Soluciones estructurales y tecnológicas modernas para los

proyectos nuevos de grandes presas en Rusia y otros países

con alta sismicidad

Lyapichev Yu.Lyapichev Yu., , ProfProf..,, DcDc..(Sc.)(Sc.), , miembro delmiembro del ICOLDICOLD, , consultor internacional sobre presas consultor internacional sobre presas

Tendencias modernas en construcción de presas altas en el mundoTendencias modernas en construcción de presas altas en el mundo

Actualmente construcción Actualmente construcción de las grandes presas en el mundo es de las grandes presas en el mundo es caracterizado por la predominio de las presas de concreto caracterizado por la predominio de las presas de concreto compactado con rodillo (CCR o RCC en inglés), de enrocado con compactado con rodillo (CCR o RCC en inglés), de enrocado con pantallas de concreto (CFR) y diafragmas de concreto asfáltico. pantallas de concreto (CFR) y diafragmas de concreto asfáltico.

Construcción de estas presas se distinguen al lado las ventajas Construcción de estas presas se distinguen al lado las ventajas importantes tecnológicas en comparación con las presas de tierra importantes tecnológicas en comparación con las presas de tierra y enrocado con núcleos arcillosos y las presas de concreto y enrocado con núcleos arcillosos y las presas de concreto convencional. convencional.

Sin embargo la aplicación ancha de estos tres tipos de las presas Sin embargo la aplicación ancha de estos tres tipos de las presas en las condiciones difíciles naturales y climáticas de tan países en las condiciones difíciles naturales y climáticas de tan países como Rusia, Canadá, Perú y otros se limita de los lugares remotos como Rusia, Canadá, Perú y otros se limita de los lugares remotos de los sitios, la complicación de la entrega del cemento y la de los sitios, la complicación de la entrega del cemento y la armadura, las condiciones difíciles topográficas, geológicas y armadura, las condiciones difíciles topográficas, geológicas y sísmicas de los sitios. Las nuevas soluciones estructurales y sísmicas de los sitios. Las nuevas soluciones estructurales y tecnológicas para estas presas son examinadas, que permitirán tecnológicas para estas presas son examinadas, que permitirán extender su construcción en las condiciones difíciles naturales en extender su construcción en las condiciones difíciles naturales en Rusia, Perú y otros países Andinos.Rusia, Perú y otros países Andinos.

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Durante los últimos 20 años han surgido cuatro conceptos Durante los últimos 20 años han surgido cuatro conceptos diferentes para el diseño y construcción de presas de CCR.diferentes para el diseño y construcción de presas de CCR.

Ahora después de 30 años de la experiencia de diseño y Ahora después de 30 años de la experiencia de diseño y construcción, más que 400 presas de CCR, en el mundo podemos construcción, más que 400 presas de CCR, en el mundo podemos aprobar estos cuatro tipos principales de CCR:aprobar estos cuatro tipos principales de CCR:

•Tipo 1:Tipo 1: CCR-1 (pobre) con bajo contenido de los cementantes CCR-1 (pobre) con bajo contenido de los cementantes ((65-99 kg/m65-99 kg/m33): cemento y puzolana (ceniza volante).): cemento y puzolana (ceniza volante).

•Tipo 2:Tipo 2: CCR-2 con mediano contenido de los cementantes CCR-2 con mediano contenido de los cementantes ((100-149 kg/m100-149 kg/m33).).

•Tipo 3:Tipo 3: CCR-3 CCR-3 (plástico) (plástico) con alto contenido de los con alto contenido de los cementantes (cementantes (150-270 kg/m150-270 kg/m33): 50-40% de cemento y 50-60% de ): 50-40% de cemento y 50-60% de ceniza volante.ceniza volante.

•TipoTipo 4: 4: CCRCCR-0 (muy pobre) con muy -0 (muy pobre) con muy bajo contenido de bajo contenido de cementantes (hasta cementantes (hasta 60-70 kg/m60-70 kg/m33).).

•Además, en el Japón la tecnología específica de “Roller Además, en el Japón la tecnología específica de “Roller Compacted Dam (RCD)” se ha utilizado. Compacted Dam (RCD)” se ha utilizado.

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Presa del perfil simétricoPresa del perfil simétrico (H=(H=100100 m) m) dede CCR-1CCR-1 con pantalla de concreto armadocon pantalla de concreto armado

( (“Hardfill” - propuesto de Londe“Hardfill” - propuesto de Londe, 1992), 1992)

Presa del perfil simétricoPresa del perfil simétrico (H=(H=100100 m) m) con con zonas exterioreszonas exteriores estrechas de estrechas de CCR-3CCR-3 y y

zona interiorzona interior anchaancha de enrocado,de enrocado, enriquecido por mortero de cemento enriquecido por mortero de cemento

(CCR-0), (CCR-0), ссonon pantalla de geomembranapantalla de geomembrana

1.1.Nuevas presas Nuevas presas del perfil simétricodel perfil simétrico de concreto muy pobre compactado de concreto muy pobre compactado con rodillo (CCR-1 o Hardfillcon rodillo (CCR-1 o Hardfill en inglés en inglés) y de enrocado, enriquecido por ) y de enrocado, enriquecido por mortero de cemento mortero de cemento (EEC), con zonas exteriores estrechas de(EEC), con zonas exteriores estrechas de CCR-3:CCR-3:

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VentajasVentajas de presas de presas de de FSH-EECFSH-EEC (perfil simétrico) con(perfil simétrico) con zonas zonas exteriores deexteriores de CCR-3CCR-3 ((plásticoplástico) y) y pantalla de geomembrana pantalla de geomembrana CARPI aguas arriba y zona interior anchaCARPI aguas arriba y zona interior ancha de enrocadode enrocado enriquecido por mortero de cemento (EEC o CCRenriquecido por mortero de cemento (EEC o CCR-0 -0 pobrepobre))•Aplicación de CCR-3 (con las capas de 30 cm de espesor) en Aplicación de CCR-3 (con las capas de 30 cm de espesor) en

las zonas exteriores (consumo de cemento 70 y ceniza volante las zonas exteriores (consumo de cemento 70 y ceniza volante 100 kg/m cúbico). 100 kg/m cúbico).

•Colocación continua y vibroColocación continua y vibro--compactación decompactación de CCR-CCR-3 y 3 y enrocado, enrocado, enriquecido enriquecido por por mortero de cementomortero de cemento y y ceniza ceniza volante (CCR-0 o EEC), con las capas de 60 cm de espesor y volante (CCR-0 o EEC), con las capas de 60 cm de espesor y adelantoadelanto de de CCR-CCR-3 a 2 capas o 60 cm. 3 a 2 capas o 60 cm.

•Ausencia del tratamiento con mescla de pega de las juntas Ausencia del tratamiento con mescla de pega de las juntas horizontales en la zona interior ancha (CCR-0) yhorizontales en la zona interior ancha (CCR-0) y tratamiento tratamiento con mezcla las juntas horizontales en las con mezcla las juntas horizontales en las zonas exteriores de zonas exteriores de CCR-3 para recibir en las juntas la cohesión mínima 0,5 MPa CCR-3 para recibir en las juntas la cohesión mínima 0,5 MPa

•El número mínimo de las juntas verticales de contracción en El número mínimo de las juntas verticales de contracción en la presa.la presa.•Ausencia del drenaje en CCR a causa del drenaje en la Ausencia del drenaje en CCR a causa del drenaje en la

geomembrana y en base de la zona interior de EEC. geomembrana y en base de la zona interior de EEC. 5

• Debido al perfil simétrico la presa está sólo en compresión por cargas estáticas: para H=100 m los máximos esfuerzos de compresión en base de la presa es igual a 5 MPa que corresponde a la resistencia a la compresión de CCR con el consumo de cemento 50-60 kg/m cúbicos. • Formación de grietas en CCR es poco probable y en su base.• Geomembrana de CARPI en la cara aguas arriba proporcionará la impermeabilidad de la presa.

