Mecanica De Suelos Ii Presas De Tierra 3d2y30

PRESAS DE TIERRA

UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ VI SEMESTRE MECANICA DE SUELOS II

INTEGRANTES 

MAMANI NORABUENA ALBERTO

UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

Contenido INTRODUCCION ............................................................................................................................. 2 OBJETIVOS DE INVESTICACION ..................................................................................................... 2 1.

PRESAS DE TIERRA ................................................................................................................. 3

2.

TIPOS DE PRESAS DE TIERRA ................................................................................................. 3

2.1.

PESAS DE TIERRA DE SECCIONES HOMOGENEAS.............................................................. 3

2.2.

PRESAS DE TIERRA SECCIÓN GRADUADA .......................................................................... 4

2.3. PRESA DE TIERRA DE SECCION MIXTA DE ENROCAMIENTO CON CORAZON IMPERMEABLE............................................................................................................................... 5 3.

PARTES DE UNA PRESA DE TIERRRA ...................................................................................... 6

3.1.

VERTEDOR DE EXEDENCIAS ............................................................................................... 7

3.2.

DRENES .............................................................................................................................. 7

3.3.

FILTROS.............................................................................................................................. 7

3.4.

CORAZON IMPERMEABLE ................................................................................................. 8

3.5.

POZOS DE ALIVIO............................................................................................................... 8

3.6.

OBRAS DE TOMA ............................................................................................................... 8

3.7.

MUROS DE RETENCION ..................................................................................................... 9

4.

ESTABILIDAD DE TALUDES EN UNA PRESA DE TIERRA .......................................................... 9

4.1.

MÉTODOS PARA ANALIZAR LA ESTABILIDAD DE UN TALUD ............................................. 9

a) MÉTODO SUECO.................................................................................................................. 10 b) MÉTODO DE FELLENIUS ...................................................................................................... 10 5.

CAUSAS DE FALLA EN PRESAS DE TIERRA............................................................................ 11

5.1.

FALLA POR INSUFICIENCIA DEL VERTEDOR ..................................................................... 11

5.2.

FALLA POR TUBIFICACION ............................................................................................... 11

5.3.

FALLA POR AGRIETAMIENTO........................................................................................... 12

5.4.

FALLA POR DESLIZAMIENTO DE TALUDES. ...................................................................... 13

FALLA DURANTE LA CONSTRUCCIÓN. ..................................................................................... 14 FALLA DURANTE LA OPERACIÓN. ............................................................................................ 14 FALLA DESPUÉS DE UN VACIADO RÁPIDO............................................................................... 14 5.5.

FALLA POR SISMO............................................................................................................ 14

5.6.

FALLA POR LICUACIÓN. ................................................................................................... 15

1 MECANICA DE SUELOS II


PRESAS DE TIERRA

INTRODUCCION La presa de tierra es, sin lugar a dudas una de las estructuras ingenieriles más importantes, tanto por su complejidad técnica, como por las inversiones que generalmente requiere y los servicios que presta; es, desde luego, una de las estructuras de la ingeniería en que más deja sentir su influencia la Mecánica de Suelos actual. Las presas de tierra constituyen el tipo de presas más común, esto se debe a que en su construcción intervienen materiales en su estado natural, que requieren el mínimo de tratamiento, resultando económico desde el punto de vista constructivo. Además, los requisitos para sus cimentaciones son menos exigentes que para los otros tipos.

OBJETIVOS DE INVESTICACION OBJETIVO GENERAL:

 Conocer de manera general las presas de tierra, los tipos de estructuras de este tipo existentes y los materiales con los que se construyen. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

 Conocer el tipo de suelo adecuado para construir presas de tierra.  Conocer las causa de sus fallas.



MARCO TEORICO

1. PRESAS DE TIERRA DEFINICION.- Las presas de materiales sueltos son presas que están formadas por

rocas o tierras sueltas sin cementar. Para conseguir la impermeabilidad de la presa se construyen pantallas impermeables de arcilla, asfalto o algún material sintético, aunque dentro de todos estos los que más destacan son las piedras y las gravas. 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. Este tipo de presas tienen componentes muy permeables, por lo que es necesario añadirles un elemento impermeabilizante. Estas presas tienen el inconveniente de que si son rebasadas por las aguasen una crecida, corren el peligro de desmoronarse y arruinarse.

