Presas Unidas

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DISEO DE OBRAS HIDRULICAS

PRESAS DE EMBALSEINTRODUCCINEn el Per existe la necesidad de efectuar mltiples almacenamientos con el objeto de regular las masas hdricas de numerosas cuencas, en especial en la costa o para trasvasar aguas del atlntico al pacifico. Igualmente para prevenir daos en obras hidrulicas y en algunas poblaciones es necesaria la construccin de represas de proteccin contra crecidas, huaycos y aluviones. As mismo para evitar la contaminacin de los cursos de agua, en las minas se disean para los relaves. Embalses, azudes, almacenamientos, o reservorios son los vasos que se cierran mediante una presa con el objeto de recoger las aguas de su cuenca, en la estacin lluviosa para luego soltarla en la poca de estiaje. Es conocido que los ros de la costa peruana sufren crecidas destructoras despus de lluvias fuertes en los meses de verano, siendo en estos meses sus caudales superiores a los de los periodos de sequa, por lo que para regular estas

variaciones es conveniente construir almacenamientos. La presa es una de las obras hidrulicas ms importantes dentro de un proyecto hidrulico, de irrigacin o hidroenergtico. Las presas y los embalses o reservorios que originan se usan para regular las avenidas con fines de aprovechamiento, como abastecimiento de agua a poblaciones, riego de terrenos, generacin de energa elctrica, propsito recreacionales, y la defensa contra inundaciones o erosiones por flujosUNPRG | ING. CIVIL

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extraordinarios en los ros. Estos embalses pueden ser de dos tipos: para un solo fin o para servicios mltiples. El diseo de una prensa requiere de la concurrencia de muchos campos de la ingeniera como la hidrulica, hidrologa, hidrogeologa, geologa, geotcnica, mecnica de suelos, mecnica concreto, materiales el apoyo de roca, teoras de la plasticidad, teora del operativo de la maquinas computadora y los

software que se vienen desarrollando en la actualidad permiten que el diseo se perfeccione dando al proyectista mayor confianza en sus clculos.

1. CUENCA HIDROGRAFICA: De un o zona de captacin definida a partir del

lugar de almacenamiento. Es el rea de terreno donde todas las aguas cadas por precipitacin se unen para formar un solo curso de agua. Cada curso de agua tiene una cuenca bien definida para cada punto de su recorrido. La delimitacin se hace sobre un plano de curvas de nivel, siguiendo la lnea del divoltium acuarum o lneas de las altas costumbres.UNPRG | ING. CIVIL

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2. ALMACENAMIENTO: Formado por una PRESA, en un emplazamiento

previamente elegido, cambiando el rgimen natural del escurrimiento al rgimen artificial de la demanda, de acuerdo con el fin o los fines que se define. Partes de la presa: a) vaso b) cortina c) obras de desvo d) obra de toma e) obra de excedencias3. DERIVACIN: En donde por medio de una prensa, se deriva el escurrimiento

del rio hacia el sistema de conduccin.4. SISTEMA DE CONDUCCION: Formado por conductos abiertos o cerrados y

sus estructuras. Conduce el agua desde sus derivaciones hasta el rea de aprovechamiento.5. SISTEMA DE DISTRIBUCIN: De acuerdo con el fin especfico de

aprovechamiento: canales para riego por gravedad, tuberas a presin para centrales hidroelctricas y poblaciones, etc.6. ELIMINACION DE AGUAS RESIDUALES: O volmenes sobrantes por medio

de alcantarillados en el caso de abastecimiento, drenes en el caso de sistema de riego, estructura de desfogue en centrales hidroelctricas, etc.

