoy en día se han impuesto casi sin excepción los levantamientos fotogramétricos, sean aéreos o terrestres. Normalmente se emplean los primeros para los embalses y los segundos para las aéreas cerradas. Los perfiles transversales o longitudinales se toman por topografía clásica

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4.2.8. Estudios Ambientales Hace unos años, la selección de la mejor alternativa era un proceso sencillo, simplemente se evaluaban los costes de cada una de ellas y se escogía la más económica. Actualmente, esto no es así; los factores ambientales tienen una importancia relevante y en muchos casos superior a la del factor económico. Por una parte debido al mayor interés de las naciones en la conservación y protección del medio ambiente y, por otra parte, la existencia de legislación relativa al medio ambiente, llevan al cumplimiento de condiciones cada vez más estrictas que hacen que este factor ambiental desempeñe un papel fundamental en la decisión sobre la mejor solución a adoptar. CUADRO RESUMEN DE ESTUDIOS PRELIMINARES FACTOR

EFECTOS Geometría del dique

Topografía

Volumen de rellenos Diseño de obras de desvío

Hidrología

Volumen de agua de escorrentía Materiales de préstamo

Geología

Pérdidas por filtración Estabilidad de cimentaciones Cantidad y dirección de la filtración

Agua subterránea

Potencial de contaminación Humedad de los materiales de préstamo.

4.2.9. Estudios Arqueologicos.

5. DISEÑO DE LA PRESA. 5.1.

COMPONENTES DEL VASO DEL EMBALSE.

En el vaso del embalse se distingue los siguientes componentes: 

NAM (Nivel de Aguas Mínimas). Es el nivel más bajo con el que puede operar el embalse. El volumen de agua por debajo del NAM se llamara volumen muerto y no se pude aprovechar. Entre sus funciones se encuentra recibir el acarreo de sólidos durante la vida útil de la presa.



NAMO (Nivel de aguas Máximas Ordinarias). Es el máximo nivel con que puede operar el embalse para satisfacer las demandas. Coincide con la cota del labio vertiente del aliviadero del embalse.

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

Capacidad Útil Es el volumen de agua almacenado entre el NAM y el NAMO y se destina a satisfacer las demandas.



NAME (Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias). Es el nivel más alto que debe alcanzar el agua en el vaso bajo cualquier condición. El volumen que queda entre este nivel y el NAMO, llamado súper almacenamiento, sírvase para controlar las avenidas que se presentan cuando el nivel del vaso esta cercano al NAMO.



Resguardo. Es el espacio que queda entre el NAME y la máxima altura del dique del embalse, llamada altura de coronación. Su función el contener el oleaje producido por el viento en las condiciones más desfavorables.

En resumen, existen tres volúmenes principales en todo el embalse que es preciso determinar, Ver figura nro. 1:   

Volumen muerto Volumen o capacidad útil Volumen de súper almacenamiento o excedencias.

Fig.1 Esquema General del embalse respecto a las alturas

5.2.

CAPACIDAD DEL EMBALSE.

La capacidad de un embalse se mide por el volumen de agua contenido en su vaso de almacenamiento para una altura dada de la presa y de su aliviadero. Para calcular la capacidad se utilizan los planos levantados del vaso de almacenamiento. Para ello, una vez que hayamos fijado el sitio de la presa y la cota del fondo del río, comenzamos por medir las áreas abarcadas por cada una de las curvas de nivel. Luego, si calculamos la semisuma de las áreas entre curvas y las multiplicamos por el intervalo entre las

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mismas obtenemos el volumen almacenado entre curvas o volumen parcial. Si se acumulan luego los volúmenes parciales, se obtienen el volumen almacenado por cada cota o altura sobre el fondo del río. Todos estos cómputos se anotan en un cuadro similar al que se muestra a continuación: Altura mts



Cota Lectura Constantes Áreas 4/2 Volúmenes Volúmenes m.s.n.m Planim. Has. Has. parciales acumulados

Curvas de áreas y capacidades:

Con los datos del cuadro dibujamos las curvas de capacidades y de áreas, las cuales nos permitirán conocer gráficamente los volúmenes capaces de ser almacenados en el sitio y las áreas que serán inundadas para cualquier altura de la presa. Estas curvas nos permiten seleccionar entre varias alternativas, aquellas que presentan mayores capacidades para la misma altura de la presa. Los cómputos de los volúmenes, de las áreas y el dibujo de las curvas deben hacerse lo más preciso posible y muy cuidadosamente. Si se cometen errores al calcularlas o dibujarlas, éstos se reflejarán en las dimensiones de todas las estructuras que integrarán el futuro embalse. Las capacidades de los vasos de almacenamiento, se expresan en metros cúbicos (m³), hectómetros cúbicos (Hm³). 