FIG. 1 PRESA DE TIERRA

2.

TIPOS DE PRESAS DE TIERRA

Las combinaciones posibles de estas circunstancias dan lugar a una variedad prácticamente ilimitada de secciones que, sin embargo, pueden agruparse en ciertos tipos característicos, que son los que brevemente se describen más adelante. Los tipos principales de secciones a que se recurre actualmente son:

2.1. PESAS DE TIERRA DE SECCIONES HOMOGENEAS Este tipo de presas es el más antiguo históricamente hablando, es posible llegar a una sección zonificada, de las que se mencionaran más adelante, seleccionando el material (separando finos y gruesos) Este tipo de presas están compuestas de un solo tipo de material (excluyendo la protección de los taludes). Las presas homogéneas son aplicables en las localidades en donde hay factibilidad para obtener suelo con poca variación en su permeabilidad 3 MECANICA DE SUELOS II


y en donde los suelos de permeabilidades más bajas se pueden obtener sólo en pequeñas cantidades o los bancos de préstamo se encuentran lejos de la zona del proyecto, encareciendo sustancialmente el proyecto debido al acarreo de éstos. Para evitar la licuación, el talud aguas arriba debe ser relativamente tendido, esto si se prevén rápidos desembalses del vaso después de un largo almacenamiento. Respecto al talud aguas abajo, debe ser tendido para que sea suficientemente estable para resistir la licuación cuando se sature a un nivel elevado. En una sección completamente homogénea es inevitable que las filtraciones emerjan en el talud aguas abajo, independientemente de la permeabilidad del suelo y del tipo de talud. Ante esto, resulta necesaria la aplicación de filtros de drenaje para este tipo de presas. En la figura 1 se muestra un tipo de filtro aplicado a una presa homogénea.

FIG. 2 PRESA DE SECCION HOMOGENEA

2.2. PRESAS DE TIERRA SECCIÓN GRADUADA Cuando en estas, hay zonas que proporcionan la impermeabilidad necesaria al conjunto, si bien, a veces, contribuye algo a su estabilidad; se emplean en estas zonas de suelos

finos arcillosos o suelos más gruesos, pero con alto contenido de finos. Transición, con permeabilidad intermedia, que sirven de filtro protector a la zona impermeable y contribuyen a la estabilidad general. Además de todo lo anterior, una sección graduada suele tener otras capas de enrocamiento protector contra erosiones de oleaje, lluvia, etc., que pueden omitirse en el caso de que las zonas exteriores de la cortina contengan ya de suyo material suficientemente pesado. En la fig. 3 se muestra un esquema de una sección graduada típica.

FIG. 3 PRESA DE SECCION GRADUADA



2.3. PRESA DE TIERRA DE SECCION MIXTA DE ENROCAMIENTO CON CORAZON IMPERMEABLE Este tipo de sección está integrado por una pantalla impermeable, denominada corazón, que proporciona impermeabilidad pero que contribuye muy poco o nada a la estabilidad y por respaldos importantes de enrocamiento, boleos o materiales similares, a ambos lados del corazón, que proporcionan estabilidad y permanencia al mismo. Este último puede construirse vertical y al centro de la sección o con la inclinación que se juzgue conveniente. Entre el corazón y los respaldos de enrocamiento han de disponerse secciones filtro, que protejan al material del corazón e impidan su difusión entre el enrocamiento; si los respaldos son de gravas o arenas convenientemente seleccionadas, los filtros pueden llegar a suprimirse. En todo lo anterior se ha tratado únicamente la cortina de la presa, supuesto que se encuentra sobre terreno de cimentación resistente y totalmente impermeable. Sin embargo, las condiciones reales de estos suelos, a veces distantes de las condiciones ideales arriba supuestas, imponen una serie de variantes a las secciones descritas.