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1. CLASIFICACION Y USOS DE LOS ALMACENAMIENTOS Los almacenamientos pueden ser grandes y pequeos, pudiendo clasificarse en: Multianuales, acumula volmenes para cubrir la demanda de varios aos. Anuales, abastecimiento al proyecto en un ao. Reservorios Pequeos, en hidroelctricas, con regulacin horaria de caudales. Reservorios en proyectos de irrigacin, los reservorios se construyen para garantizar el agua en la campaa anual del proyecto. Almacenamiento elevado, en el abastecimiento de agua domestica e industrial. Embalse de cabecera en un proyecto hidroelctrico, para regular los caudales de la central. Vasos para el control de avenidas, puede ejecutarse en el cauce principal o en un cauce previsto para las avenidas. Almacenamiento de propsitos mltiples, puede requerir un

almacenamiento de regulacin, llamado de compensacin cuando el uso del agua no es coincidente, caso de una central hidroelctrica de punta y de riego. 2. CARACTERISTICAS FISICAS DE UN VASO DE ALMACENAMIENTO Las caractersticas ms importantes son: la capacidad o volumen, que se puede embalsar a diferentes niveles, y el rea que resulta inundada debida al represamiento.

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Para conocer estas caractersticas, se elabora la Curva rea-Volumen la cual se obtiene, determinando las reas comprendidas entre cada nivel se calculan los volmenes almacenables y dibujar dos curvas relacionando las cotas o alturas de la presa con las reas en Km2 o ha. Y las masas almacenadas en millones de m3 (MMC) o en Um3. Estas curvas son empleadas para la eleccin de la altura ms econmica de Presa y para calcular los volmenes de evaporacin mensual que se producira en el almacenamiento. 3. ESTUDIOS QUE SE DEBEN REALIZAR EN ALMACENAMIENTOS

3.1. Investigacin de campoUn proyecto hidrulico, se desarrolla conforme a las fases de avance y estn relacionadas al nivel de informacin, y el diseador de las estructuras hidrulicas realiza sus clculos fundamentndolos con datos de campo y laboratorio de la zona de: Embalse (vaso) Boquilla Aliviadero Obras de evacuacin y tomas Materiales de construccin (canteras)

3.2. Fases de los estudios En la fase de reconocimiento, se dar los planeamientos generales del proyecto, con la informacin topogrfica con planos a grandes escalas 1:100000 o 1:50000, se proponen aqu varias zonas de ejes o cierre de las posibles presas. Se evalan las inversiones y beneficios con diseos a nivel preliminar.UNPRG | ING. CIVIL

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Fase de pre-factibilidad, en esta fase se estudian las alternativas de ubicacin, con mayor informacin para realizar anteproyectos y precisar las ventajas cuantitativas y cualitativas de cada variante. Un mapa ingeniero geolgico del embalse a escala 1:25000. De la boquilla 1:10000; perfiles geosismicos y ensayos de canteras permitirn al diseador obtener un tipo de presa y su perfil, profundidad preliminar de las pantallas de cimentacin. Diseo a nivel de la informacin de las obras complementarias de toma, aliviadero, y derivacin eligiendo as la alternativa optima. En la etapa de factibilidad se ubica exactamente el emplazamiento y estructuras complementarias, se efectan algunos diseos detallados de los elementos de la presa y su estabilidad total, siendo necesario una informacin mnima como se muestra en el cuadro: ESTUDIO FACTIBILIDAD 1:10000 - 1:5000 1:10000 DEFINITIVO 1:2000 - 1:5000 15000

INVESTIGACION -Geologa boquilla vaso -Prospeccin -Sondajes -Geofsica -Hidrologa -Hidrulica -Sismologa

Geodinmica, geomorfologa, estratigrafa. mnimo 3 los convenientes

de comprobacin en la boquilla y canteras Determinacin de las caractersticas de filtracin y cargas reales, sifonamiento, niveles freticos modelos hidrulicos Regional ( Geotectnica)UNPRG | ING. CIVIL

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-Sismicidad -Mecnica de suelos y rocas Evaluacin de cimentacin y canteras

