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• Waldir Jairo Campos Bendezú

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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

ASIGNATURA DE GEOTECNIA

PRESAS

Ing. Javier Navarro V. CIP N0. 45152

PRESA En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada de piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un rio o arroyo. Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para elevar su nivel con el objetivo de derivarla, mediante canalizaciones de riego, para su aprovechamiento en abastecimiento o regadío, en eliminación de avenidas (evitar inundaciones de aguas abajo de la presa) o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética y esta nuevamente en mecánica y que así se accione un elemento móvil con la fuerza del agua. 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.

DEPENDIENDO DE SU FORMA

1. DE GRAVEDAD: Una presa de gravedad de concreto tiene una sección transversal tal que con un tope estrecho, la presa esta parada libremente. Es decir tiene un centro de gravedad bastante bajo que la presa no se derribará sino es apoyada en los estribos.

2. DE CONTRAFUERTES: El concepto estructural de las presas de contrafuerte consiste en un paramento continuo aguas arriba soportado a intervalos regulares por un contrafuerte aguas abajo.

En otras palabras, en las presas de contrafuerte la cara de la presa está sostenida por un conjunto de soportes que refuerzan la presa en el lado aguas abajo. Las presas de contrafuerte pueden tomar muchas formas: la cara puede ser plana o curva. Por lo general, las presas de contrafuerte están hechas de concreto y pueden estar reforzadas con varillas de acero (concreto reforzado). El contrafuerte puede ser hueco o sólido

3. DE ARCO SIMPLE: 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 esta 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.

4. BÓVEDAS O ARCOS DE DOBLE CURVATURA: Presa de bóveda, doble arco, o arco de doble curvatura es 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

5. PRESA DE ARCO BÓVEDA 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. 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

PRESA DE MATERIAL SUELTO O DE TIERRA 1. Presa de sección homogénea: Todo o casi toda la sección transversal esta constituida por un mismo material, formado por tierras compactadas de baja permeabilidad. Para controlar las filtraciones a través de la presa se puede utilizar diferentes tipos de drenes como se muestra en la figura.

2. PRESAS ZONADAS CON NÚCLEO IMPERMEABLE DE ARCILLA: Consta de dos o mas tipos de materiales. La zona de menor permeabilidad o núcleo ejerce las funciones de elemento impermeable. La anchura del núcleo y su posición dentro de la sección , respecto al resto de los materiales o espaldones pueden ser muy diversas..

PRESA DE MATERIAL SUELTO O DE TIERRA 3. PRESA DE PANTALLA: El elemento impermeable consiste en una pantalla relativamente delgada o lamina. Los materiales mas empleados, para pantallas son hormigones asfalticos, hidráulicas, materiales polímeros o bituminoso.

ESTRUCTURAS AUXILIARES DE UNA PRESA 1. ATAGUÍAS: Las ataguías son elementos, generalmente temporales, que se usan para encauzar flujos de AGUA. Su uso es común cuando se realizan obras de infraestructura en cauces de ríos y surge la necesidad de desviar el flujo de agua, para conseguir un área de trabajo seca.

Las ataguías de tierra consisten en pequeñas presas de tierra compactada, confinadas con algún tipo de encofrado y con alma de un material impermeable. En grandes ataguías de tierra, el material impermeable puede ser un estrato arcilloso, debido a las propiedades impermeables de este tipo de estratos.

2. ALIVIADEROS: Son las estructuras que permiten el vaciado del embalse a través de la propia presa o por medio de estructuras independientes. Se diseñan para caudales máximos estimados en base al estudio históricas de precipitación. La localización y configuración del aliviadero depende del tipo de presa y de las condiciones topográficas o geológico-geotécnico de la cerrada y su entorno.

En las presas de material sueltos el aliviadero se construye con independencia al cuerpo de la presa.

En la estructura auxiliar también se puede tener: 1. Desagüe de fondo: Se utiliza para vaciar el embalse desde los niveles que no alcanza las tomas, con el fin de eliminar en parte los sedimentos que hayan producirse, reforzara la capacidad de desagüe o realizar inspecciones y corregir filtraciones.

2. Tomas de agua: Consisten en estructuras que permiten desaguar el embalse a distintas alturas. Su numero y capacidad dependen del volumen embalsado, de los servicios que haya que abastecer y de la profundidad del agua. 3. Cierre de desagües: Son los sistemas que permiten regular el funcionamiento de tomas y desagües de fondo. 4. Compuerta de aliviadero: Son instalaciones mecánicas para el control del caudal de salida sobre el aliviadero. Son desaconsejables en presas de material sueltos.

ESTUDIO GEOLOGICO Y GEOTECNICO EN PRESAS Secuencia de los estudios del terreno para presas:

RECONOCIMIENTO GEOLOGICOS E INVESTIGACIONES IN SITU Investigación geológica-geotécnica para presas:

CRITERIOS GEOLOGICOS – GEOTECNICOS DE SELECCIÓN DE PRESAS 1. LA SELECCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO de una presa depende de los siguientes factores:  Capacidad del vaso (volumen del embalse).  Impermeabilidad del vaso.  Cerrada adecuada (condiciones geomorfológicas, geológicas y geotécnicas favorables.  Valor de los terrenos inundados (poblaciones, infraestructura, etc).  Disponibilidad de materiales de construcción próximo a la presa.  Condiciones favorables para ubicar el aliviadero, ataguía y demás obas auxiliares.

2. FACTORES A TENER EN CUENTA EN ESTE ANALISIS SON:  Altura prevista de la presa (80% de las presas construidas de menos de 30 metros son de material suelto. A partir de 150 metros de altura el 60% son de hormigón de los cuales el 50% son de arco). Los valles amplios solo admiten presas de poca altura. Valles estrechos o muy estrechos suelen construirse presas altas .  La elección del tipo de presa, no obedece el mismo problema geológico y, por lo tanto, constructivo.

