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“Universidad Católica Sedes Sapientiae” Facultad de Ingeniería Carrera profesional de Ingeniería Civil

INFORME N°3 RECURSOS HIDRICOS PRESAS Alumno:  Chavez Huaricapcha Jepherson Asesor:  Ing. Lobato calderón Godofredo

Tarma – 2019 CRITERIOS DE DISEÑO

Para poder diseñar y construir una presa con materiales locales se realiza con el objetivo de garantizar que no se produzcan fallas graves o catastróficas a lo largo de su vida útil.” Las principales características de las fallas graves o catastróficas como: el rebalse de la cortina, sifonamiento mecánico, agrietamiento transversal, deslizamiento del talud aguas abajo, sismos, licuación y perdidas por filtración, así como las medidas y medios para evitarlas, son detalladas, incluyendo ejemplos de fallas de presas de tierra ocurridas en Perú El fallo de estas estructuras son principales preocupaciones del inversionista, del proyectista, del constructor y de todas las personas que viven aguas debajo de la obra. Esto se debe a que la rotura de la misma no solo constituye un fracaso económico, sino también una amenaza a la seguridad pública. Basados en la experiencia en el diseño y construcción de presas del Instituto Nacional de Recursos Hidráulico, se da el ordenamiento que debe seguir el proyecto y las medidas a tener en cuenta en cada caso para evitar fallas mencionadas, priorizando en todo momento del proyecto las medidas de selección de los materiales a utilizar y como compactarlos para garantizar que no se produzca el agrietamiento. Es por ello que el diseño y construcción de una presa de materiales locales se realiza con el objetivo de garantizar que no se produzcan fallas graves o catastróficas a lo largo de su vida útil. A todos los efectos del proyecto, construcción, puesta en carga o explotación de una presa, deben tenerse en cuenta las acciones recíprocas que cada uno de los elementos componentes ejerce sobre los demás, en orden a la seguridad del conjunto orgánico, además de la seguridad específica de cada uno de ellos. El proyecto deberá incluir el estudio, justificación y definición de la totalidad de los elementos que sin carácter limitativo. A) ESTUDIOS BASICOS En primer lugar se debe definir el tipo de demanda de agua a satisfacer, y sus características y cantidades estimadas en función del tiempo”. El agua puede ser utilizada para satisfacer varias necesidades como: la demanda de consumo humano o animal, el riego, la recreación, la producción de energía hidroeléctrica, la producción de peces, la protección contra incendios, el control de erosión, el uso paisajístico y la protección contra inundaciones. De todos estos posibles usos la irrigación es el que involucra el mayor número de obras. Se deben tener en cuenta los siguientes estudios básicos, como Estudio Topográfico, Hidrológico, Geología y Geotecnia. Estos estudios nos llevaran a tener una mejor estabilidad en la proyección de la presa. Por lo tanto nuestra presa será más consistente durante su vida útil. Después de estos estudios podemos elaborar nuestro Estudios Técnico de nuestro proyecto de Presa. Todo estudio técnico tiene como principal objetivo el demostrar la viabilidad técnica del proyecto que justifique la alternativa técnica que mejor se adapte a los criterios de optimización. Estudio Topográfico Previo a la proyección de una Presa, se realizará un levantamiento topográfico” para determinar si es posible ejecutar el proyecto, el tamaño aproximado del vaso, la localización y alturas ópticas de la presa. Para obtener datos, se hace un levantamiento del lugar. Se hacen bastantes sondeos y perforaciones. La topografía se toma como un detalle suficiente para definir el diseño de la Presa.