• DisminuciónDisminución de los esfuerzos en el de los esfuerzos en el cuerpocuerpo y y fundaciónfundación de la presa; de la presa;• PosibilidadPosibilidad de de construcciónconstrucción de de estasestas presas sobre las fundaciones presas sobre las fundaciones de las rocas de las rocas blandasblandas y los suelos y los suelos densos.densos.• Alta resistencia Alta resistencia sísmicasísmica de estas presas, de estas presas, másmás que la que la mismamisma de presas de presas

tradicionales de gravedad de CCR (con tradicionales de gravedad de CCR (con caracara vertical aguas arriba). vertical aguas arriba). • Reducción en costos y el tiempo de construcción en comparación Reducción en costos y el tiempo de construcción en comparación

con las presas con las presas tradicionales de gravedad de CCR y tradicionales de gravedad de CCR y concreto concreto convencional.convencional.

Ventajas Ventajas de presas de presas de de FSH-RECFSH-REC concon zonas exteriores dezonas exteriores de CCR-3CCR-3 yy pantalla de geomembrana CARPI y zona interior pantalla de geomembrana CARPI y zona interior de enrocadode enrocado enriquecido por mortero de cemento (EECenriquecido por mortero de cemento (EEC))

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Para determinar los perfiles simétricos sísmo-resistenses Para determinar los perfiles simétricos sísmo-resistenses y óptimos para las presas y óptimos para las presas de CCR y de FSHde CCR y de FSH-EEC-EEC fueron fueron

consideradas consideradas 2020 variantes de estas presas de altura de variantes de estas presas de altura de H=60-150 mH=60-150 m en la fundación de roca (ángulo de fricción en la fundación de roca (ángulo de fricción

interna interna φ=45°φ=45°, cohesión , cohesión C=0,2 MPaC=0,2 MPa), de aluvión), de aluvión ((φ=35º, C=0φ=35º, C=0) y de morena () y de morena (φ=30°, C=0,05 MPaφ=30°, C=0,05 MPa).).

Características de las juntas horizontales en CCR:Características de las juntas horizontales en CCR: consumo de cementantes <100 kg/m3, φ=45°, C=0,1 MPaconsumo de cementantes <100 kg/m3, φ=45°, C=0,1 MPa

Se calcularon los cálculos del estado de esfuerzo- Se calcularon los cálculos del estado de esfuerzo- deformación y de la estabilidad de los variantes de estas deformación y de la estabilidad de los variantes de estas

presas por el programa CADAM (Canadá) a la acción de presas por el programa CADAM (Canadá) a la acción de las cargas estáticos (con nivel máximo del embalselas cargas estáticos (con nivel máximo del embalse) ) y y

sísmicos (sísmicos (con aceleración del terreno de 0,24g),con aceleración del terreno de 0,24g),.utilizando utilizando los métodos pseudo-estáticos y pseudo-dinámicos teniendo los métodos pseudo-estáticos y pseudo-dinámicos teniendo

en cuenta la compresibilidad de la fundaciónen cuenta la compresibilidad de la fundación 7

• Dos casos de operación se consideraron: el caso estático con Dos casos de operación se consideraron: el caso estático con nivel máximo de embalse y caso sísmico (pseudo-estático) nivel máximo de embalse y caso sísmico (pseudo-estático) con la aceleración del terreno de 0,24g. En el caso sísmico con la aceleración del terreno de 0,24g. En el caso sísmico el método de la viga cortante fue utilizado para cálculo de la el método de la viga cortante fue utilizado para cálculo de la distribución de aceleraciones en presas de CCR y FSH-EEC distribución de aceleraciones en presas de CCR y FSH-EEC

• Para estas presas la subpresión del agua en sus fundaciones Para estas presas la subpresión del agua en sus fundaciones se tomó 40% de la fuerza desarrollada por la línea recta de se tomó 40% de la fuerza desarrollada por la línea recta de percolación desde la presión de aguas arriba a la presión de percolación desde la presión de aguas arriba a la presión de cero de aguas abajo.cero de aguas abajo.

• De acuerdo con las normas de diseño ruso de la presas de De acuerdo con las normas de diseño ruso de la presas de gravedad (1985) los factores mínimos admisibles para la gravedad (1985) los factores mínimos admisibles para la seguridad al deslizamiento en el contacto presa-roca para seguridad al deslizamiento en el contacto presa-roca para los casos estáticos y sísmicos, en consecuencia, son 1,32 y los casos estáticos y sísmicos, en consecuencia, son 1,32 y 1,18.1,18.

• Esto significa que presas de CCR tradicionales o de PG Esto significa que presas de CCR tradicionales o de PG (presas de gravedad de concreto convencional) no son (presas de gravedad de concreto convencional) no son viables en las fundaciones suaves (de aluvión, morenas, etc)viables en las fundaciones suaves (de aluvión, morenas, etc)

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•Tablas 1.1 y 1.2 muestran comparación de los factores de seguridad al Tablas 1.1 y 1.2 muestran comparación de los factores de seguridad al deslizamiento en la base de la presa tradicional de CCR (H=100 m) con el talud deslizamiento en la base de la presa tradicional de CCR (H=100 m) con el talud vertical aguas arriba y talud aguas abajo con pendiente (H/V=0.7; 0,8; 0.9) y vertical aguas arriba y talud aguas abajo con pendiente (H/V=0.7; 0,8; 0.9) y presa de FSH-EEC (H=100 m) y taludes con pendientes (H/V=0.4; 0.5 y 0.7).presa de FSH-EEC (H=100 m) y taludes con pendientes (H/V=0.4; 0.5 y 0.7).

•Tabla 1.1. Factores de seguridad al deslizamiento horizontal de la presa tradicional de Tabla 1.1. Factores de seguridad al deslizamiento horizontal de la presa tradicional de CCR (caso estático/caso sísmica) con talud aguas abajo con pendiente H/V=0,7; 0,8;0,9 CCR (caso estático/caso sísmica) con talud aguas abajo con pendiente H/V=0,7; 0,8;0,9

Nota: Los valores Nota: Los valores rojosrojos son menor que normativos:son menor que normativos: 1,31 1,31 (caso estático) y (caso estático) y 1,181,18 (caso sísmico)(caso sísmico)•Tabla 1.2. Factores de seguridad al deslizamiento horizontal de la presa de FSH-EECTabla 1.2. Factores de seguridad al deslizamiento horizontal de la presa de FSH-EEC (caso estático/caso sísmica) para dos taludes con pendientes H/V = 0,4; 0,5 y 0,7(caso estático/caso sísmica) para dos taludes con pendientes H/V = 0,4; 0,5 y 0,7

Tipo de fundación Factores de seguridad al deslizamiento de la presa de CCR (caso estático/caso sísmica) para talud aguas abajo con pendientes H/V:

0,7 0,8 0,9

de roca 1,91 / 1,47 2,14 / 1,60 2,37 / 1,73

de aluvión 1,33 / 1,02 1,50 / 1,12 1,66 / 1,21

de morena 1,24 / 0,95 1,39 / 1,04 1,54 / 1,13

Tipo de fundación Factores de seguridad al deslizamiento horizontal de presa de FSH-EEC (caso estático/caso sísmica) para dos taludes con pendiente H/V