Instrumental en el eje Ensayos a nivel de investigacin cientfica

3.3. El Estudio del VasoLa localizacin de un vaso depende de: El costo de la Presa, que depender de las condiciones fsicas e hidrolgicas de la cuenca por encerrar. Costos de expropiacin de terrenos y reubicacin de obras civiles: carreteras, viviendas, reas agrcolas y ruinas arqueolgicas, que pueden aumentar su costo. Costos de descontaminacin del rio o fuente de agua, si fuera el caso. Despus de determinada la traza mxima de inundacin debe efectuarse: Estudio minucioso de estabilidad, permeabilidad y fugas de agua a otras cuencas que pueda disminuir su capacidad de almacenamiento. El estudio de filtraciones en el vaso, cuando las paredes del vaso son de roca muy fracturada (rocas volcnicas o calcreas). No existe un reservorio 100% impermeable, siempre habrn prdidas, ya sea en menor o mayor grado, estas ocurren en el cuerpo mismo de la presa, por las riberas del reservorio y con mucha mayor incidencia por el lecho del cauce (vaso). Es posible su control por medio de pantallas, inyecciones, etc. Las prdidas de caudal por evaporacin, depende de varios factores: altitud, temperatura, velocidad del viento, humedad relativa, presin atmosfrica, etc. Lo ms aconsejable para su evaluacin es hacerlo por medio de evapormetros.UNPRG | ING. CIVIL

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Estas se miden en mm/da, por ejemplo en el desierto del Sahara: 4,000 mm/ao, en la costa peruana. 800mm/ao. Estudios geolgicos y geosismicos, permitir el conocimiento de la geologa regional, zonas de deslizamiento, nivel del basamento rocoso, nivel fretico, zonas inestables dentro del rea del vaso. Evaluacin de las variaciones ecolgicas que podran producirse como consecuencia de la inundacin del vaso. Estudio como atractivo turstico, analizando las posibilidades de pesca, recreamiento, navegacin y deportes acuticos. EL VOLUMEN HIDROLOGICO ALMACENABLE, viene a ser la oferta hidrolgica, que tambin se le conoce como rendimiento til y podemos expresarlo como: ( )

V = Volumen Hidrologico almacenable Of = Oferta o caudal aforado en la boquilla De = Demanda del agua del Proyecto + Perdidas por evaporacin e infiltracin.

ESTUDIO DE LA COLMATACIN DE LOS ALMACEMIENTOS debido al transporte de slidos de fondo y en suspensin, cuya intensidad es difcil de predecir y puede significar una apreciable reduccin de la capacidad del vaso. Normalmente las corrientes arrastran sedimentos debido a la erosin de la cuenca, estos son conducidos en dos formas: En suspensin y por el fondo del cauce.UNPRG | ING. CIVIL

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La cantidad de slidos vara segn las estaciones, siento mucho mayor en la poca de lluvias. Aguas arriba de una presa siempre hay sedimentacin y aguas abajo siempre existe erosin. LA SEDIMENTACIN ACELERADA, y consiguiente prdida de capacidad de los embalses, tiene consecuencias que no son slo econmicas, sino que involucran en muchos casos, el fracaso de un proyecto en sus aspectos sociales. Esto ltimo ocurre cuando no existe un proyecto de ingeniera alternativo para reemplazar la presa reguladora colmatada.

3.4. El Estudio de la boquilla Examen general de los posibles ejes de la presa, considerando en el anlisis los aspectos geolgicos, topogrficos, canteras cercanas y facilidades para la construccin de la presa. Los levantamientos topogrficos, deben cubrir hasta una cota de 50 m superior al nivel de coronamiento de la presa y las posibles reas de relleno de las presas. Los estudios geolgicos deben comprender todo el rea de la presa, de canteras, los estribos y fondo de la presa. Los estudios geotcnicos estudiarn las formaciones rocosas, fallas geolgicas y buzamientos. Los estudios de mecnica de suelos comprenden estudios geossmicos, perforaciones diamantnas, calicatas y socavones para investigar las caractersticas principales de la cimentacin y estribos. Durante las perforaciones se extraen muestras inalteradas y alteradas para procesarlas en el laboratorio, realizando el anlisis mecnico de laboratorio, realizando el anlisis mecnico de zarandas, anlisis granulomtrico, lmites de Atterberg, pruebas de permeabilidad, consolidacin corte, triaxial, etc.