Estudio Hidrológico Será realizada por el profesional Especialista a fin de obtener los hidrológicos en el embalse bajo condiciones normales y extremas, calculando el tránsito de la avenida de diseño a través del embalse, tomando en cuenta el hidrograma de la avenida máxima que se produciría con un tiempo de retorno de 1,000 años. La dimensión del volumen del embalse es un aspecto del diseño que busca optimizar la inversión maximizando la eficiencia en el uso del recurso hídrico. Esta primera parte del diseño permite dar las dimensiones básicas de las obras necesarias, como lo son la cota del nivel máximo normal del embalse que será la cota del vertedero, y la cota de la obra de toma para riego. Sin embargo, la segunda etapa es el diseño de las diferentes obras necesarias para el funcionamiento del embalse, obras que serán diseñadas optimizando la seguridad de las mismas. Estudios de Geología y Geotecnia Al igual que en los casos anteriores será realizada por el Profesional Especialista; en dicho estudio se dan las recomendaciones y criterios a ser tomados en cuenta en la cimentación de la presa y de la impermeabilización del subsuelo que debe realizarse mediante la conformación de una pantalla de inyecciones. B) ALTURA DE PRESA Se entiende por cortina a la estructura que se coloca atravesada en el lecho de un rio, como obstáculo al flujo del mismo, como el objeto de formar un almacenamiento o derivación.” Tal estructura debe tener estabilidad y ser relativamente impermeable. Según los tipos de Presas sus alturas varían. Tenemos Presas Altas que su altura es mayor a 100 metros, también Presas medianas que su altura es de 30 metros a 100 metros y Presas bajas que su altura es menor de 30 metros. Las Presas bajas, como su construcción son más frecuentes, requiere de distintos tipos de diseño La seguridad requerida por la Presa adquiere más importancia a medida que aumenta su altura. Teniendo en cuenta solamente los aspectos hidráulicos la altura de la presa se define con base en los niveles de operación. La altura de la presa se mide entre la Corona de la Presa y el Fondo del Cauce. Durante la vida útil de la obra el agua en el embalse no debe superara el nivel máximo de aguas, ni siquiera durante las crecidas extraordinarias. “Según su altura también varía el tipo de Presa”, entre los tipos de presa tenemos: Terraplén: Adecuadas para cimentaciones en roca y suelos. Pueden aceptar asentamientos diferenciales limitados con núcleos relativamente amplios y de material plástico. Se requiere tabique hasta el material impermeable. Tienen pocos esfuerzos de contacto. Requieren varios materiales para núcleo, filtro, enrocado, etc.

Pedraplén o enrocado:

Preferiblemente en fundación rocosa. Aceptan calidad variable y algo de intemperismo. Se requiere tabique hasta el material impermeable. Se facilita la colocación en cualquier clima. Requieren materiales para núcleo, filtros, etc. Concreto gravedad: Adecuadas en valles amplios, desde que la excavación sea menor de 5 a 10 m. Se acepta desgaste limitado de la roca. Deben chequearse las discontinuidades de la roca con relación al deslizamiento. Tienen bajos esfuerzos de contacto. Requieren de materiales que a veces toca importar como el cemento. Contrafuertes: Como presas de gravedad, pero mayores esfuerzos de contacto, requieren de roca sana. El ahorro de concreto con relación a las presas de gravedad es del 40 al 60%. Arco: Adecuadas en gargantas estrechas con rocas sana de alta resistencia y poca deformabilidad en las zonas de fundación y estribos. Alta carga sobre los estribos. El ahorro de concreto con relación a las presas de gravedad es del 50 al 85%. 3) TALUDES “Un talud es una zona plana inclinada de la parte de la Presa” Estos depósitos poseen una forma cóncava hacia arriba, mientras que la máxima inclinación corresponde al ángulo de reposo correspondiente al tamaño promedio de las rocas que lo componen, además serán estables dependiendo de la resistencia del material del que estén compuestos, los empujes a los que son sometidos o las discontinuidades que presenten, pueden ser de roca o de tierras. Ambos tienden a estudiarse de forma distinta. Tenemos que diseñar un buen talud ya que de este dependerá que nuestra Presa sea más consistente durante su vida útil. “La protección de los taludes se realiza de varias formas:” 

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Recubriendo las márgenes, en la franja donde oscila el agua de un enrocado, rocas sueltas acomodadas en forma más o menos irregular en el talud a ser protegido, sistema denominado generalmente como enrocado. Este método es muy usado en los taludes aguas arriba de las presas hidráulicas; Recubriendo el talud con una placa de concreto o con un revestimiento en piedra.

Se establecen valores que puedan servir como punto de partida en una alternativa, por ejemplo, ciertos reglamentos fijan como taludes mínimos los siguientes. Si la altura de la presa es de 5 a 12 metros su talud aguas arriba debe ser de 2:1. Es decir que por cada metro que avanza en forma vertical se debe correr dos metros en forma horizontal, así de esta manera formaremos nuestro talud. Si nuestra altura de nuestra Presa es de 12 a 30 metros aguas arriba nuestro talud será de 2.5:1. Es decir que por cada metro que avanza en forma vertical se debe correr dos metros y medio en forma horizontal, así de esta manera formaremos nuestro talud.