0,4 0,5 0,7

de roca 2,59 / 1,91 3,11 / 1,65 4,27 / 2,74

de aluvión 1,99 / 1,33 2,17 / 1,42 2,98 / 1,92

de morena 1,65 / 1,19 2,01 / 1,28 2,73 / 1,759

Factores de seguridad al deslizamiento horizontal Factores de seguridad al deslizamiento horizontal de las presasde las presas simétricas de simétricas de FSH-EECFSH-EEC ( (con taludes de con taludes de 0,5H/1V 0,5H/1V ) ) en las fundaciones differentesen las fundaciones differentes

Tipo de fundación:

Factores de seguridad al deslizamiento de las presas de H=60, 75 y 100 m (caso estático/caso sísmico) con talud de

0,5H/1V

Н=60 m Н=75 m Н=100 m

de roca 3,31 / 1,68 3,174 / 1,74 3,11 / 1,65

de aluvión 2,04 / 0,998 2,11 / 1,08 2,17 / 1,42

de morena 1,85 / 0,90 1,90 / 0,97 2,01 / 1,28

Tipo de fundación:

Factores de seguridad al deslizamiento de las presas de H=60, 75, 100 y 150 m (caso estático/caso sísmico) con talud 0,6H/1V

Н=60 m Н=75 m Н=100 m Н=150 m

de roca 3,58 / 1,77 3, 48 / 1, 91 3,32 / 2,21 3,05 / 1,46

de aluvión 2,12 / 1,09 2,70 / 1,27 2,33 / 1,55 -

de morena 1,94 / 0,99 2,44 / 1,14 2,14 / 1,41 -

Factores de seguridad al deslizamiento horizontal Factores de seguridad al deslizamiento horizontal de las presasde las presas simétricas simétricas de FSH-EECde FSH-EEC ( (con taludes de con taludes de 0,6H/1V0,6H/1V) ) en las fundaciones differentesen las fundaciones differentes

Nota: Los valores rojos son menor que normativos: 1,31 (caso estático) y 1,18 (caso sísmico) 10

Altura de la presa

Esfruerzos verticales σy (MPa) en el base de los taludos de 0,5/1V aguas arriba (índice alto u) y aguas abajo (índice alto d) para caso estático/caso sísmico

σyu σy

d

Fundación de roca

Fundación de aluvión

Fundación de morena

Fundación de roca

Fundación de aluvión

Fundación de morena

Н=60 m -0,43/-0,43 -0,43/-0 -0,43/-0 -1,16/-1,16 -1,16/-1,69 -1,16/-1,69

Н=75 m -0,6/-0,6 -0,6/-0 -0,6/-0 -1,37/-1,37 -1,37/-1,99 -1,37/-1,99

Н=100 m -0,68/-0,68 -0,68/-0,68 -0,68/-0,68 -1,78/-1,78 -1,78/-1,78 -1,78/-1,78

Los efruerzos verticales Los efruerzos verticales σσyy en el en el base base de los taludesde los taludes de de 0,5H/1V y 0,6H/1V 0,5H/1V y 0,6H/1V de las de las presas presas simétricas de FSH-EECsimétricas de FSH-EEC en las fundaciones differentesen las fundaciones differentes

Altura de la presa

Esfruerzos verticales σy (MPa) en el base de los taludos de 0,6/1V aguas arriba (índice alto u) y aguas abajo (índice alto d) para caso estático/caso sísmico

σyu σy

d

Fundación de roca

Fundación de aluvión

Fundación de morena

Fundación de roca

Fundación de aluvión

Fundación de morena

Н=60 m - -0,67/-0,16 - - -1,01/-1,42 -

Н=75 m - -0,7/-0,23 -0,7/-0,23 - -1,13/-1,59 -1,13/-1,59

Н=100 m -0,85/-0,18 -0,85/-0,18 - -1,64/-2,3 -1,64/-2,3 -

Н=150 m -1,25/-0,13 - - -2,5/-3,6 - -

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Altura de la presa,

H, m

Profundidad de la penetración de grietas en % del ancho de la presa (estática/sísmica):

en el contacto de presa-fundación en el talud aguas arriba de la presa

fundación de roca

fundación de aluvión

fundación de morena

fundación de roca

fundación de aluvión

fundación de morena

Н=60 m 0 / 5,96 0 / 5,96 0 / 5,96 0 / 0 0 / 0 0 / 0

Н=75 m 0 / 0 0 / 5,94 0 / 5,94 0 / 0 0 / 0 0 / 0

Н=100 m 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0

Altura de la presa,

H, m

Profundidad de la penetración de grietas en % del ancho de la presa (estática/sísmica):

en el contacto de presa-fundación: en el talud aguas arriba de la presa

fundación de roca

fundación de aluvión

fundación de morena

fundación de roca

fundación de aluvión

fundación de morena

Н=60 m 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0

Н=75 m 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0

Н=100 m 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0

Н=150 m 0 / 0 - - 0 / 0 - -

Los valores de aperturasLos valores de aperturas de las grietas en las presas de las grietas en las presas simétricas de FSH-EECsimétricas de FSH-EEC ( (con dos con dos taludes de pendientes de taludes de pendientes de 1H/0,6V1H/0,6V) ) por la por la aceleraciónaceleración sísmica sísmica del del terrenoterreno de de 0,2 0,244gg

Los valores de aperturasLos valores de aperturas de las grietas en las presas de las grietas en las presas simétricas de FSH-EECsimétricas de FSH-EEC ( (con dos con dos taludes de pendientes de taludes de pendientes de 1H/0,5V1H/0,5V) ) por la por la aceleraciónaceleración sísmica sísmica del del terrenoterreno de de 0,2 0,244g g

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Los resultados de los cálculos por programa CADAM Los resultados de los cálculos por programa CADAM mostraron que presas de perfil simétrica de FSH-EECmostraron que presas de perfil simétrica de FSH-EEC son mucho más resistentes a las cargas sísmicas que las son mucho más resistentes a las cargas sísmicas que las presas de CCR tradicionales con el talud vertical aguas presas de CCR tradicionales con el talud vertical aguas arriba y presas de gravedad de concreto convencional.arriba y presas de gravedad de concreto convencional. Debido a la alta Debido a la alta resistenciaresistencia sísmica y el estado de sísmica y el estado de esfuerzo-deformación favorable estas presas se pueden esfuerzo-deformación favorable estas presas se pueden construir no sólo en la fundación de roca, pero construir no sólo en la fundación de roca, pero también de arcilla, de aluvión (arena con grava) y de también de arcilla, de aluvión (arena con grava) y de morena.morena. En estas presas de altura de 60, 75 y 100 metros la En estas presas de altura de 60, 75 y 100 metros la resistencia y estabilidad sísmica está garantizada por resistencia y estabilidad sísmica está garantizada por ambos taludes con el pendiente de 1H/0,5V. ambos taludes con el pendiente de 1H/0,5V. En la presa de 150 metros de altura es necesario En la presa de 150 metros de altura es necesario disminuir del pendiente de ambos taludes a 1H/0,6V.disminuir del pendiente de ambos taludes a 1H/0,6V. 13

Evaluación comparativa de estabilidad, resistencia sísmica y coste de Evaluación comparativa de estabilidad, resistencia sísmica y coste de las presas de CCR, FSH y enrocado con pantalla de concreto (CFR)las presas de CCR, FSH y enrocado con pantalla de concreto (CFR)• Son dados los resultados de evaluación comparativaSon dados los resultados de evaluación comparativa de la estabilidad, de la estabilidad,

resistencia sísmicaresistencia sísmica y costey coste de 5 variantes de presas de altura H=100 m: de 5 variantes de presas de altura H=100 m: • Variante 1.Variante 1. Presa de gravedad de CCR-3 (plástico) (Fig. 1). Presa de gravedad de CCR-3 (plástico) (Fig. 1). • Variante 2.Variante 2. Presa mixta del espaldon aguas arriba con pantalla de Presa mixta del espaldon aguas arriba con pantalla de

concreto armado y el muro aguas abajo de retención de gravedad de concreto armado y el muro aguas abajo de retención de gravedad de CCR-0 muy pobre (Fig. 2). CCR-0 muy pobre (Fig. 2).