FIG. 4 PRESA DE SECCION GRADUADA

Cuando la cimentación tiene un estrato de suelo permeable de pequeño espesor puede excavarse una trinchera hasta la que se prolongue el corazón impermeable (fig.5). Cuando este espesor se hace más importante, la excavación señalada se hace antieconómica y conviene o construir un dentellón de concreto (fig. 7) o disponer en la sección delantales impermeables que, como se verá en el Volumen III de esta obra, reducen el gasto de filtración y el gradiente hidráulico del flujo bajo la presa (fig. 8). Por último, es claro que la disposición de filtros o captaciones para eliminar las aguas que se infiltran a través de la cortina ofrece multitud de variantes imposibles de detallar en este lugar. En la fig. 5 en la 8 aparecen tres disposiciones comunes.

FIG. 5 TRINCHERA IMPERMEABLE



FIG. 6 DELANTAL IMPERMEABLE

FIG. 7 DENTELLON

FIG. 8 DOS DISPOCICIONES DE DRENES Y FILTROS

3. PARTES DE UNA PRESA DE TIERRRA En lo que sigue se analizan brevemente, discutiendo su constitución y funciones, algunas de las partes constituyentes principales de una presa de tierra; desde luego se mencionaran y detallaran únicamente aquellas en que interviene la Mecánica de Suelos y solamente haciendo hincapié en los aspectos influenciados por esa disciplina.

FIG. 9 PARTES DE UNA PRESA DE TIERRA



3.1. VERTEDOR DE EXEDENCIAS La presa debe estar provista de una estructura auxiliar, denominada vertedero, que permita el alivio del vaso cuando este se llena a su máxima capacidad. Dada la naturaleza de sus funciones, el vertedor de excedencias debe estar construido con materiales no erosionables, como concreto Los problemas de su cimentación son similares a los de cualquier otra estructura sujeta a la erosión del agua superficial y al flujo de la de infiltración. Los suelos más finos cementados o consolidados y las arcillas son más resistentes al paso del agua; las rocas no suelen ofrecer peligro, a no ser que estén horizontalmente estratificadas y tengan huecos o fisuras verticales por las que pueda meterse el agua a gran velocidad, pues entonces el empuje dinámico de las corrientes puede producir la remoción de grandes bloques. Todos los vertedores colocados sobre terrenos permeables en menor o mayor grado deben estar provistos de dentellones de concreto en su principio y en su término, a fin de reducir el peligro de erosión y socavación.

3.2. DRENES Toda presa de sección homogénea de altura mayor que 6 u 8 m debe tener algún dren en el talud aguas abajo, construido con material más permeable que el que forma la sección, a fin de reducir las presiones neutrales del agua en el cuerpo de la cortina, aumentando así la estabilidad y de canalizar el flujo de agua a través de la cortina, impidiendo además el arrastre del material que la constituye. En la fig.10 se dan algunas ideas sobre el diseño y colocación de estos drenes.

FIG. 10 DRENES, FILTRO, CORAZON IMPERMEABLE.

3.3. FILTROS En el cuerpo de las presas de tierra han de colocarse frecuentemente filtros. De hecho, estos deberán instalarse siempre que se produzca un o entre dos materiales de diferente permeabilidad y granulometría. El objeto de los filtros es doble, pues, por un lado, evitan la contaminación de los dos materiales en o al pasar el fino a ocupar los huecos del que tiene partículas de mayor tamaño; por otro lado, cuando el agua atraviesa la frontera entre ambos materiales, lo que es tan 7 MECANICA DE SUELOS II


frecuente en presas, el filtro impide el arrastre del material más impermeable a través de los huecos, mucho mayores, del material más permeable. Ver fig. 10

3.4. CORAZON IMPERMEABLE El corazón impermeable es, como ya se dijo, la parte de la cortina de una presa de sección graduada o de enrocamiento, que garantiza que la estructura sea estanca. Esto define el tipo de materiales que han de usarse en su construcción. El corazón puede disponerse en la sección verticalmente en su centro o inclinado hacia aguas abajo cerca del talud aguas arriba. Ver fig. 10