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Estudios ssmicos del rea de la presa y del vaso que permiten seguridad en el diseo. Los estudios de permeabilidad de campo en el eje de la boquilla permitirn conocer las fracturaciones de las rocas y prever posibles inyecciones para evitar filtraciones. El estudio de la boquilla permitir elegir el tipo ms conveniente de presas y efectuar diferentes alternativas para elegir la presa ms econmica.

3.5. El Estudio del Aliviadero Los vertederos o aliviaderos de demasas tiene por objeto eliminar en el tiempo ms breve las descargas de avenidas y evitar que la presa sea daada. La cota del aliviadero se fija como el nivel normal de almacenamiento, como el volumen mximo embalsable. Su capacidad depende de la mxima avenida prevista con un tiempo de retorno determinado. En algunos casos las compuertas de los aliviaderos se operan conjuntamente con los conductos de fondo para controlar la extraccin de agua con diversos propsitos. Los principales tipos de vertederos: De cresta, libre, de canal lateral, de pozo. Para el diseo de los aliviaderos, se efectan estudios hidrolgicos para determinar la mxima descarga y fija: la capacidad de evacuacin del vertedor. Anlisis estructural del vertedor, para asegurar su estabilidad.UNPRG | ING. CIVIL

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3.6. El Estudio de las Obras de Evacuacin y Tomas El volumen almacenado se evala de la presa mediante los conductos de fondo y tomas. La capacidad de la tomas es igual a la mxima demanda del proyecto, pero tambin puede servir' para eliminar una parte de las excedencias. En la mayora de las presas se ubican dentro del cuerpo de las presas, y en otras en el mismo vaso. Es necesario estudios geolgicos y estructurales para asegurar la estabilidad. Para regular los caudales se utilizan compuertas y vlvulas.

3.7. El Estudio de la Canteras de Materiales Investigacin de campo y laboratorio de los materiales posibles a emplearse de acuerdo al tipo de presa. En el caso ce presas de tierra y enrocamiento se investigan canteras de materiales arcillosos para el ncleo de la presa y materiales permeables como arenas y gravas para escarpas de la presa. Las canteras de materiales deben ubicarse prximas a la presa. Los estudios de mecnica de suelos son los mismos citados para la boquilla. En el caso de rocas se ejecutarn pruebas de mecnica de rocas y de compresin, as como exmenes mineralgicos y de dureza de la roca. 4. CLASIFICACIN DE PRESAS

4.1. De Concreto o Mampostera Gravedad Es costumbre aplicar el trmino "Presa de gravedad" a toda presa maciza de mampostera o concreto que debido a su peso propio (w) y la fuerza deUNPRG | ING. CIVIL

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friccin entre la presa y la base (F), resisten el sistema de fuerzas que le son impuestas como el Empuje (En) y la Subpresin (Sp). En el caso de bases rocosas aparecen fuerzas de cohesin Las presas de gravedad tienen una seccin recta casi triangular. Con mucha frecuencia se construyen en planta recta, aun cuando pueden tener desviaciones que permiten aprovechar con ventaja las caractersticas topogrficas del sitio.

Tipo

Material de Construccin

Planta

Seccin

Gravedad-Contrafuerte

{

;

{

;

Contrafuerte

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El criterio de diseo de este tipo de presa es el de reducir la cantidad de concreto, disminuyendo la seccin de las presas de concreto de gravedad ,dejando entre sus elementos de juntas , espacios que al mismo tiempo que disminuyendo las supresiones tambin disminuyen la cantidad de concreto ;pero para contrarrestar la prdida de peso del concreto eliminado se reemplaza por el peso del agua (Wa) obtenido por la inclinacin del talud aguas arriba de la presa. Estas presas se construyen por lo general en bases rocosas y su atura mxima no pasa de 90 metros.

m=0.75 machones-concreto a. Losas b. Cabezas c. Arcos mltiples

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Arco Son estructuras curvas ,con convexidad hacia aguas arriba , la cual adquiere la mayor parte de su estabilidad al transmitir la presion hidraulica y las aguas adicionales ,por accion de arco , a las superficies es la cimentacion . De acuerdo a la relacion de ancho de la base B a la altura H ,se tiene: Presa de arco Presa de semi- arco Presa de gravedad B/H0.60

Arco Concreto a) Arco Simple b) Arco gravedad c) Arco bveda

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4.2.