• Variante 3.Variante 3. Presa de enrocado con pantalla de concreto armado (Fig. 3) Presa de enrocado con pantalla de concreto armado (Fig. 3) • Variante 4.Variante 4. Presa del perfil simétrico de CCR-1 pobre con pantalla de Presa del perfil simétrico de CCR-1 pobre con pantalla de

concreto armado (FSH) (Fig. 4). concreto armado (FSH) (Fig. 4). • Variante 5.Variante 5. Presa de perfil simétrico Presa de perfil simétrico con 2 zonas exteriores de CCR-3 con 2 zonas exteriores de CCR-3

con pantalla de membrana Carpi con pantalla de membrana Carpi y zona interior ancha de enrocado, y zona interior ancha de enrocado, enriquecido por mortero de cemento (EEC) o presa de FSH-EECenriquecido por mortero de cemento (EEC) o presa de FSH-EEC (fig.5)(fig.5)

• En todas presas fueron considerado la fundación de roca (En todas presas fueron considerado la fundación de roca (ángulo de ángulo de fricción interna φ=45fricción interna φ=45oo, cohesión С=1 МPа) y fundación de morena , cohesión С=1 МPа) y fundación de morena (φ=30(φ=30oo, С=0,3 MPа) en las presas 2-5. Todas presas fueron calculadas , С=0,3 MPа) en las presas 2-5. Todas presas fueron calculadas a la acción sísmica de 8 grados con la aceleración del terreno de 0,2g. a la acción sísmica de 8 grados con la aceleración del terreno de 0,2g.

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VarianteVariante 1. Presa de gravedad de CCR-3 Variante 2. Presa de espaldon aguas arriba con pantalla 1. Presa de gravedad de CCR-3 Variante 2. Presa de espaldon aguas arriba con pantalla

con geomembrana Carpicon geomembrana Carpi de concreto y muro aguas abajo de retención de CCR-1 de concreto y muro aguas abajo de retención de CCR-1

Variante 3.Variante 3. Presa de enrocado con pantalla de concreto Presa de enrocado con pantalla de concreto

Variante 4. Presa de FSH con pantalla de Variante 4. Presa de FSH con pantalla de concreto concreto

Variante Variante 5. Presa 5. Presa de FSH-EECde FSH-EEC ( (con dos taludes de con dos taludes de pendientes de 1H/0,5Vpendientes de 1H/0,5V)) con geomembrana Carpi con geomembrana Carpi

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• Variante 1:Variante 1: Presa de gravedad de CCR-3 con el talud aguas abajo con pendiente de Presa de gravedad de CCR-3 con el talud aguas abajo con pendiente de H/V=0,8 y talud aguas arriba con pendiente de H/V=0,1; anchura de la cresta de 8 H/V=0,8 y talud aguas arriba con pendiente de H/V=0,1; anchura de la cresta de 8 m. Sub-presión en fundación de la presa es aceptado con su descenso en el drenaje a m. Sub-presión en fundación de la presa es aceptado con su descenso en el drenaje a 35 %. Los parámetros de resistencia al desplazamiento en las juntas de CCR: φ=4535 %. Los parámetros de resistencia al desplazamiento en las juntas de CCR: φ=45 oo, , С=1МPа. Sismo-resistencia de la presa fue determinada por el método pseudo-С=1МPа. Sismo-resistencia de la presa fue determinada por el método pseudo-estático. estático.

• Variante 2Variante 2:: Presa de enrocado con pantalla de concreto con el talud aguas arriba con Presa de enrocado con pantalla de concreto con el talud aguas arriba con pendiente de H/V=1,4 y talud aguas abajo con pendiente de H/V=1,5; anchura de la pendiente de H/V=1,4 y talud aguas abajo con pendiente de H/V=1,5; anchura de la cresta de 8 m. Los parámetros de resistencia al desplazamiento: φ=45cresta de 8 m. Los parámetros de resistencia al desplazamiento: φ=45 oo, С=0. La , С=0. La estabilidad sísmica de taludes de presa fue determinada por el método pseudo-estabilidad sísmica de taludes de presa fue determinada por el método pseudo-estático. estático.

• Variante 3Variante 3:: Presa mixta del espaldón aguas arriba con pantalla de concreto con Presa mixta del espaldón aguas arriba con pantalla de concreto con pendiente de H/V=1,4 y el muro aguas abajo de retención de gravedad de CCR-0 con pendiente de H/V=1,4 y el muro aguas abajo de retención de gravedad de CCR-0 con talud aguas arriba con pendiente H/V=0,1 y talud aguas abajo con pendiente talud aguas arriba con pendiente H/V=0,1 y talud aguas abajo con pendiente H/V=0,7 (fundación de roca) y 0,9 (fundación de morena). Las cargas sísmicas en H/V=0,7 (fundación de roca) y 0,9 (fundación de morena). Las cargas sísmicas en enrocado y en CCR fueron determinadas por la teoría lineal-espectral. Subpresión en enrocado y en CCR fueron determinadas por la teoría lineal-espectral. Subpresión en presa es ausente. presa es ausente.

• Variante 4Variante 4:: Presa de perfil simétrico (taludes H/V=0,7) de CCR-1 con pantalla de Presa de perfil simétrico (taludes H/V=0,7) de CCR-1 con pantalla de concreto (FSH). Parámetros de resistencia al desplazamiento en juntas de CCR: concreto (FSH). Parámetros de resistencia al desplazamiento en juntas de CCR: φ=45φ=45oo, С=0,5 МPа. Sub-presión en base de presa es aceptado con descenso en , С=0,5 МPа. Sub-presión en base de presa es aceptado con descenso en drenaje a 40%. drenaje a 40%.

• Variante 5Variante 5:: Presa del perfil simétrico con taludes H/V=0,5 Presa del perfil simétrico con taludes H/V=0,5 con dos zonas exteriores con dos zonas exteriores de CCR-3 de CCR-3 con pantalla de membrana Carpi con pantalla de membrana Carpi y zona interior de enrocado, enriquecido y zona interior de enrocado, enriquecido por mortero de cemento (EEC) o presa de FSH-EEC. por mortero de cemento (EEC) o presa de FSH-EEC. Los parámetros de resistencia Los parámetros de resistencia al desplazamiento en juntas de CCR: φ=45al desplazamiento en juntas de CCR: φ=45 oo, С=0,5 МPа y en juntas de , С=0,5 МPа y en juntas de EEC: EEC: φ=45φ=45oo, , С=0,1МPа. Subpresión en base de presa es aceptado con descenso en drenaje a 40%. С=0,1МPа. Subpresión en base de presa es aceptado con descenso en drenaje a 40%.

