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PRESAS DE HORMIGON
SOBRE SUELOS
Ing. Washington Sandoval E.,Ph.D
Revisin 2014
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PRESA EN SUELO PERMEABLE
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METODOS DE CLCULO DE LA FILTRACIN
FUNCIN:
1. Determinar las fuerzas de subpresin.
2. Comprobar la resistencia del suelo a la accin de las fuerzas de filtracin.
3. Prdida del agua por el suelo permeable.
V = kf I Q = kf A I
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LINEAS DE FLUJO Y EQUIPOTENCIALES
Cada de Presin h = H/ N de intervalos dx
Gradiente hidrulico entre equipotenciales J = h/dx
Caudal por unidad de ancho (1metro), q = Kf *J = Kf*h/dx
LINEAS EQUIPOTENCIALES
LINEAS DE FLUJO
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MTODO DE LOS COEFICIENTES DE RESISTECIA
Prdida de presin (Subpresin)
h1 = 1 H/ , h2 = 2 H/ , hi = i H/
h1, h2, . hi - Prdidas de presin en cada tramo del perfil subterraneo.
1, 2. i Coeficientes de prdidas en cada tramo.
Gradiente mximo
Caudal filtrado por unidad de ancho
q = kf H/
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COEFICIENTES
l
S 0,8 T2
Si, S = 0
Si, S = 0
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CONDICIONES DE CLCULO
Si, Ta Tr => Tc = Tr Si, Ta < Tr => Tc = Ta Para el clculo del caudal
de filtracin Tr = Tc. Ta zona activa de
filtracin. Tr zona real de filtracin. Tc zona de clculo
considerada.
Lo/So Ta
>5,0 0,5 lo
5,0-3,4 2,5So
3,4-1,0 0,8 So + 0,5lo
1,0-0,0 So + 0,3lo
Lo Proyeccin horizontal de la estructura So Proyeccin vertical de la estructura
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BARRAGE
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EJEMPLO DE CLCULO
I II III IV V VI VII
Lo
So
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METODOS APROXIMADOS
Mtodo de Blight: Trayectoria de Filtracin
L = Lh + Lv
L C H
Mtodo de Lane Trayectoria de Filtracin
L = Lh/3 + Lv
Lc = L C H
MATERIAL C
Limo 8
Arena fina 6
Arena mediana 5
Arena gruesa 4
Grava fina 3,5
Grava gruesa 3
MATERIAL C
Limo 18
Arena fina 15
Arena mediana 13
Arena gruesa 12
Grava y arena 9
Bloques con arena 6 - 4
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METODO APROXIMADO DE CHUGAEV
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DISEO DE PRESAS EN SUELOS NO ROCOSOS
1.- delantal anclado; 2.- limo; 3.- recubrimiento de hormign; 4.- parte flexible del delantal; 5.- tablestacas del delantal y principal; tablestaca del zampeado; 7.- drenaje; 8.- losa del estanque 9.- losa del zampeado; 10.- reforzamiento flexible; 11.- enrocado; 12.- colchn de ramas; 13.- pozos de descarga; 14.- arena fina y media; 15.- marga; 16.- arena y limo.
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TABLESTACA METLICA
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CONDICIONES DE DISEO
1. Diseo de la cimentacin para la estabilidad del vertedero.
2. Diseo de los elementos para control y regulacin de la filtracin (diseo del contorno interior).
3. Elementos para la disipacin de la energa aguas abajo.
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DISEO DE LA CIMENTACIN DEL VERTEDERO
El dimensionamiento de la cimentacin depende de las cargas actuantes, capacidad de soporte del suelo y las dimensiones necesarias para el paso de los caudales de diseo.
La base se dimensiona de tal manera que el coeficiente de desigualdad de esfuerzos sea:
Kd=max/ min
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VERTEDERO O AZUD
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DISEO DEL CONTORNO SUBTERRANEO ATIFILTRANTE
Longitud de la base de la presa (1,5a2,0)H.
Longitud del delantal (1,0 a 1,5)H, en algunos casos hasta 2,5H.
Longitud de la tablestaca principal (0,5 a 1,5)H, o el espesor necesario para alcanzar las capas impermeables poco profundas.
Los gradientes permitidos de presin son:
0,4; 0,33; 0,25 para arenas gruesas, medias y finas.
1,0 para suelos arcillosos y 0,5 para limos.
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DELANTALES
Flexibles.- Elaborado con suelos poco permeables, kf 10-6 cm/s. Para presas pequeas se elaboran con suelos arcillosos o e coeficiente de filtracin menor en 50 veces el coeficiente de la cimentacin. El espesor se toma:
(H-hd)/Id
Id -gradiente permitida de 6 a 10 para arcillas y de 4 a 5 para limos. hd - carga de la subpresin bajo el delantal.
= 0,75 a 2 m. Rgidos.- Elaborados con hormign armado =0,4 a 0,7 m.
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CONDICIONES AGUAS ABAJO
Velocidades recomendadas en el zampeado:
v = 2,5 a 3,0 m/s suelos arenosos.
v = 3,0 a 3,5 m/s suelos arcillosos.
v = 3,5 a 4,0 m/s suelos semirocosos.