Capacidades características de un embalse:

En un embalse podemos distinguir tres capacidades o volúmenes característicos: 1) el volumen muerto o capacidad de azolves; 2) el volumen útil y 3) la suma de ambos que nos da el volumen total. Vt = Vu + Vm El volumen útil es el necesario para suplir las demandas y las pérdidas de aguas durante un período determinado de funcionamiento del embalse. Debe ser de tal magnitud que garantice dentro de un periodo hidrológico escogido, la demanda del líquido. Cuando se presentan períodos muy secos, no previstos en el período de estudio, se puede racionar el agua prudentemente alargando así lo más posible, el tiempo de abastecimiento y evitando dejar completamente vacía la capacidad útil del embalse para el año siguiente. Para obtener estos datos es necesario realizar un balance hídrico en la cuenca, en el que se pueden aplicar varios métodos para el cálculo de estos volúmenes, como ser el de déficits sucesivos, también se puede realizar un análisis de volumen en cuanto a la disponibilidad en la cuenca, también un análisis del crecimiento de la demanda vs. La oferta. Volumen de regulación de crecidas: Nivel forzado de agua (NFE): se presenta temporalmente durante la creciente de los ríos dando lugar el volumen forzado del embalse, el cual puede ser usado en algunos casos, pero por lo general es evacuado rápidamente por medio del vertedor de demasías o rebosadero o aliviadero.

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El volumen de regulación de crecidas se calcula a partir de un análisis hidrológico, con datos históricos de precipitaciones de manera indirecta con lluvias máximas según curvas de intensidad, duración y frecuencia, generando hidrogramas de crecidas, determinando así el tiempo de concentración en función de la longitud del río y la altura o nivel de crecida.

5.3.

DISEÑO DE LA ALTURA.

En un embalse podemos distinguir tres capacidades o volúmenes característicos: 1) el volumen muerto o capacidad de azolves; 2) el volumen útil, 3) Volumen de regulación de crecidas en tiempo de lluvias y 4) Además se debe tomar en cuenta un bordo libre para la posición de la corona de la presa. La suma de todos los volúmenes nos da el volumen total. Ht = H1 + H2 + H3 + H4

Volumen Muerto. (H1).-El volumen de azolves es el volumen que debemos disponer en el vaso para almacenar los sedimentos. Transportadas por el río y que con el tiempo se van depositando en él. El período que tarda en colmarse esta capacidad, constituye la vida útil del embalse y se estima para proyectos pequeños en unos 50 años y para los grandes proyectos para unos 100 años. Se determina a través de un estudio sedimentológico. Volumen Útil. (H2).-El volumen útil es el necesario para suplir las demandas y las pérdidas de aguas durante un período determinado de funcionamiento del embalse. Debe ser de tal magnitud que garantice dentro de un periodo hidrológico escogido, el riego de toda el área disponible aprovechable. Cuando se presentan períodos muy secos, no previstos en el período de estudio, se puede racionar agua prudentemente alargando así lo más posible, el tiempo de abastecimiento y evitando dejar completamente vacía la capacidad útil del embalse para el año siguiente.

Volumen de Regulación de Crecidas. (H3).- Volumen que se produce después de un evento extraordinario. Bordo libre. (H4).- Volumen para oleaje esto se debe a fuertes vientos, para presas grandes debe ser mayor o igual a 2[m].

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Volumen Útil

H2

Volumen Muerto

H1

Ht

Volumen de Regulación de Crecidas

H3

Volumen Bordo Libre

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H4

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4129[m]

Ht=H1+H2+H3+H4

5.4.

VOLUMEN MUERTO.