16

Como se muestra en tablas 1y 2 los más económicos para fundaciones de roca y de Como se muestra en tablas 1y 2 los más económicos para fundaciones de roca y de morena son los variantes 3 (Presa de enrocado con pantalla de concreto) y 5 morena son los variantes 3 (Presa de enrocado con pantalla de concreto) y 5 (Presa del perfil simétrico (Presa del perfil simétrico de FSH-EEC con zonas exteriores de CCR de FSH-EEC con zonas exteriores de CCR con pantalla con pantalla de membrana de membrana y zona interior de EEC.y zona interior de EEC.Resultados de cálculos de estabilidad, resistencia sísmica y el coste de 5 variantes de presas Resultados de cálculos de estabilidad, resistencia sísmica y el coste de 5 variantes de presas (H=100m) en fundación de roca (tabla 1) y 4 variantes de presas (100m) de morena (tabla 2)(H=100m) en fundación de roca (tabla 1) y 4 variantes de presas (100m) de morena (tabla 2)

El coste, mil $, por cado metro

Variante de la presa

Fs (tgØ) sin seísmo

Fs (tgØ) con seísmo

σy, MPa, sin seísmo

σy, MPa, con seísmo

140 1 32 (0,7)2 1,85 (1,16) <0 +1,21

91 3 1,43 1,23 - -127 2 3,4 (0,5)

1,84 (0,5)4

2,4 (0,77)1,3 (0,77)

<0 +11

115 5 4,35 (0,23)5

3,36 (0,34)6

2,75 (0,43)5

2,16 (0,58)6 -1,03/-1,567 -0,74/-1,787

151 4 4,85 (0,21)5

3,76 (0,29)6

2,95 (0,32)5

2,36 (0,48)6 <0 <0

El coste, mil $, por cado metro

Variante de la presa

Fs (tgØ) sin seísmo

Fs (tgØ) con seísmo

σy, MPa, sin seísmo

σy, MPa, con seísmo

91 3 1,41 1,21 - -139 2 2,32 (0,36)2 1,452 (0,58)2 -1,4/-0,93 -0,6/-1,73

115 5 2,82 (0,32)2

2,14 (0,39)41,512 (0,56)2

1,164 (0,82)4-1,12/-1,673 -0,84/-1,93

151 4 32 (0,28)2

2,34 (0,42)41,572 (0,53)2

1,204 -0,9/-1,43 -0,6/-1,83

Tomando en cuenta lo que el coste de aliviadores y túneles o galerías de desvió en el Tomando en cuenta lo que el coste de aliviadores y túneles o galerías de desvió en el variante 5 será mucho menor y el período de construcción será más corto que en el variante variante 5 será mucho menor y el período de construcción será más corto que en el variante 3 o 2 se puede hacer una conclusión acerca la eficiencia económica del variante 5 de las 3 o 2 se puede hacer una conclusión acerca la eficiencia económica del variante 5 de las presas nuevas de presas nuevas de FSH-EER o de CCR muy pobreFSH-EER o de CCR muy pobre.. 17

Análisis dinámico de la presa de FSH-EEC de altura de 100 m con dos taludes Análisis dinámico de la presa de FSH-EEC de altura de 100 m con dos taludes de 0.5V/1H por el programa MSCde 0.5V/1H por el programa MSC..Marc en el Instituto Hidroproyecto (Moscú)Marc en el Instituto Hidroproyecto (Moscú)Características de las cargas sísmicas: Sismo Máximo de Diseño (SMD) con las Características de las cargas sísmicas: Sismo Máximo de Diseño (SMD) con las aceleraciones horizontal y vertical de 0,2 y 0,14g y Sismo Máximo Creíble (SMC) aceleraciones horizontal y vertical de 0,2 y 0,14g y Sismo Máximo Creíble (SMC) con las aceleraciones horizontal y vertical 0,4 y 0,28g con las aceleraciones horizontal y vertical 0,4 y 0,28g con el tiempo de la acción de con el tiempo de la acción de 10 segundos y la frecuencia predominante de 3-5 Hz, cercana a la frecuencia de10 segundos y la frecuencia predominante de 3-5 Hz, cercana a la frecuencia dell primer modo de la oscilación natural de la presa de gravedad de altura de 100 m.primer modo de la oscilación natural de la presa de gravedad de altura de 100 m.

La respuesta dinámica del sistema de “presa-fundación-embalse” por la acción La respuesta dinámica del sistema de “presa-fundación-embalse” por la acción de estas aceleraciones se consideró en el análisis. La influencia de las ondas de de estas aceleraciones se consideró en el análisis. La influencia de las ondas de gravedad en el embalse fue descuidado y las condiciones de la frontera entre el gravedad en el embalse fue descuidado y las condiciones de la frontera entre el embalse y la presa y el embalse y la fundación se simplifican. La condición de la embalse y la presa y el embalse y la fundación se simplifican. La condición de la igualdad de los desplazamientos normales en estas fronteras fue supuesto por la igualdad de los desplazamientos normales en estas fronteras fue supuesto por la presa, la fundación y el embalse. El paso de los esfuerzos de corte a través de estas presa, la fundación y el embalse. El paso de los esfuerzos de corte a través de estas fronteras se suponía que permite simplificar el problema, abandonando los fronteras se suponía que permite simplificar el problema, abandonando los elementos de la interfaz. En cuanto a un modelo matemático de CCR y EEC el elementos de la interfaz. En cuanto a un modelo matemático de CCR y EEC el modelo elasto-plástico de endurecimiento con la regla de flujo asociada y la modelo elasto-plástico de endurecimiento con la regla de flujo asociada y la resistencia al corte de las juntas horizontales en CCR (ángulo de fricción interna resistencia al corte de las juntas horizontales en CCR (ángulo de fricción interna ϕϕ y la cohesión C) se utilizó. Los parámetros de endurecimiento del modelo son y la cohesión C) se utilizó. Los parámetros de endurecimiento del modelo son deformaciones plásticas de corte y del volumen en el plano de corte máxima.deformaciones plásticas de corte y del volumen en el plano de corte máxima.

Este modelo de CCR simula bastante exactamente el agrietamiento y la Este modelo de CCR simula bastante exactamente el agrietamiento y la apertura de las grietas o las juntas horizontales en CCR y su reacción posterior, apertura de las grietas o las juntas horizontales en CCR y su reacción posterior, sólo a la compresión.sólo a la compresión. 18

Resultados del análisis dinámico de la presa de FSH-EEC de altura de 100 m con Resultados del análisis dinámico de la presa de FSH-EEC de altura de 100 m con dos taludes de 0.5V/1H por el programa MSCdos taludes de 0.5V/1H por el programa MSC..MarcMarc

Por acción del Sismo Máximo de Diseño (SMD) la respuesta dinámica de la presa es elástica y los desplazamientos elásticos horizontales están amortiguados sin desplazamientos plásticos (Fig. 1). Las aceleraciones máximas en cresta de la presa por acción de SMD llegan a 0,31g, es decir, el coeficiente del acrecentamiento de la amplitud de oscilación es 1,55.El agrietamiento (Fig. 2) en el cuerpo de la presa por acción de Sismo Máximo Creíble (SMC) se deteriora en comparación con el SMD (Fig. 1): en parte bajo de la presa las juntas abiertas horizontales propagados del talud aguas arriba al eje de la presa. La abertura de juntas horizontales en las zonas exteriores de CCR después del SMC se puede excluir el tratamiento de las juntas con las capas de 2 cm que pueden aumentar dos veces la cohesión en las juntas de CCR. Debido a geomembrana impermeable Carpi sobre talud aguas arriba, no hay sub-presión en las juntas de CCR y la seguridad sísmica de la presa se proporcionará

Fig. 1. Malla de elementos finitos y juntas abiertas (en punteados) en el pie del talud aguas arriba de RCC-3 por acción del Sismo de Diseño, SMD (Ah=0,2 g; Av=0,14g)

Fig. 2. Malla de elementos finitos y las juntas abiertas(en punteados) en los taludes aguas arriba y abajo por acción del Sismo Máximo Creíble (Ah=0,4g y Av=0,28g)

19

Resultados de análisis dinámico de la presa de FSH-EEC, H=100 m (continuación)Resultados de análisis dinámico de la presa de FSH-EEC, H=100 m (continuación)La variación de las aceleraciones horizontales en 4 puntos del talud aguas arriba por acción de SMC (Fig.