Presas De Materiales Locales

Se puede clasificar en: Por el tipo de material : tierra ,enrocado y tierra con enrocado Por el procedimiento constructivo: relleno, compacto, relleno hidrulico, voleo, desprendimiento dirigido. Por el vertimiento: vertederas y no vertederas.

4.2.1. Por el tipo de material Presa De Tierra Es una de las obras ms antiguas que se haya realizado en nuestro planeta .se construa ya hace muchos siglos en Holanda, Egipto, India, China, Per, Mxico, de materiales cohesivos y alturas no mayores de 10 m, con fines de irrigacin y control de avenidas. En los siglos XVII Y XVIII se construyeron presas hasta 20 m de altura y casi todas son homogneas, perfeccionado se su construccin con zonas impermeables y de drenaje. El drenaje tiene por finalidad conducir las lneas de corriente en el cuerpo de la presa bajando la curva de depresin dando la mayor estabilidad al talud aguas abajo.UNPRG | ING. CIVIL

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Al evitar la saturacin del prisma inferior de apoyo. Posteriormente el drenaje del as presas de tierra se utiliza no solo para deprimir la curva de depresin y conduccin de las lneas de corriente sino tambin para asegurar los procesos de consolidacin del suelo en el cuerpo y la base de la presaRo

m=1.4-1.5 Homognea EnrocamientoRo

m =2-2.5

{

1. 2. 3.

Material fino: zona impermeable Transicin : material permeable Respaldos de grava o roca permeable

PRESA DE ENROCADO Conjuntamente con las presas de tierra se han construido otros tipos de presa, la de enrocado y piedra, impermeabilizacin de la presa puede ser alma ncleo, alma inclinada o diafragma.UNPRG | ING. CIVIL

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PRESA DE ENROCADO-TIERRA El proceso de evolucin tecnolgica y estudios de mecnica de suelos permiti una mejor utilizacin de todos los materiales cerca del eje de la presa, lo que conllevo a complementarse presas mixtas de enrocado y tierra; que a su vez cumpla con la condicin de impermeabilizante (tierra) y de estabilidad de las prismas (enrocado).

La presa ITAIPU (BRASIL-PARAGUAY) es una presa de gravedad aligerada, de enrocado y de tierra con una altura de 176 m y fue construida desde 1970.

La presa CHICOASEN (MEXICO) es la sexta presa ms alta del mundo y la ms alta de amrica latina.

1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

Material impermeable ( migajn ,arenosa y grava) Material permeable Enrocamiento (pizarra) Proteccin de roca pesada Toba blanca compacta Pantalla de layecciones y dentellones Galera de inspeccin, layeccion

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A: Cortina principal B: Ataguia agua arriba C: Atagnia aguas abajo D: Relleno E: Plataforma

1) 2) 3) 4) 5) 6)

ncleo impermeable filtro transicin respaldo impermeable proteccin de roca depsito de arena

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4.2.2. POR EL PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO Segn el procedimiento constructivo, se distinguen las de relleno compacto por procedimiento mecnico .casi todas las presas del Per tienen esta modalidad de construccin y son las de mayores cantidades de movimiento de materiales.

La presa mangla de Pakistn tiene un relleno de 63 x altas NUREK H-300 m de 58x mecnicamente.

y las ms

materiales de relleno compactado

Las presas de relleno hidrulico generalmente se usan en ros caudalosos para decantar arena o arena limosa, se utiliza en Europa en la construccin de diques pequeos que sirven para centrales hidroenergeticas de poca altura y gran caudal.