Los caudales unitarios recomendados q=Q/b para presas pequeas son:
q = 30 a 45 m/(s.m) suelos arenosos.
q = 50 a 60 m/(s.m) suelos arcillosos.
Segn Novak (2001), b = 4,75Q1/2 , de donde q = 0,21Q1/2
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LOSA DEL ZAMPEADO (ESTANQUE AMORTIGUADOR)
Se disea para la disipacin intensa de la energa y la recepcin de la accin dinmica del flujo vertido.
El coeficiente de velocidad Cv para el clculo del tirante al pie de presa, segn Novak (2001) es, Cv=1-0,0155(T-H)/H.
Longitud de la losa, lp = (1 a 1,25)ls,
ls=6(h2-h1).
Longitud de la losa con dados disipadores,
lp = (0,75 a 0,80)ls.
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UBICACIN DE DISIPADORES DE ENERGIA
Para flujos donde Fr1 17 -Muro continuo a la distancia Ld = 0,8ls. -Muro dentado a la distancia Ld = 3h2 Para flujos donde Fr1 > 17 -Dados disipadores a la distancia Ld =(0,15-0,2)ls, de
altura hd h1 + 0,06Ld (esta misma altura es recomendable los casos anteriores). El ancho s de los dados se obtiene de la relacin 0,67 = s/(s+b). Donde b es el espacio entre dados.
La fuerza en cada dado se calcula con la formula: Nd = k Cp V/2g donde k = 1,1 a 1,3 Cp =0,5 a 0,8 (mayor coeficiente a mayor Fr = 17 a 50).
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ESTANQUE AMORTIGUADOR PARA Fr=2,5 a 4,5 (BUREAU OF RECLAMATION)
- ESTANQUE AMORTIGUADOR PARA Fr > 4,5 y V
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ESTANQUE AMORTIGUADOR PARA Fr > 4,5 (BUREAU OF RECLAMATION)
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CUENCO DISIPADOR TIPO SAF
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ESTANQUE AMORTIGUADOR
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FUENTE: VALLS MORN Y ESCUDER BUENO (2009)
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DISEO DE LA LOSA DEL LECHO AMORTIGUADOR
B
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DISEO DE LA LOSA DEL TANQUE AMORTIGUADOR
l distancia hasta los orificios de drenaje. l = lp, para losas sin orificios.
Kf coeficiente de seguridad a la flotacin.
Wp Carga hidrodinmica por fluctuacin de la velocidad en el resalto.
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ZAMPEADO FLEXIBLE
Velocidad recomendada Vz 2,5 a 3,0 m/s, Caudal unitario en el zampeado qz (0,8 a 0,85) qp, Profundidad mnima
hz= qz/ Vz, Lz = (1 a 2)lp ; Lz = 0,4ho/n
qp Caudal unitario en el estanque (zampeado rgido)
lp Longitud del estanque n Coeficiente de rugosidad
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PROFUNDIDAD DE SOCAVACION DEL POZO
MATERIAL Vp
Arena 0,4-0,7
Grava fina 0,7-1,3
Grava Gruesa 1,7-2,5
Segn Breusers
Segn Grishin
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SUFUSIN MECANICA DE LOS SUELOS
Sufusin.- Es el proceso por el cual las partculas pequeas de los suelos son desprendidas de su superficie, en el transcurso del tiempo.
La tubificacin se produce en suelos con coeficiente de uniformidad alto (Istomina) .
d60/d10 > 10 => I per=0,3 a 0,4
d60/d10 > 10 a 20 =>Iper=0,20
d60/d10 > 20 => Iper=0,1
Para que no se produzca sifonamiento del suelo se debe cumplir:
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DRENAJES TIPO FILTRO PARA PRESAS
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CURVA GRANULOMTRICA
NOMBRE
USA Rusia Reino Unido
d (mm) d (mm) d (mm)
arcilla < 0,005 < 0,005 < 0,002
limo 0,005 - 0,075 0,005 - 0,05 0,002 - 0,06
arena 0,075 - 4,75 0,05 - 2,0 0,06 - 2,0
grava 4,75 - 76,2 2,0 - 40 2,0 - 60
guijarros > 76,2 40 - 100 60 - 600
boln 100-200
Pedrejn > 200 > 600
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DISEO DE LAS CAPAS DEL FILTRO DRENAJE
Por tubificacin
Coeficiente de uniformidad
Por porosidad (las partculas de una capa no deben penetrar en los poros de la otra).
Para una porosidad de 0,25 a 0,39 suelo compactado
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COMPOSICION GRANULOMETRICA DE LOS FILTROS
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EJERCICIO
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BIBLIOGRAFIA
Grishin, M. Slisskiy, S. Antipov, A. y otros (1979). Estructuras Hidrulicas. Mosc, Rusia. Ed. Escuela Superior.
United States Departament of Interior, (1982). Diseo de Presas Pequeas. Mxico, Mxico. Ed. Continental S.A.
Novak, P. Moffat, A. (2001). Estructuras Hidrulicas. Bogota, Colombia. Ed. McGraw-Hill.
Nedrigui B. (1983). Manual del Diseador de Estructuras Hidrulicas. Mosc Rusia. Ed. Stroyizdat.