1) muestra que la aceleración máxima de la cresta de la presa debido a su respuesta elasto-plástica es sólo 0,28g.

Fig. 2 muestra para caso de SMC los desplazamientos horizontales en 4 puntos a lo largo del talud aguas arriba. Como puede verse en esta figura, la respuesta dinámica de la presa es elástica y las desplazamientos elásticas al fin de SMC están amortiguadas sin valores plásticos, excepto el punto 6 en la cresta de la presa.

El Sismo Máximo Hipotético (SMH) con las aceleraciones de terreno horizontales y verticales de 0,8 y 0,56g (dos veces más que Sismo Máximo Creíble, SMC) se aplicó a la presa para lograr su agrietamiento completo o apertura de todas juntas. En caso hipotético la aceleración máxima horizontal de cresta de presa alcanza 0,38g en comparación con 0,28g en el caso de SMC (Fig. 1) y todas juntas de la presa están abiertas.

Fig. 3 muestra para caso de SMH la respuesta dinámica compleja de la presa: en la cresta de presa (punto 6) los desplazamientos horizontales plásticas se desarrollan después del SMH, mientras que en la parte restante básico de la presa (puntos 3-5) sólo los desplazamientos elásticos se desarrollan.

Por lo tanto, la presa de FSH-EEC de 100 m de altura con dos taludes con pendiente de Por lo tanto, la presa de FSH-EEC de 100 m de altura con dos taludes con pendiente de 0,5H/1V tiene el doble factor de seguridad dinámica por la acción del Sismo Máximo Creíble.0,5H/1V tiene el doble factor de seguridad dinámica por la acción del Sismo Máximo Creíble.

Fig. 1 (por SMC) Fig. 2 (por SMC) Fig. 3 (por SMH)

20

1.1. Presa Cindere de FSH (Turquía, H=107 m) construida en 2005 en Presa Cindere de FSH (Turquía, H=107 m) construida en 2005 en la fundación de roca blanda en la región muy sísmica (A=0,4g)la fundación de roca blanda en la región muy sísmica (A=0,4g)

Perfil simétrico de la presa con dos taludes Perfil simétrico de la presa con dos taludes 0,7H/1V. Fundación de presa semi-rocosa con 0,7H/1V. Fundación de presa semi-rocosa con la resistencia a la compresión (5-24) MPa y el la resistencia a la compresión (5-24) MPa y el módulo de deformación (2-7) GPamódulo de deformación (2-7) GPa. . CCompuesto de CCR-1: consumo de cemento 50 ompuesto de CCR-1: consumo de cemento 50 y ceniza 20 kg/m3, espesor de capas RCC- y ceniza 20 kg/m3, espesor de capas RCC- 25cm25cm

Plan del proyecto hidroeléctrico Plan del proyecto hidroeléctrico Cindere con presa de FSH, casa Cindere con presa de FSH, casa de máquina, vertedero (de máquina, vertedero (3620m3/s)

Los ejemplos de las presas nuevas de FSH y FSH-REC Los ejemplos de las presas nuevas de FSH y FSH-REC

Volumen total de la presa es 1,7 millones m3 de concreto incluido 1,5 millones m3 de RCC-1. 21

1. Presa Cindere de FSH (Turquía, H=107 m, 2005) 1. Presa Cindere de FSH (Turquía, H=107 m, 2005) • La sección central de la presa con el vertedero tiene talud aguas arriba con la pendiente de 0,89H/1V para recibir la conexión favorable con la placa de amortiguador aguas abajo. • En talud aguas arriba la pantalla de concreto armado no está por el peligro de formación de grietas en el contacto la pantalla con CCR. Para garantizar la formación y impermeabilidad de talud aguas arriba se utilizan los paneles prefabricados de concreto armado con la membrana de PVC. Para interceptar el agua a través los pinchazos posibles en membrana los tubos del drenaje se utilizan.• La estabilidad de la presa al deslizamiento en su fundación y juntas de CCR se proporcionó por acción de aceleración horizontal máxima de 0,4g. En talud aguas arriba de la presa y su fundación se obtuvieron los esfuerzos de compresión, que garantizan ausencia de abertura del contacto de CCR-fundación y juntas de CCR. • La presa se ha diseñado por los efectos dinámicos de la ola de desbordamiento formado después del posible colapso del deslizamiento de suelo grande en embalse.• Debido a alta sismicidad del sitio las juntas en CCR se trataron con capas de mezcla de pega a la profundidad de 13 m en la base de talud aguas arriba y de 5 m en la cresta de presa, que garantiza la alta adhesión entre las capas de CCR. • El tiempo de construcción de la presa fue 34 meses, que corresponde a la intensidad media de la colocación de CCR-1 de 50 mil m3 por mes. La experiencia en construcción de esta presa ha tenido éxito y en Turquía han preparado tres proyectos de presas de este tipo, que se construyen en el futuro. 22

1.1. Presa Cindere de FSH (Turquía, H=107 m, 2005)Presa Cindere de FSH (Turquía, H=107 m, 2005)• La estabilidad de la presa al deslizamiento en su fundación y juntas de CCR se proporcionó por acción de aceleración horizontal máxima de 0,4g. En talud aguas arriba de la presa y su fundación se obtuvieron los esfuerzos de compresión, que garantizan ausencia de abertura del contacto de CCR-fundación y juntas de CCR.

Fotos 1-3. Varias fases de la construcción de la presa Cindere de FSH

• Isolíneas de los esfuerzos verticales en presa (Fig. 1) muestran que el esfuerzo en la base de talud aguas abajo es igual 3,0 MPpa, que es dos veces menor que la resistencia a la compresión de CCR-1.

Fig. 1Foto 1

Foto 2 Foto 3

23

2.2. Presa Miel (ColombiaPresa Miel (Colombia)),, H=H=188 188 mm,, de de CCRCCR-3 -3 ((1,75 1,75 millones millones mm33)) concon geomembranageomembrana CARPICARPI

Presa ItuangaPresa Ituanga ( (ColombiaColombia),), el variante de diseel variante de diseñoño, , Н=180 Н=180 mm,, tipo de FSH de CCR tipo de FSH de CCR-2-2 ( (22,,44 millonesmillones m3) ) con geomembrana con geomembrana CARPICARPI

Presa es capable para Presa es capable para sobrevivirsobrevivir Sismo Máximo Sismo Máximo Creíble con la aceleración del terreno 0,4g sin Creíble con la aceleración del terreno 0,4g sin abertura de las juntas en CCR-2abertura de las juntas en CCR-2 y las cargas y las cargas dinámicasdinámicas durante el paso de durante el paso de crecida máxima de crecida máxima de 21000 21000 m3//ss a a través través del vertedero con carga del vertedero con carga 2222 mm