Para hacer un estudio completo se debe hacer un Estudio de Sedimentos. Se hace el Diseño de Compuerta para sedimentos. Para determinar el aporte de sedimentos de la cuenca a la presa, se puede utilizar la fórmula empírica del Manual para Proyectos de Pequeñas Obras Hidráulicas para riego de México. Ante la inexistencia de información sobre transporte de sedimentos y tasa de azolves en la cuenca del Río Coripata y cuencas vecinas, se ha optado en estimar la capacidad de azolve de acuerdo a las recomendaciones del manual mencionado que utiliza la siguiente relación:

C Z  0.001

n 12 Vam A 1

Dónde: Cz

= Capacidad de azolve nominal

0.001 = Factor de azolve por año por millar de m³ n 12

 Vam

= Años supuestos de vida útil de la obra (25 años) = Volumen de aportación mensual en Hm³

1

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C Z _ REAL 

C  CZ Am

Dónde: CZ_REAL= Capacidad de azolve real CZ= Capacidad de azolve nominal [Hm³] (Del Cálculo Anterior) Am = aportaciones mensuales [Hm³] (De la suma de los volúmenes mensuales). C = Capacidad del embalse [Hm³] (Del Cálculo de la tabla 4 Del Balance D-O). Se tiene una altura de:

H1  Cota _ Correspondiente  Cota _ Inicio H1  4131  4129

H1  1[m]

5.5.

VOLUMEN ÚTIL. CALCULO DE LA ALTURA (H2).

Se tiene la siguiente ecuación:

VUtil  CZ ,REAL  Vam

Dónde:

VUtil=Volumen Util [miles de m3] CZ,REAL= Capacidad de azolve real[miles de m3] (Ya calculado). ΣVam = Volumen de aportación mensual en [miles de m³] (Para el proyecto Σ de meses). Se tiene una altura de:

H 2  Cota _ Correspondiente  Cota _ Inicio

5.6.

VOLUMEN REGULACIÓN DE CRECIDAS.

Nivel forzado de agua (NFE): se presenta temporalmente durante la creciente de los ríos dando lugar el volumen forzado del embalse, el cual puede ser usado en algunos casos, pero por lo general es evacuado rápidamente por medio del vertedor de demasías o rebosadero o aliviadero. El volumen de regulación de crecidas se calcula a partir de un análisis hidrológico, con datos históricos de precipitaciones de manera indirecta con lluvias máximas según curvas de intensidad, duración y frecuencia, generando hidrogramas de crecidas, determinando así el tiempo de concentración en función de la longitud del río y la altura o nivel de crecida. Este valor es un dato del proyecto H3

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0.65

m

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5.7.

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BORDO LIBRE.

El bordo Libre, protege del desborde por oleaje en el altiplano va la velocidad de 15-20[Km/h], (Altura de resguardo contra el oleaje). Para el bordo libre, 2 parámetros importantes:

-

H4=

Longitud máxima del embalse Velocidad del Viento.

Para el bordo libre, se tiene: Datos: (las celdas con fondo amarillo son datos de calculo)

Nota:

-

-

Velocidad del viento: V max viento (km/hr) =

12

Longitud de Embalse:

L embalse (km) =

2.4

Altura de seguridad:

Hs (m) =

0.1

El dato de la Velocidad del viento, fue proporcionado por el docente. La longitud del embalse se obtuvo del perfil. La altura de seguridad se adopta

Calculo de la altura máxima de la ola (Ho):

Se tiene, las siguientes ecuaciones:  Stevenson:

Dónde:

H o  0.75  0.01045 * ( L)0.5  0.046 * ( L)1/ 4 ……………………(1)

L=Longitud del embalse [m].

H o  0.75  0.01045 * ( L)0.5  0.046 * ( L)1/ 4 H o  0.17 * (V * L)0.5  2.5 * ( L)1/ 4 ……………………(2)

 Molitor:

Dónde:

 Andrejanov: Dónde:

v=Velocidad del viento [m/h]. L=Longitud del embalse [m]. (dividir V / 1.609 y L / 1.609)

H o  0.0208 * (V )5 / 4 * L1/ 3

……………………(3)

v=Velocidad del viento [m/s]. L=Longitud del embalse [Km]. Se adopta el más desfavorable:

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-

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Calculo del Bordo Libre (H4):

Se tiene la siguiente ecuación:

H4 

5.8.

7 * Ho  Hs 3

DETERMINACIÓN DE FILTROS HIDRÁULICOS.

5.8.1. N° 1 2 3

ANCHO DE LA CORONA. Altura de la presa Presas hasta 12 m de altura Presas hasta 30 m de altura Presas hasta 45 m de altura

5.8.2. N° 1 2 3

SELECCIÓN DE LOS TALUDES TAA Y TAB.

Altura de la presa 4.5 – 12 m 12 – 30 m 30 – 45 m

5.8.3.