 CERRADA: Deformabilidad, resistencia y permeabilidad de las cimentaciones y estribos.  VASO: Estabilidad de las laderas, estanqueidad, acumulación de sedimentos y sismicidad inducida.  CANTERAS Y PRESTAMOS: Calidad y volumen disponible de materiales para la construcción.  ALIVIADEROS: Estabilidad de los taludes, permeabilidad y resistencia de los macizos de cimentación de las estructuras en hormigón y erosionabilidad del terreno.

 CANALES: Estabilidad de los taludes, erosiaonabilidad y ripabilidad de los materiales y cimentación de los rellenos.  CENTRAL EXTERIOR: Estabilidad de los taludes , deformabilidad y resistencia de las cimentaciones.  CENTRAL SUBTERRANEA: Deformabilidad, resistencia, permeabilidad y estado tensional del macizo.  GALERIAS DE DESVIO. DESAGUES DE FONDO Y TUNELES: Estabilidad excavación, deformabilidad, permeabilidad y estado tensional de los macizo.

de la

METODO DE EXPLORACION DE SITIOS DE PRESA

DIRECTOS ETAPAS DE INVESTIGACION

LEVANTAMIENT O GEOLOGICO

POZOS A CIELO ABIERTO Y TRINCHERA

TUNELES Y SOCAVANOS

INDIRECTOS PERFORACIO NES

FOTO GEOLOGIA

METODOS GEOLECTRICOS

METODOS GEOSISMICOS

SELECCIO DEL SITIO Y RECONOCIMIENTO PRELIMINAR

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EXPLORACION DETALLADA DEL SITIO DE CONSTRUCCION

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CONSTRUCCION DE LA OBRA

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OPERACIÓN DE LA OBRA BANCOS DE MATERIALES

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IMPACTOS GEOAMBIENTALES EN LA CONSTRUCCION Y EXPLOTACION DE PRESA

MATERIALES GEOLOGICOS PARA LA CONSTRUCCION DE PRESA 1. NUCLEOS: El núcleo se construyen para impedir el paso del agua a través del cuerpo de la presa, por lo que se precisa materiales de baja o muy baja permeabilidad de 10-5 cm/s o inferior. No colapsable. No materia orgánica. No ser solubles. Los suelos deben ser fácilmente compactables , de preferencia de arcilla y limo. Las propiedades a estudiar en los materiales son:  Mineralogía: Expansividad, sales solubles, susceptibilidades y colapsibilidad.  Granulometría y plasticidad: Permeabilidad y deformabilidad mas baja.  Dispersibilidad o suceptibilidad del suelo a sufrir erosión interna: la arcilla con presencia de “Na” . El ensayo para estimar el potencial de dispersión de un suelo es la tubificacion.  Resistencia y deformabilidad: Para el calculo de la estabilidad de la presa a partir de la cohesión y el ángulo de rozamiento interno.  Compactibilidad: La relación entre la humedad natural y la densidad, obtenida en el proctor normal y proctor modificado.

2. ESPALDONES: Los espaldones tiene por objeto transmitir a la presa resistencia y estabilidad, así como protegerla frente a la erosión. Los materiales que forma los espaldones incluyen una gran variedad de rocas, de amplia granulometría, que puede ir desde escollera y pedraplanes. La resistencia adecuada para estos materiales oscilan entre 50 y 150 Mpa, aunque se considera aceptable cualquier roca de resistencia a compresión simple igual o superior a a 30 Mpa.. 3. FILTROS Y DRENES: Se utilizan para evitar el paso de las partículas finas de los materiales contiguos y permitir el drenaje. Los materiales para filtros y drenes deben ser granulares, con un criterio granulométrico muy estricto, con ausencia de finos, alta resistencia y naturaleza inalterable. 4. ARIDOS PARA HORMIGONES:  El material debe tener una densidad aparente mínima de 2.5 t/m, la resistencia a la compresión debe ser mayor a 24MPa, la absorción debe ser inferior al 3% y se excluyen los materiales que tengan contenidos en sustancias reactivas o solubles.  Su composición mineralógica no debe dar reacciones adversas con el hormigón (expansividad, alteración química, reacciones con los álcalis.

CIMENTACIONES DE PRESA FUERZAS EJERCIDAS 1. Peso propio de la presa: Que induce compresiones y esfuerzo cortante. 2. Cargas hidráulicas como resultado de la explotación, que generan compresiones, esfuerzos cortantes y tracciones. 3. Supresiones en la base de la presa y fuerza de filtración en el interior del macizo.

H: Presión hidrostática. S: Supresiones. W: Peso de la presa. R: resultante de H y W (embalse). .

CIMENTACIONES DE PRESA MECANISMO DE ROTURA EN SUELO

1. Roturas a favor de materiales de baja resistencia. 2. Asientos en la presa por compresibilidad de suelos blandos. 3. Erosión interna en los materiales de cimentación.

Mecanismo de rotura en presas de tierra por fallo de cimentación..

CIMENTACIONES DE PRESA MECANISMO DE ROTURA EN HORMIGON En las presas de gravedad, la resultante de los empujes y del propio peso de la presa tiene una dirección hacia aguas debajo de la presa que induce dos efectos: 1. Un momento de vuelco el mismo que se resuelve con el adecuado diseño geométrico de la presa. 2. Una distribución no uniforme de tensiones en el macizo de cimentación.

Mecanismo de rotura en cimentación de presas de hormigón.

Condiciones geológicas favorables a la formación de roturas en la cimentación de presas de hormigón.