CCompuesto de CCR-2: consumo de cemento ompuesto de CCR-2: consumo de cemento 100-120 kg/100-120 kg/m3, de cascajos - 2250 kg/, de cascajos - 2250 kg/m3

24

3. 3. Presa Yumaguzinsk (H=65 m)Presa Yumaguzinsk (H=65 m) de FSH-EEC (Rusia, en el disede FSH-EEC (Rusia, en el diseñoño))• La presa de CCR muy pobre en la fundación La presa de CCR muy pobre en la fundación suavesuave de aluvión, arena y grava: de aluvión, arena y grava: - el perfil simetrico de la presa con dos taludes de pendiente de 0,7/1V;- el perfil simetrico de la presa con dos taludes de pendiente de 0,7/1V;

- el consumo de cemento de 50 - el consumo de cemento de 50 kg/mkg/m3 3 y de ceniza volante de 100 y de ceniza volante de 100 kg/mkg/m33;; - geomembrana impermeable Carpi sobre el talud aguas arriba;- geomembrana impermeable Carpi sobre el talud aguas arriba;• Cálculos de la estabilidad y resistencia de la presa en la fundación de suelos por Cálculos de la estabilidad y resistencia de la presa en la fundación de suelos por la acción de las cargas estáticas y sísmicas (con aceleración de 0,2g) mostraron su la acción de las cargas estáticas y sísmicas (con aceleración de 0,2g) mostraron su alta estabilidad y resistencia con los esfuerzos verticales uniformes en fundación.alta estabilidad y resistencia con los esfuerzos verticales uniformes en fundación.

• Las Las figuras 1 y 2 muestran las secciones de la presa en fundación de suelos.figuras 1 y 2 muestran las secciones de la presa en fundación de suelos.

Fig. 1. Sección de la presa en fundación de gravas Fig. 2. Sección de presa en fundación de aluvión

Las ventajas técnicas y económicas de esta presa en comparación con presa de Las ventajas técnicas y económicas de esta presa en comparación con presa de enrocado con núcleo de arcilla: enrocado con núcleo de arcilla: 1) uso de gran cantidad de ceniza volante local en 1) uso de gran cantidad de ceniza volante local en CCR; 2) uso de vertedero en cauce del río en vez del mismo en orilla del río con CCR; 2) uso de vertedero en cauce del río en vez del mismo en orilla del río con volumen grande de excavación de suelos; 3) alta seguridad hidráulica: admisión de volumen grande de excavación de suelos; 3) alta seguridad hidráulica: admisión de paso de crecida máxima probable sobre la cresta de presa; 4) mucho menor del costo y paso de crecida máxima probable sobre la cresta de presa; 4) mucho menor del costo y el tiempo de construcciónel tiempo de construcción

25

2. 2. Nuevos tipos de las estructuras de altas presas de enrocadoNuevos tipos de las estructuras de altas presas de enrocado con la pantalla de concreto armado para las regiones con la pantalla de concreto armado para las regiones sísmicassísmicas Muchas estas presas más de 150 metros de altura tienen las problemas graves con agrietamiento intenso de las pantalla de concreto y con gran abertura de las juntas perimetrales de que los resultados de las filtraciones peligrosas y reparación costa. El método eficaz para prevenir estos problemas se propuso para dos presas de altura de 275 y 190 metros en las regiones de alta sismicidad de Rusia y Colombia2.1 Presa Kambarata (H=275m, Kyrgyzia) 2.1 Presa Kambarata (H=275m, Kyrgyzia) sismo sismo máximomáximo creible: creible: 0,4g0,4g

• Esta presa fue diseñada en la URSS como una presa construida por medio de Esta presa fue diseñada en la URSS como una presa construida por medio de explosiones dirigidos. La necesidad actual es unexplosiones dirigidos. La necesidad actual es unaa peritaje internacional de la presa peritaje internacional de la presa a causa de sus complejos problemas ambientales y tecnológicos, que incluyen los a causa de sus complejos problemas ambientales y tecnológicos, que incluyen los resultados impredecibles de la gran explosión de márgenes rocosos del sitio.resultados impredecibles de la gran explosión de márgenes rocosos del sitio.

•En vista de todo hemos desarrollado la En vista de todo hemos desarrollado la presa (presa (H=275 m) H=275 m) de enrocado con pantalla de enrocado con pantalla de concreto armado por la de concreto armado por la tecnología probada de su construcción.tecnología probada de su construcción.

• Dado que altura de la presa será de 40 metros más que la altura máxima de presa Dado que altura de la presa será de 40 metros más que la altura máxima de presa Shubuya (235 m, China) y que se encuentra en la Shubuya (235 m, China) y que se encuentra en la región de región de sismicidad de 9 sismicidad de 9 grados, se han desarrollado medidas para reducir deflexión de pantalla: zona 2B grados, se han desarrollado medidas para reducir deflexión de pantalla: zona 2B de apoyo de pantalla no sde apoyo de pantalla no see colocan de los cascajos, pero de CCR pobre, lo que colocan de los cascajos, pero de CCR pobre, lo que permitió reducir mucho la deflexión de la pantalla y aumentar la seguridad de la permitió reducir mucho la deflexión de la pantalla y aumentar la seguridad de la presa. presa.

•Perfil de la presa muy reducido y alta velocidad de su construcción proporcionará Perfil de la presa muy reducido y alta velocidad de su construcción proporcionará un gran beneficio técnico y económico en comparación con el viejo diseño.un gran beneficio técnico y económico en comparación con el viejo diseño.

• Se presentan las resultados de los cálculos del estado de esfuerzo-deformación. El Se presentan las resultados de los cálculos del estado de esfuerzo-deformación. El propósito de los cálculos fue la evaluación de seguridad de pantalla por diferentes propósito de los cálculos fue la evaluación de seguridad de pantalla por diferentes esquemas de construcción y llenado de embalse. Los cálculos se llevaron utilizando esquemas de construcción y llenado de embalse. Los cálculos se llevaron utilizando programa ADINA con el modelo elasto-plástico de Mohr-Coulomb para programa ADINA con el modelo elasto-plástico de Mohr-Coulomb para suelos.suelos.

26

27

28

Resultados de cálculos del estado de esfuerzo-deformación de la presa Kambarata con la zona 2B de cascajo de cascajo de apoyo de la pantalla de concreto armado

Fig.Fig. 2.1. 2.1. Desplazamientos horizontalesDesplazamientos horizontales, , mm FigFig. 2.2. . 2.2. DesplazamientosDesplazamientos verticalesverticales, , mm

Fig.Fig. 2.3. 2.3. Esfuerzos Esfuerzos horizontaleshorizontales, , PaPa Fig Fig. 2.4. . 2.4. Esfuerzos verticalesEsfuerzos verticales, , PaPa

Resultados de los cálculos para cinco etapas de la construcción de la presa (Fig. 2.1-2.4) muestran que las esfuerzos verticales de compresión se distribuyen uniforme por altura de la presa, aumentando a 6 MPa en la base. En la zona 2B de cascajo de cascajo de apoyo de la pantalla de concreto hay una concentración de esfuerzos de compresión entre 0,6 y 2,6 MPa.