Ancho de corona, c 3.0 m. 4.0 – 4.5 m. 6.0 m.

TAA 1:2 1:2.5 1:3

TAB 1:1.5 1:2 1:2.5

PREDISEÑO DE FILTROS HIDRÁULICOS.

En una presa de sección homogénea, localizada sobre un cimiento impermeable, la línea de saturación corta el talud aguas abajo del cuerpo de la presa, a una distancia por encima de la base del cuerpo. La localización de la línea de saturación en este caso y la del punto donde esta corta el parámetro aguas abajo, depende únicamente de la forma de la sección transversal del cuerpo de la presa, continúa teóricamente hasta la superficie del agua en el punto B2, cuyas coordenadas son: xd yh

Siendo: d  B  7m

Entonces el valor resulta: y0  h 2  d 2  d y0  R  d

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El punto Co donde la parábola base intercepta al parámetro aguas abajo, se encuentra con la ecuación polar de una parábola: r

Donde:

p 1  cos 

r  Distancia radical del foco o cualquier punto de la parábola. p  Ordenada del origen de la parábola.

  Angulo del radio polar correspondiente al punto considerado.

Para este caso particular del punto c0 se tiene:

r  a  a  c 0 p  y0 

De donde sustituyendo se tiene: a  a 

y0 1  cos 

Datos para el cálculo: Altura total del embalse: HT Altura correspondiente al súper almacenamiento: Ancho de corona: Adoptamos de tablas. Selección de TAA y TAB: Adoptamos según tablas.

h  H1  H 2

CORRECCIÓN POR EL MÉTODO CASA GRANDE:

1    arctg TAA

1    arctg TAB

X '

HT tg

X ' '  tgHT B  X ' b  X ' '

m

h tg

0.3 * m [m] 0.7 * m  [m]

d  B  0.7m R  d 2  h2 y0  R  d

Asumimos para α para el caso más desfavorable o la máxima pendiente Tenemos: a  0.38 a  a

a  0.38(a  a)

(2) Resolviendo (1) y (2), tenemos: a  1.632 a

a  [m]

a  [m]

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5.9.

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ANÁLISIS DE FILTRACIÓN.

Permeabilidad Habremos de asumir este valor de la siguiente tabla: Tipo de suelo Gravas limpias Arenas limpias Arenas muy finas, limos y mezclas de arena Arcillas

K [cm/s] 100 – 1 1 – 0.001 0.001 – 0.0000001 0.0000001 – 0.000000001

Altura correspondiente al súper almacenamiento

h  H1  H 2 Tubos de corriente y tubos equipotenciales

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El gasto de filtración a través del cuerpo de la presa se calcula con la siguiente fórmula:

Qf  K h

N1 LPr esa N2

Donde: Q f  Gasto de filtración K  Permeabilidad

h  Altura total del embalse N 1  Tubos de corriente N 2  Tubos equipotenciales L Pr esa  Por unidad de longitud =1.00 [m]

5.10. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD. 5.10.1.

CONDICIONES NO SATURADAS.

DATOS γ = 16 KN/m³ C = 20 KN/m ² φ = 20 ° γ s = 20 KN/m³

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Nº

Wn(KN/m³) αn°

FRAG.

Wn = γΩ

sen αn

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cos αn

∆Ln

Wn sen αn

Wn cos αn

Ω (m²)

1

70

4.01

1.53

2

54

6.81

18.4

3

38

5.08

27.2

4

24

4.38

27.2

5

12

4.09

24.4

6

0

4.00

16.8

7

-8

4.29

4.17

Σ=

Fs =

5.10.2.

Σ∆Ln*C+Σ(Wn*cosαn)*tgφ Σ(Wn*senαn)

ANÁLISIS CON NIVEL FREÁTICO.

DATOS γ = 16 KN/m³ C = 20 KN/m ² φ = 20 ° γ s = 20 KN/m³

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Nº

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Wn(KN/m³)

FRAG.

Wn = γΩ

α n°

Un =γ*hn

Un*∆Ln

∆Ln

Wn sen αn Wn cos αn hn(m) Ω(m²)

1

70

4.01

0

1.53

2

54

6.81

0

18.4

3

38

5.08

0.94

27.2

4

24

4.38

2.65

27.2

5

12

4.09

3.81

24.4

6

0

4.00

3.89

16.8

7

-8

4.29

2.37

4.17

Fs =

5.10.3.