Las presas de voleo requieren de condiciones especiales de topografa donde la cantera de roca se encuentra encima del cierre o eje, se debe tener en cuenta las deformaciones diferenciales que se puedan producir en el prisma base de apoyo de la panta impermeable

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DISEO DE OBRAS HIDRULICASTIPO DE MATERIAL TIERRA HOMOGNEO: RELLENO COMPACTO VERTEDORAS PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO VERTIMIENTO

ZONIFICADO:

RELLENO HIDRUALICO

ENROCADO VOLIO Zona impermeable Concreto armado Concreto asfaltico Metal Madera Fibra sisttica

NO VERTEDORAS

TIERRA - ENROCADO

DESPRENDIMIENTO DIMIGIDO

5. PARMETROS DE DISEO

5.1. ALTURA Y CAPACIDAD DE LA PRESALa capacidad que debe tener el reservorio depender bsicamente de los parmetros siguientes: Volumen requerido para atender las necesidades del proyecto ,volumen til Volumen requerido para la deposicin de los sedimentos ,volumen muerto Volumen requerido para reducir el efecto de las crecidas ,volumen de superalmacenamientoUNPRG | ING. CIVIL

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ALTURA ESTRUCTURAL DE LA PRESA Es la altura mnima de la presa .se obtiene con el volumen total que darn los parmetros mencionados anteriormente ALTURA HIDRAULICA La altura hidrulica o altura hasta la cual se eleva el agua debido a la presencia de la presa es la diferencia en elevacin entre el punto ms bajo en el hecho original del ro, en el plano vertical del eje de la estructura y el nivel de control ms alto del vaso. La altura hidrulica de una cortina se calcula como:

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: Correspondiente a la capacidad para sedimentos o volumen muerto. = volumen til. correspondiente a la capacidad para aprovechamiento o

La altura total o estructural de la presa ser : H= +

:

=

correspondiente al borde libre.

5.1.1. CAPACIDAD O VOLUMEN DE SEDIMENTOS ( ) Es la capacidad necesaria para retener los sedimentos que lleguen al vaso de la presa durante la vida til de la misma. =a.V Siendo: V=Volumen total de agua que entra al vaso, durante la vida til de la presa en millones de m3 Aa=relacin volumtrica azolves y de agua escurrida que se obtiene por muestro en el rio en estudio En los ltimos aos se ha considerado como vida til de una presa a un periodo de 50 a 100 aos, pero la vida til ha sido referido desde el punto de vista econmico en relacin con depreciaciones y costos de la estructura s y que en el caso delUNPRG | ING. CIVIL

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azolvamiento de presas es conveniente referirse a la vida til de las mismas ,la cual debe ser la mayor posible con la finalidad de no provocar conflictos de

aprovechamiento del agua a las generaciones futuras. Para tal efecto, se debe prever la construccin de descargas profundas en las presas las que se deben operar con frecuencias para evitar la consolidacin de azolves 5.1.2. CAPACIDAD O VOLUMEN DE APROVECHAMIENTO ( ) Es la necesidad para satisfacer las demandas de extraccin de agua al vaso , de acuerdo con cierta ley establecida . Es el volumen comprendido entre el nivel de aguas mnimas (N.A.Min) y el nivel de aguas mximas de operacin (NAMO) y se expresa en millones de m3. 5.1.3. SUPERALMACENAMIENTO ( ) Es el volumen retenido para regulacin de avenidas comprendidos entre el NAMO y el NAME (nivel de aguas mximas extraordinarias) y expresado en millones de m3 5.1.4. BORDE LIBRE ( ) Es la altura en metros medida en el desnivel entre el NAME y la corona de una cortina. El borde libre incluye la amplitud del oleaje generado por e l viento o marea ( asentamiento mximo de la corona ( ) y margen de seguridad ( que: ),

altura significativa de rodamiento de las olas sobre el talud aguas arriba ( ),);

de modo

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Altura por mareas debido al viento ( ( )/2600D Donde: V=velocidad del viento F=feitch o alcance