Malla de elementos finitos: 3 etapas de construcción 3 etapas de construcción Malla de elementos finitos: 5 etapas de construcción5 etapas de construcción

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Conclusiones:Conclusiones:1.1. Para Para la construcción de la presa en 5 etapas la deflexión de pantalla de concreto la construcción de la presa en 5 etapas la deflexión de pantalla de concreto

llegó a 120 cm, que es un 20% menos, que la misma deflexión para 3 etapas.llegó a 120 cm, que es un 20% menos, que la misma deflexión para 3 etapas.2. 2. RReducción de la deflexión de la pantalla con la zona de RCC muy pobre educción de la deflexión de la pantalla con la zona de RCC muy pobre de apoyo de de apoyo de

pantalla pantalla fue muy eficaz: la deflexión era 50 cm, es decir, disminuyeron en 2,4 veces.fue muy eficaz: la deflexión era 50 cm, es decir, disminuyeron en 2,4 veces.3.3. Variante de Variante de la presa la presa con con zona de CCR muy pobre de apoyo de pantalla de zona de CCR muy pobre de apoyo de pantalla de

concreto concreto proporciona una gran reducción en el costo y el tiempo de construcción en proporciona una gran reducción en el costo y el tiempo de construcción en comparación con la presa comparación con la presa construida por medio de explosiones dirigidos.construida por medio de explosiones dirigidos.

4.4. Este variante se debe considerar, como un principal, en el diseño final de la presa.Este variante se debe considerar, como un principal, en el diseño final de la presa.

Resultados de Resultados de cálculos de estado de esfuerzo-deformación de la presa Kambarata cálculos de estado de esfuerzo-deformación de la presa Kambarata con con zona de CCR muy pobre de apoyo de pantalla de concreto (zona de CCR muy pobre de apoyo de pantalla de concreto (5 etapas de 5 etapas de construcción) construcción)

Fig.Fig. 2. 2.55. . Desplazamientos horizontalesDesplazamientos horizontales, , mm FigFig. 2.. 2.66. . DesplazamientosDesplazamientos verticalesverticales, , mm

Fig.Fig. 2. 2.77. . Esfuerzos Esfuerzos horizontaleshorizontales, , PaPa Fig Fig. 2.. 2.88. . Esfuerzos verticalesEsfuerzos verticales, , PaPa

30

2.2. Planta general2.2. Planta general del pdel proyecto hidroeléctrico Sogamoso (1035 MW) royecto hidroeléctrico Sogamoso (1035 MW) concon la pla presa resa de enrocado con pantalla de concreto (de enrocado con pantalla de concreto (HH=190=190 m) m)

31

Presa Sogamoso de enrocadoPresa Sogamoso de enrocado con la pantalla de concretocon la pantalla de concreto armado (Harmado (H=190=190 m), m), estáestá construyendo en construyendo en ColombiaColombia

32

Presa Sogamoso de enrocadoPresa Sogamoso de enrocado con la pantalla de concretocon la pantalla de concreto armado (Harmado (H=190=190 m) y con la m) y con la ataguíaataguía de aguas arriba de CCR-1 de aguas arriba de CCR-1

Zona 3А 3В 3С 3DMaterial Grava y canto

rodadoPiedra rocosa de excavación para

vertedero

Grande piedra de excavación para vertedero

Filtrode arena

33

Presa Sogamoso de enrocadoPresa Sogamoso de enrocado con pantalla de concretocon pantalla de concreto HH=190=190 m m en la en la fundación de roca blanda en la región sísmicafundación de roca blanda en la región sísmica: : A=0,27g, T=1000 añosA=0,27g, T=1000 años

El análisis 2-D del estado de esfuerzo-deformación de El análisis 2-D del estado de esfuerzo-deformación de la la presa de Sogamoso presa de Sogamoso fue realizado con ayuda del programafue realizado con ayuda del programa ADINA ADINA basado en el método de los basado en el método de los elementos finitoselementos finitos yy utilizando el modelo elasto-plástico con el criterio de Mohr-utilizando el modelo elasto-plástico con el criterio de Mohr-Coulomb paraCoulomb para los materiales de la presa. La gran influencia de la los materiales de la presa. La gran influencia de la consecuencia de la construcción de la presas y llenado de embalse sobre el consecuencia de la construcción de la presas y llenado de embalse sobre el estado de esfuerzo-deformación de la presa se ha recibido en este análisis.estado de esfuerzo-deformación de la presa se ha recibido en este análisis.

El nuevo método efectivo de reducción (hasta a 50-55%) de las deflexiones de El nuevo método efectivo de reducción (hasta a 50-55%) de las deflexiones de la pantalla de concreto en la presa fue propuesto por la inclusión de la zona de la pantalla de concreto en la presa fue propuesto por la inclusión de la zona de apoyo de CCR-1 en lugar de la zona de transición 2B debajo de pantalla de apoyo de CCR-1 en lugar de la zona de transición 2B debajo de pantalla de concreto armado.concreto armado.

Parámetros Zona 3А CCR Zona 3D Zona 3В Zona 3С

Móódulo de deformación, MPa

50 500 20 40 30

Coeficiente de Poison 0,3 0,2 0,33 0,32 0,33

Densidad, t/m3 2,0 2,35 1,93 2,04 1,83

AAngulo de friccióón interna φ (grados)

42 40 35 44 35

Cohesióón, MPa - 0,1 - - -

Parámetros cálculosParámetros cálculos del modelo de del modelo de Mohr-Coulomb de los materiales de la Mohr-Coulomb de los materiales de la presapresa

34

Presa Sogamoso de enrocadoPresa Sogamoso de enrocado con pantalla de concretocon pantalla de concreto HH=190=190 m m en la en la fundación de roca blanda en la región sísmicafundación de roca blanda en la región sísmica: : A=0,27g, T=1000 añosA=0,27g, T=1000 años

Zona 3А

Zona 3В Zona 3С

Ataguia aguas arriba de CCR

Zona 3D

Los parámetros del modelo perfectamente elástico y plástico con criterio de Mohr-Coulomb para los materiales de la presa en el los cálculos del estado de esfuerzo-deformación por el programa ADINA a las acciones estáticas y sísmicas

Zona 2В de CCR

35

5 etapas de construcción de la presa Sogamoso, consideradas en su cálculo

Malla de elementos finitosMalla de elementos finitos (846) (846) en el en el cálculo de esfurzo-deformación de la presacálculo de esfurzo-deformación de la presa

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Deformaciones horizontales de la presaDeformaciones horizontales de la presa con zona de con zona de apoyo apoyo de CCR dede CCR de la pantalla la pantalla

Вертикальные перемещения (м) плотины СогамосоВертикальные перемещения (м) плотины Согамосо

Deformaciones verticales de la presa con zona de Deformaciones verticales de la presa con zona de apoyoapoyo de CCR de de CCR de la pantalla la pantalla

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DesplazamientosDesplazamientos horizontales (m) de presa horizontales (m) de presa con zona de con zona de apoyo apoyo de CCR de pantallade CCR de pantalla

DesplazamientosDesplazamientos verticales (m) de la presa verticales (m) de la presa con zona de con zona de apoyo apoyo de CCR de pantallade CCR de pantalla

1. Teniendo en cuenta de 5 etapas de construcción de presa y llenando del embalse 1. Teniendo en cuenta de 5 etapas de construcción de presa y llenando del embalse la deflexión máxima de pantalla de concreto con zona 2b de transición erá 180 la deflexión máxima de pantalla de concreto con zona 2b de transición erá 180 cmcm

2. En caso de sustitución de la zona de transición por la zona de apoyo de CCR del 2. En caso de sustitución de la zona de transición por la zona de apoyo de CCR del espesor de 4m la deflexión máxima de pantalla de conreto se reduce en dos espesor de 4m la deflexión máxima de pantalla de conreto se reduce en dos veces a 95 cm, lo que mejora mucho la seguridad de presa por acciones veces a 95 cm, lo que mejora mucho la seguridad de presa por acciones estáticas y sísmicasestáticas y sísmicas

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