“Se fija el ancho para aumentar el volumen de la presa y por consiguiente su estabilidad.” Para asegurar la resistencia de esta parte contra los deterioros ocasionados por el oleaje, lluvias, huaycos y para establecer los servicios que sean necesarios sobre la Presa. Por razones constructivas y la necesidad de tener acceso a las estructuras de la Presa. Es recomendable de que la corona tenga por lo menos 3.0 metros para las presas altura inferior a 15 metros. El ancho mínimo de la corona debe ser aquel con el que se obtenga una pendiente segura de filtración a través de terraplén, para poder bajar la carga hidráulica cuando el vaso se encuentra lleno. Para su determinación se utiliza formulas empíricas, las cuales se han aplicado en zonas sísmicas. “En ciertos códigos de Presa se han fijado como anchos mínimos en la corona, los siguientes.  Cuando la altura de la Presa es de 12 metros, el ancho de la corona debe ser de 3 metros.  Cuando la altura de la Presa es de 30 metros, el ancho de la corona debe ser de 4.5 metros.  Cuando la altura de la Presa es de 45 metros, el ancho de la corona debe ser de 6 metros. C) ANALISIS DE ESTABILIDAD “Este análisis lo que se busca es asegurar la estabilidad de la Presa durante su vida útil” En el análisis de estabilidad de presas se requiere garantizar que los esfuerzos máximos y mínimos en la base de la presa sean de compresión, para que toda la base de la presa este soportando los esfuerzos. Para ello se debe garantizar que la fuerza resultante en la base de la presa esté localizada en el tercio medio de la presa. El diseño de una Presa conlleva a la concordancia de las deformaciones diferentes de los elementos componentes de la Presa zonificada entre el núcleo y el prisma, motivado más que nada por las concentraciones de esfuerzos que pueden dar deformaciones no previstas, ocasionando grietas internas. Los procesos de filtración pueden ser previstos con un buen programa de investigación de laboratorios, quedando así el cálculo de estabilidad como el de la mayor incidencia. Para el análisis de estabilidad de una Presa se consideran tres condiciones de análisis: Flujo Establecido, Vaciado Rápido y Sismo. Todos los métodos de cálculo conllevan a concentrar una superficie para el cual el coeficiente de seguridad sea el mínimo. Con este análisis haremos que el diseño de la Presa sea más seguro.

METODOLÓGIAS PARA EL DISEÑO DE UNA PRESA DE ALMACENAMIENTO 1) ESTUDIOS PRELIMINARES:

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Estudios geológicos Estudios geotécnicos Estudios hidrogeológicos Estudios topográficos Estudios económicos Estudios de impacto ambiental Características y calidad de los materiales.

2) Limpieza del terreno de cimentación y desviación del rio  Será preciso eliminar por excavación la tierra vegetal, quizá alguna capa de suelo inapropiados y la parte fracturada de la roca  Los estudios geológicos previos y la exploración de los suelos permitirán hacer previsiones razonables  Las obras para desviar el rio, dejando en seco la zona de construcción.  Excavación de uno o más túneles a través de cerros que definan la boquilla para construir entonces un canal de desvió. 3) CONSTRUCCION DE ATAGUIAS  Debe construirse aguas arriba y aguas abajo  Canalizan el agua de la desviación e impiden su regreso a la zona de construcción.  Frecuentemente son pequeñas presas de enroscamiento con corazón impermeable y muchas veces pasan a formar parte de los respaldos de la presa definitiva. 4) EXTRACCION DEL MATERIAL  Se realiza simultáneamente a la construcción de ataguías  Es necesario una cantera que pueda aportar el material  El material no debe estar lejos de la construcción de la presa  Se utilizan distintos métodos de extracción.  Los materiales se extraen durante todo el proceso constructivo. 5) CIMENTACION:  La superficie de contacto entre la roca y el terraplén debe ser importante como el resto del terraplén  La tierra vegetal y las rocas alteradas deben quitarse con pala, pico o barrenas percusión, y retirarse de la obra.  Cimientos de material desintegrado, el punto de referencias del dique de decapa hasta obtener una superficie limpia sin material vegetal  Se puede hacer un estrato permeable, en cuyo caso es necesario permeabilizarlo, escavando hasta un estrato impermeable o haciendo una inyección. 6) COMPACTACION:  Proceso de densificación de los suelos que constituyen el terraplén de la presa  Consiste en apisonar el material aplicándole una carga repetida.  Las maquinarias de tipo compactación que se utilizan son el de tipo rodante.  Mejorar las propiedades mecánicas del terraplén  Homogeneizar el material.

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Disminuir la permeabilidad del terraplén

7) COLOCACION DE LOS MATERIALES  El terraplén se construye mediante la colocación y compactación de capas sucesiva del material. Estas son ligeramente horizontales, con una pequeña pendiente transversal al eje longitudinal de la presa para facilitar el drenaje de agua de lluvia.  En las presas zonificadas de terraplén se van construyendo de forma simultánea en los distintos materiales integrantes del mismo (núcleo, transiciones, espaldones). PARTES DE UNA PRESA