3.5. POZOS DE ALIVIO En aquellos casos en que la cimentación de una presa está constituida por estratos en donde capas impermeables alternan con otras permeables, es frecuente que se desarrollen en estas últimas fuertes presiones en el agua que producen supresiones, las que a su vez han sido capaces de causar la ruptura de capas más superficiales, formando grietas por las que el agua escapa a gran velocidad concentrándose el flujo, por lo que dichas grietas tienden a agrandarse, produciéndose cada vez una situación menos deseable. Los pozos de alivio se instalan a pequeña distancia del talud aguas abajo de la presa y son perforaciones verticales de 50 cm a 1.0 m de diámetro, en las que se instala un tubo ranurado, de 20 a 40 cm de diámetro y rodeado de un filtro, para impedir que el material exterior lo tape y haga inoperante. Deben colocarse en el número y separación convenientes como para que drenen un gasto tal que las presiones en el estrato permeable se reduzcan a valores inofensivos.

FIG. 11 POZOS DE ALIVIO.

3.6. OBRAS DE TOMA Los conductos para las obras de toma son un elemento delicado en las presas de tierra, cuya construcción debe realizarse con gran cuidado, pues el descuido ha sido causa de fallas de importancia en el pasado. Estas importantes obras auxiliares se construyen generalmente de concreto y pueden desarrollarse o bien en túnel, a través de las laderas que forman la boquilla de la presa, o bien en tubos a través de la propia cortina. Si el conducto va a través de la cortina debe cuidarse fundamentalmente la compactación del material en torno a él, a fin de reducir los empujes de tierras a valores tolerables y de disminuir el riesgo de infiltración de aguas, pues el suelo bien compactado es menos permeable; se debe mantener una alta exigencia en los niveles de compactación obtenidos.



FIG. 11 ESQUEMA DE UNA OBRA DE TOMA.

3.7. MUROS DE RETENCION Con frecuencia se requiere en las presas la colocación de muros de retención, para separar distintos elementos estructurales de tierra o la cortina del vertedor, etc. En estos casos, los muros se proyectaran como se vio en el capítulo respectivo en este mismo volumen. Cabe hacer notar que los muros que se colocan en las presas suelen ser de gran altura y, a la vez, su falla es casi siempre de grandes consecuencias, por lo que deben aplicarse los criterios de diseño y construcción ya citados en la forma más cuidadosa.

4. ESTABILIDAD DE TALUDES EN UNA PRESA DE TIERRA La estabilidad de los taludes de una presa se determina por su capacidad para resistir esfuerzos cortantes ya que la falla se produce por deslizamiento a lo largo de una superficie de corte. El análisis de estabilidad de la presa consiste en determinar la estabilidad de sus taludes aguas arriba y aguas abajo. Se hace por unidad de longitud de talud. Este es un proceso de tanteos en que se suponen diferentes condiciones de carga a que puede estar sometida la presa. Las fuerzas que producen el movimiento de la masa que constituye el talud son: fuerzas de gravedad, fuerzas sísmicas, acción del oleaje, del hielo y sobrecargas. Las fuerzas que se oponen al movimiento son las debidas a los parámetros de resistencia del suelo que constituye el terraplén: cohesión y fricción interna del material. El talud de aguas arriba por estar sometido a la permanente acción del agua es más tendido que el de aguas abajo. La situación más crítica para el talud aguas arriba es el rápido desembalse que sigue a un largo periodo de niveles altos en el embalse, y para el talud aguas abajo es la máxima saturación del terraplén cuando el embalse está lleno.