Σ∆Ln*C+Σ(Wn*cosαn - Un)*tgφ Σ(Wn*senαn)

PROGRAMA ESTABILITY 2006.

El análisis se hará mediante el programa STABILITY 2006: STB es un programa para el análisis de estabilidad de un talud, que usa el método simplificado de Bishop, con algunas modificaciones introducidas por GeoDelft y la Universidad Deflt. Manual STB 2006 Arnold Verruijit, Delft, 2006 Introducción STB es un programa para el análisis de estabilidad de un talud, que usa el método simplificado de Bishop, con algunas modificaciones introducidas por GeoDelft y la Universidad Deflt. En este manual se describen varias partes del programa, junto a los métodos básicos y las definiciones de los parámetros.

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Método de Bishop En el método de Bishop el factor de seguridad de un talud es determinado comparando el momento del peso de una cuña de suelo alrededor del centro de un círculo de deslizamiento, con el momento resistente provisto por e esfuerzo cortante a lo largo de la superficie de deslizamiento (Figura 2). Los dos momentos son calculados subdividiendo la cuña deslizante en un número grande de pedazos verticales. Se asume que en los planos laterales verticales de cada pedazo sólo actúan esfuerzo horizonatales (normales), y no esfuerzos cortantes (Figura 3) La primera ecuación básica es la de Coulomb para el esfuerzo cortante a lo largo de la parte baja de un pedazo, T = (c+(s-p)*tan(phi))/F, Donde t es el esfuerzo cortante, c es la cohesión, s es el esfuerzo normal total en el plano deslizante, p es la presión del agua por poros, phi es el ángulo de fricción interna, y F es el factor de seguridad. La segunda ecuación básica es la ecuación de equilibrio vertical de un pedazo, que está dado por: W*h=s+t*tan(alpha) Donde W es el peso unitario (promedio) del pedazo, h es su altura, y alpha es la pendiente de la superficie de deslizamiento del pedazo considerado. El equilibrio de momentos con respecto al centro del círculo da una fórmula de donde el factor de seguridad puede ser calculado, en forma iterativa. El programa STB2006 contiene tres mejoras del método de Bishop: 1. La primera mejora es el cuidado que se tiene con la dirección del esfuerzo de corte a lo largo de la superficie de deslizamiento que es siempre opuesta al mecanismo deslizante. 2. La segunda mejora es que la resistencia de corte es reducida si el coeficiente de esfuerzos horizontales neutrales es demasiado pequeño que el deslizamiento podría ocurrir a lo largo de un plano perpendicular a la superficie deslizante, combinado con una rotación local, de acuerdo con un modelo de doble deslizamiento, como es sugerido por G. de Josselin de Jong. Esta mejora es efectiva sólo si el coeficiente de esfuerzos horizontales neutros (Ko) es menor a 1. 3. La tercera mejora es que es posible introducir una fuerza horizontal por cuerpo de agua, lejos de la pendiente. Esto puede ser usado para simular la estabilidad de la pendiente durante un sismo. Las fuerzas horizontales actuando en los pedazos, incrementan el momento del peso de los pedazos respecto al centro del circulo de falla, reduciendo así el factor de estabilidad.

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Problema de estabilidad de taludes Se supone que un talud consiste de un terreno en donde la altura en el lado derecho es mayor que la altura en el lado izquierdo. Se asume que el talud puede fallar por deslizamiento a lo largo de un plano circular de deslizamiento, en la dirección de las agujas del reloj (Figura 4). El programa calculará factores de seguridad para un número de circulos de deslizamiento, definidos por centros ubicados en una región cuadrangular (definida por los puntos 1, 2, 3 y 4), y pasando a través de un punto dado 5. El número de centros considerado es siempre 100, llenando el cuadrangulo 1234. La coordenada vertical del punto 5 es siempre fija. Su coordenada horizontal puede estar libre o también fija, según esté configurada en las opciones del programa. Es responsabilidad del usuario variar la ubicación del punto 5 ajustado, de manera que el factor de seguridad menor sea obtenido. El suelo es subdividido en áreas poligonales de propiedades constantes, y la tabla de agua (subterránea) es definida como la superficie de un polígono de agua. Todas las geometrías son descritas por puntos fijos 6, 7, 8, etc. Un problema puede ser definido iniciando desde el juego de datos por defecto (también contenidos en el archivo Demo.stb), editando entonces los datos, moviendo nudos, adicionando nuevos nodos y líneas, y modificando propiedades de suelos. Esto será explicado en la descripción de las características del programa. Los datos de un problema consisten en: - Datos generales, como el nombre del problema - Datos de nudos, que describen la geometría - Datos de suelos, que describen las propiedades de los polígonos de suelos - Datos de círculos, que describen los círculos de deslizamiento potenciales. Datos Generales Los datos generales de un problema son:     