4.1. MÉTODOS PARA ANALIZAR LA ESTABILIDAD DE UN TALUD a) Método sueco b) Método de Fellenius c) Método de Bishop Modificado

Además, de los anteriores que son bastante usados mundialmente, existen otros más rigurosos (Sarma, Morgenstern y Price, Spencer) e incluso otros más 9 MECANICA DE SUELOS II


rápidos que sirven como guía para estimar la posición del centro del círculo crítico, determinar el tipo probable de falla y encontrar el ángulo del talud adecuado a los requerimientos de seguridad (Duncan y Buchigmani). a) MÉTODO SUECO Uno muy sencillo es el método sueco o el del círculo de falla por deslizamiento, que puede afectar a parte del talud, a todo el talud o a éste y parte de la cimentación. Este es un método de tanteos en el cual: 1) Se fija un centro del círculo de falla y su radio, de forma que desde el centro se traza un círculo que divide en dos el terraplén. 2) Se determinan las fuerzas actuantes y resistentes. 3) Se calculan los momentos. 4) Se determina el factor de seguridad del círculo supuesto. 5) Se suponen otros círculos de falla y encontrar el factor de seguridad del talud. El método sueco se puede aplicar a cualquier pendiente y combinación de fuerzas para suelos netamente cohesivos o sea cuando la resistencia al esfuerzo cortante del suelo sea independiente de los esfuerzos normales al plano de falla (τ = C). El factor de seguridad por este método está entre 10% y 15% más bajo que otros métodos más exactos. b) MÉTODO DE FELLENIUS Es un método en que la superficie de falla se divide en n dovelas o tajadas para analizar el sistema de fuerzas. Este método al igual que el de Bishop permite considerar materiales heterogéneos y analizar otras superficies de falla. También, es conveniente utilizar este método cuando la resistencia al esfuerzo cortante del suelo es función de los esfuerzos normales o sea:

Se proponen los siguientes pasos generales para determinar la estabilidad de un talud: 1. Suponer una superficie de falla circular, la cual puede ser por el pie del talud, la base del talud, o el talud mismo. Esta superficie de falla determina una superficie de deslizamiento y una masa deslizante. 2. Dividir la zona de falla en dovelas de espesor constante o variable. 3. Calcular las fuerzas motoras y las fuerzas que se oponen al deslizamiento o fuerzas resistentes para cada dovela. 4. Calcular los momentos motores y los resistentes que actúan a lo largo de la superficie de falla. 5. Calcular el factor de seguridad para la superficie de falla asumida. 6. Asumir otras superficies de falla y recalcular el factor de seguridad hasta encontrar el mínimo. 10 MECANICA DE SUELOS II


El factor de seguridad al deslizamiento se obtiene así.

Las fuerzas a considerar incluyen los efectos de sismos, hielo, olas, embalse lleno o vacío. Un factor de seguridad de 1.5 se considera suficiente para presas.

5. CAUSAS DE FALLA EN PRESAS DE TIERRA La magnitud de las fallas en presas de tierra varía desde lo que pudiera llamarse una catástrofe, que produce grandes pérdidas en vidas y bienes, hasta deterioros más o menos ligeros, que inclusive pudieran no requerir ningún trabajo de reconstrucción. Las fallas catastróficas han ocurrido por ruptura de la cortina bajo el empuje de agua o por rebase del agua sobre la cortina en avenidas extraordinarias; en el primer caso se produce naturalmente una ola cuyos efectos aguas abajo son fáciles de adivinar; en el segundo caso, suele producirse la destrucción total o casi total de la estructura, pues aunque a veces se han reportado rebases de consecuencias no catastróficas, ha de considerarse como una regla general que una cortina de tierra no puede diseñarse en forma segura como sección vertedora. Otras causas de fallas graves o catastróficas son las que se detallan a continuación:

5.1. FALLA POR INSUFICIENCIA DEL VERTEDOR En presas de tierra es siempre catastrófico que el agua rebase la cortina y escurra por el talud aguas abajo, debido precisamente a la naturaleza erosionable de los materiales que intervienen en su composición. Por esta razón, la presa debe estar provista de una estructura auxiliar denominada vertedor (aliviadero), que permita el alivio del vaso cuando este se llena a su máxima capacidad. Dada la naturaleza de sus funciones, el vertedor de excedencias debe estar construido con materiales no erosionables, como hormigón o, en obras más chicas, mampostería. Es por ello que el rebase de la cortina debido a insuficiencia del vertedor ocurre generalmente por una mala estimación del gasto correspondiente a la avenida máxima que deba desalojar éste. La consecuencia es que al presentarse una avenida mayor que la prevista, el vertedor no la desahoga y el agua se vierte sobre la cortina, erosionándola y dañando el talud aguas abajo, con las consecuencias ya indicadas anteriormente. Según estudios de Middle Brooks, 1953, la falla por rebase de la cortina debido a insuficiencia del vertedor, constituye la más frecuente causa de falla catastrófica conocida.

5.2. FALLA POR TUBIFICACION Inevitablemente existen en la masa del suelo lugares en que se concentra el flujo del agua y en los que la velocidad de filtración es mayor; los lugares en que estas concentraciones emergen al talud aguas abajo, en que el suelo no está afianzado por fuerzas confinantes, son particularmente críticos en lo referente a posibilidades de arrastre de partículas sólidas; una vez que las partículas empiezan a ser removidas van quedando en el suelo pequeños canales por los que el agua circula a mayor velocidad, con lo que el arrastre se acentúa, de manera que el fenómeno 11 MECANICA DE SUELOS II


de la tubificacion tiende a crecer continuamente una vez que comienza, aumentando siempre el diámetro de los canales formados. El límite final del fenómeno es el colapso del bordo, al quedar este surcado por conductos huecos de gran diámetro que afectan la estabilidad de la sección resistente hasta la falla. Un factor que contribuye mucho a la tubificacion es la insuficiencia en la compactación del bordo, que deja alguna capa del mismo suelta y floja; esto es particularmente probable cerca de muros o superficies de concreto, tales como ductos o tubos. Los estudios sobre presas tubificadas han demostrado que en los suelos existe un amplísimo margen de susceptibilidad al fenómeno; las propiedades de los suelos, especialmente la plasticidad de sus finos ejercen gran influencia, incluso mayor que la compactación. Tabla 1 resumen de la experiencia actual sobre la susceptibilidad de los suelos a la tubificacion, en orden descendente de resistencia al fenómeno. Gran resistencia a la tubificacion

Resistencia media a la tubificacion

Baja resistencia a la tubificacion

1. Arcillas muy plásticas (Ip > 15%), bien compactadas. 2. Arcillas muy plásticas (Ip > 15%), con Compactación deficiente. 3. Arenas bien graduadas o mezclas de arena y grava, con contenido de arcilla de Plasticidad media (Ip > 6%), bien compactadas. 4. Arenas bien graduadas o mezclas de arena y grava, con contenido de arcilla de Plasticidad media (Ip > 6%), deficientemente Compactadas. 5. Mezclas no plásticas bien graduadas y bien compactadas, de grava, arena y limo (Ip < 6%). 6. Mezclas no plásticas bien graduadas y deficientemente compactadas, de grava, Arena y limo (Ip < 6%). 7. Arenas limpias, finas, uniformes (Ip < 6%), bien compactadas. 8• Arenas limpias, finas, uniformes (Ip < 6%), deficientemente compactadas.

5.3. FALLA POR AGRIETAMIENTO. El agrietamiento se origina cuando la deformación dela cortina produce zonas de tracción, que aparecen por asentamiento diferencial de la masa del suelo, sea por deformación del propio cuerpo del terraplén o del terreno de cimentación. Como quiera que por estas causas la presa pueda deformarse de muchos modos, los sistemas de agrietamiento, que el ingeniero puede encontrar en sus inspecciones a presas son de una inmensa variedad. Las grietas pueden aparecer paralelas o transversales al eje de la cortina y la orientación del plano de agrietamiento puede ser prácticamente cualquiera. El agrietamiento puede ocurrir con anchos abiertos hasta de 15 ó 20 cm. si bien son más comunes anchos de grietas de 1 ó 2 cm. Las presas de pequeña altura son las que más comúnmente sufren el fenómeno, pero también se presenta con frecuencia en las partes superiores delas presas altas. El que las presas menores sean las más susceptibles al fenómeno, quizás se deba a que las presiones grandes que hay en el interior de las presas mayores protegen al suelo. Las grietas más peligrosas son las que ocurren transversalmente al eje de la cortina, pues crean una zona de concentración de flujo; son producidas generalmente por 12 MECANICA DE SUELOS II


asentamiento diferencial, de la zona de la cortina próxima a las laderas de la boquilla, respecto a la zona central del cauce.