Usuario con Licencia. Identificación del usuario que será impresa en todas las salidas. Nombre de archivo. Nombre del archivo de datos en el disco. Todos los archivos son del tipo *.stb. Nombre del problema. Identificación del problema que será impresa en todas las salidas. Número de cortes. Número de cortes en la subdivisión de la cuña de deslizamiento, que serán utilizadas en el procedimiento de solución (mínimo 100, máximo 10000). Fuerza relativa horizontal. La razón del componente horizontal de la fuerza de gravedad respecto a la componente vertical (mínimo 0, máximo 1). Esto posibilita estimar el factor de seguridad durante un sismo.

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Nudos La geometría del problema se describe mediante las coordenadas de un número de puntos característicos, los nudos: - Los nudos 1, 2, 3 y 4 definen el rectángulo desde donde los centros de los círculos de deslizamiento son escogidos. - El nudo 5 es un punto dado en el círculo de deslizamiento. - Los nodos 6, 7, 8, etc. Son usados para definir la geometría de los polígonos de suelos y polígono de agua (subterránea). El número máximo de nudos es 1000. Por definición, el punto más bajo a la izquierda en la geometría siempre tiene las coordenadas X = 0 y Y = 0. Durante la edición de un problema el tamaño del área del problema puede ser modificado. En ese caso las coordenadas serán ajustadas por el programa para asegurarse que el límite al lado izquierdo se inicia a X = 0, y el límite más bajo a Y = 0. Las coordenadas de los nudos pueden ser modificadas de dos formas: -

En la pantalla “Nodes”, que puede ser activada en la pantalla principal haciendo clic en el botón “Nodes”, las coordenadas pueden ser editadas manualmente. En la pantalla “Figure”, que puede ser activada en la pantalla principal haciendo clic en el botón “Figure”, un nodo puede ser arrastrado a una nueva ubicación, si se hace clic en el botón “Drag Node”.

Un nuevo nudo puede ser creado, en una línea entre dos nudos existentes, presionando primero en el botón “New Node” y entonces haciendo clic en la ubicación deseada del nuevo nodo. Este nodo puede ser arrastrado a una nueva ubicación después. Nuevos nodos pueden ser también creados, arrastrados, en la tabla de agua subterránea. En la figura 5 un nuevo nodo ha sido creado entre los nodos 11 y 14. El número 17 es asignado por el programa. Líneas Las líneas entre nudos definen polígonos de suelo. En cada polígono las propiedades del suelo son constantes. El número máximo de polígonos es 100, y el número máximo de nudos en un polígono de borde es 50. Puede crearse una nueva línea en la pantalla “Figura”, presionando primero el botón “New Line”, y entonces haciendo clic en un primer nudo, y arrastrando el cursor al segundo nodo de la nueva línea, con el botón izquierdo del ratón presionado. Esto resulta en un polígono que será separado en dos. Inicialmente las propiedades en esos dos polígonos serán iguales, pero podrían ser editadas después. En la figura 6 una nueva línea ha sido creada concentando los nodos 12 y 17. subdividido en dos partes: ahora numeradas 2 y 3.

GUÍA PARA EL DISEÑO DE PEQUEÑAS PRESAS DE TIERRA

El polígono 2 es

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Propiedades del suelo Las propiedades del suelo pueden ser editadas en la pantalla “Soils”, que pude ser activada presionando el botón “suelos” en la pantalla principal. Las propiedades del suelo son: -

Wd. Peso unitario seco (kN/m3) Ws. Peso unitario saturado (kN/m3) Ko. Coeficiente de esfuerzo horizontal neutral ( - ) c. Cohesión (kN/m2) phi. Angulo de fricción interna (grados) P/F. Interruptor para la condición de agua subterránea ( - ) p = 0. Nivel cero para la presión de agua por poros (m) cap. Espesor de la zona capitar, sobre la capa de agua subterránea (m)

El peso unitario del agua es 10 kN/m3. Si Ko