FIG. 12 TUBIFICACION (EROSION INTERNA) ATRAVES DE GRIETAS EN EL TERRAPLEN ORIGINADO POR ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES

5.4. FALLA POR DESLIZAMIENTO DE TALUDES. La falla por deslizamiento de taludes es quizá la más estudiada de todas las que frecuentemente ocurren en las presas de tierra. La razón es que, además de su importancia intrínseca, es el tipo de falla más susceptible de análisis y cuantificación con los métodos existentes para el estudio de estabilidad de taludes. Existe un buen volumen de información estadística respecto a este tipo de falla, de la que se desprende que las fallas por deslizamiento ocurren preponderantemente en los primeros tiempos de la vida de la presa y también, y ésta es sin duda una conclusión alentadora, acontecen cada vez más raramente en presas de reciente y cuidadosa construcción; de hecho parece haber evidencia suficiente para poder decir que si el diseño y la construcción de una presa, por alta que sea, se cuidan lo necesario, las técnicas de que se dispone permiten adoptar una actitud de tranquilidad ante la posibilidad de ocurrencia de estas fallas. Las fallas por deslizamiento suelen considerarse divididas en tres tipos principales: 1. Falla durante la construcción 2. Falla durante la operación 3. Falla después de un vaciado rápido

FIG. 13 DESLIZAMIENTO DE TALUDES



FALLA DURANTE LA CONSTRUCCIÓN. Estas fallas han sido menos frecuentes que las ocurridas durante la operación; nunca han sido catastróficas. Las fallas se han presentado sobre todo en presas cimentadas en arcillas blandas, con gran porción de la superficie de falla a través de ese material, y pueden ser rápidas o lentas, según que el material de cimentación sea homogéneo o presente estratificaciones que favorezcan el movimiento. En Cuba, hasta donde conoce el autor, no se ha reportado este tipo de falla por deslizamiento. FALLA DURANTE LA OPERACIÓN. Las fallas por deslizamiento de taludes que han ocurrido durante el período de operación de las presas de tierra, han sido sobre todo de dos tipos: profundas, con superficie de falla invadiendo generalmente terreno de cimentación arcilloso, y superficiales, afectando sólo pequeños volúmenes del talud. Estas últimas son las que se han producido en Cuba, según referencias personales al autor, en la presa Zaza, Sancti Spíritus, y en la presa Herradura, Pinar del Río, y ninguna delas dos han sido catastróficas. El talud afectado es siempre el de aguas abajo. FALLA DESPUÉS DE UN VACIADO RÁPIDO Todas las fallas de importancia reportadas por deslizamiento del talud aguas arriba han ocurrido como consecuencia de un vaciado rápido. Prácticamente todas las fallas profundas por deslizamiento en presas de tierra han ocurrido en aquellas construidas sobre terrenos arcillosos plásticos y con importante contenido de agua. También se ha observado una relación definitiva entre el riesgo de falla y lo arcilloso que sea el material que constituye la cortina. En la referencia mencionada de Sherard, 1953, se analizaron 65 presas de sección homogénea, de las que 14 sufrieron deslizamientos. Todas ellas estaban construidas con arcillas cuya plasticidad podría describirse cuando menos como, media (15 ≤I <30).p De las cortinas analizadas, todas aquellas en que D50 < 0,006 mm, fallaron; de las construidas con un material en que: 0,006 mm ≤D50 ≤ 0.02 mm, fallaron la mitad y, finalmente, de las construidas con suelos en que: 0.02 mm ≤ D50 ≤ 0.06 mm, sólo unas pocas tuvieron problemas de deslizamientos. Ninguna presa en que se hubiera usado un material 50> 0.06 mm falló, y ello aun tomando en cuenta que algunas tenían taludes bastantes escarpados y padecían defectos de compactación.

5.5. FALLA POR SISMO. Juzgando por la experiencia de Sherard, et al, 1963, puede decirse que las fallas producidas por los sismos en las presas de tierra han presentado las siguientes características: 1. Las fallas más frecuentes son grietas longitudinales en la corona de la presa y asentamiento en la misma. 2. Solo existe un caso en que se ha reportado la destrucción total de una presa de tierra por sismo, probablemente debido a licuación. 14 MECANICA DE SUELOS II


3. Los daños en las presas parecen haber sido causados principalmente por la componente horizontal del movimiento sísmico en dirección transversal al eje de la cortina. 4. Existen muy pocas fallas por deslizamiento tienen mayores períodos (menores frecuencias) atribuibles a estos temblores de tierra, aún en cortinas deficientemente compactadas. 5. Hay ciertos indicios que permiten pensar que los sismos que causan más daños a presas que los que causan la máxima destrucción en edificios. Por esto, presas muy próximas al epicentro de un temblor pueden salir mucho mejor libradas que otras colocadas a distancias mucho mayores. 6. Los espaldones granulares mal compactados (bajo peso específico seco,) o formados por fragmentos de roca muy contaminada por finos, puede sufrir fuertes asentamientos por sismo, que provocarían dificultades al elemento impermeable. Así, la compacidad adecuada y el lavado de las rocas que lo ameriten constituyen una precaución indispensable 7. Del sismo puede emanar el riesgo de la falla por licuación que se describirá a continuación. En Cuba no se ha reportado, hasta donde el autor conoce, fallas por temblores, si bien es cierto que los sismos ocurridos son de pequeña intensidad.

FIG. 14 DESLIZAMIENTO POR FALLAS SISMICAS

5.6. FALLA POR LICUACIÓN. Este fenómeno de la licuación está asociado a limos y arenas no plásticas. En el caso de una presa de tierra, la licuación de materiales en la cortina conduce a un derrame de los mismos en grandes áreas, hasta adoptar taludes irregulares y muy tendidos, que en algunos casos pueden sobrepasar el valor 10:1. Como ya se dijo, los suelos más susceptibles a la licuación son los finos, no cohesivos, de estructura suelta y saturados. Estas características describen a las arenas finas y uniformes y a los finos no plásticos, o sus mezclas. Las arenas sueltas con D10< 0,1mm y coeficiente de uniformidad, C < 5 y los limos con I < 6up % son los materiales más peligrosos, tanto en la cortina como en el terreno de cimentación de una presa de tierra.



FIG. 14 FALLAS POR LICUACION

6. RED DE FLUJO EN PRESAS DE TIERRA Solución de Shaffernak-Van Iterson En la figura puede verse que la mayor desviación entre la línea superior de flujo y la parábola de Dupuit se debe a que no se satisfacen las condiciones de entrada y salida. En vista de esto, Shaffernak y Van Iterson propusieron en 1916, independientemente, determinar la posición de la línea superior de flujo y mantener las dos hipótesis de Dupuit, pero imponiendo la condición de salida correcta (figura d), como se indica en la figura 17, para el caso de tirante nulo aguas abajo de la presa. Obteniéndose que la línea superior de flujo es la parábola C´D´ (2.17), y que la longitud de la cara de descarga libre es :



z



BIBLIOGRAFIA  Juarez badillo MECÁNICA DE SUELOS TOMO II  peter l.berry- David reid MECÁNICA DE SUELOS  http://www.academia.edu/8981172/Tipos_de_presas-tania


Mecanica De Suelos Ii Presas De Tierra 3d2y30

Overview 4q3b3c

More details 26j3b

Related Documents 171j1w

Mecanica De Suelos Ii Presas De Tierra 3d2y30

Informe Mecanica De Suelos Ii 1063v

Mecanica De Suelos Tomo Ii 3r2sx

Examen Mecanica De Suelos Ii 69yq

Presas De Tierra 4lq4s

Presas De Tierra 4lq4s

More Documents from "AlbertoMamaniNorabuena" 6q644k

Mecanica De Suelos Ii Presas De Tierra 3d2y30

Estructuras-colgantes..... (1) d193u