)

(m/s) (Km) (m) (m)

D=profundidad medial del vaso Altura de marea

El feitch es perpendicular al eje longitudinal de la presa y pasa por el centro

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Altura de olas (hs) a) Si la superficie es vertical o practicante vertical: Si F 18 km H(m) H = altura promedio de las olas H = hs = altura de ola significativa Si F > 18 km H = altura promedio de las olas H =

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b) Si la superficie es inclinada. En este caso la otra trata de remontar el taludembalsamiento Cuando las olas llegan a la superficie, rompen y remontan: ( )

Altura por asentamiento mximo de la corona

Dnde: K = coeficiente de compresibilidad (Tabla). H = altura de la presa. Material de la Presa Clasificacin SUCS Arcillas y limos de alta compresibilidad Arcillas y limos de baja compresibilidad Arenas con limos y arcilla Arenas limosas y arenas con pocos finos Mezcla de Grava con arenas CH y MH CL y MI SC SP y SW GC, GM y GP Valor K ( )

Altura de Seguridad (hsc) 1 Criterio: Mayor de los tres valores: 1/3 (NAME NAMC) Altura de olaUNPRG | ING. CIVIL

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Maximo 60 cm 2 Criterio (Segn Justin): Presas Bajas Presas Medianas Presas Altas hsc = 0.9 1.5m hsc = 1.8 3.0m hsc = 3.0 9.0m

6. PANTALLA DE CIMENTACION Las zonas de estudio de un cierre son: la cimentacin, el cuerpo de la presa y el embalse. Todo el conjunto impermeabilizante del cierre tanto de la pantalla de cimentacin como el ncleo debern disearse de tal forma que las permeabilidades sean mnimas con un coeficiente de permeabilidad K < cm/s., esto en base que la masa rocosa permitir el consumo o gasto en, el cual no se produzcan procesos peligrosos de filtracin. En el diseo de las cimentacin se destacan dos formas de impermeabilizacin: inyecciones y zanjas, la primera usada generalmente en la base y en los estribos dependiendo de la profundidad y densidad de las inyecciones, del consumo unitario (q), de los valores de recuperador de muestras y otros factores hidrogeolgicos del masiva. La segunda forma de impermeabilizante en zanja, usada generalmente en cauces aluviales tiene factores limitantes en profundidad por los procesos de construccin a utilizar y el material de relleno.

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Figura N PANTALLA DE CIMENTACION

7. INSTRUMENTACION EN PRESAS EN TIERRA Este control es posible a travs de los instrumentos, la cantidad, tipo y funcionamiento de los instrumentos depende de la importancia y de la clase de presa, para las presas grandes e importantes se utilizan los siguientes instrumentos: 1. PIEZOMETROS: Para medir y controlar la presin del agua en poros y la sub presin en la fundacin, se instalan en perfiles crticos (a la mitad y a los lados). 2. INDICADOR DE MOVIMIENTOS ESPECIALES: Para medir y registrar movimientos verticales al eje de la presa y en la superficie de taludes si

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se instalan paralelos al eje de la presa en la lnea de junta de taludes con corona. 3. INDICADOR DE ASENTAMIENTO: Para medir el asentamiento y % de consolidacin dentro de la presa y fundacin, se instalan en la presa y en la fundacin 4. INDICADOR DE MOVIMIENTOS INTERIORES: Para medir movimientos de deformacin horizontales y verticales en el interior de la presa. 5. INDICADOR DE REFUERZOS: Para medir los esfuerzos interiores de la presa 6. SISMOGRAFO: Para medir movimientos ssmicos especialmente

resonancia de materia en la presa, se instalan en la corona, en el pie aguas abajo y en la fundacin de la presa. 7. INDICADOR DE MOVIMIENTO: Para medir movimientos en dilatacin del mismo material y/o entre materiales extraos, se instalan en los dos lados de las dilataciones. 8. MEDIDOD DEL CANAL DE FILTRACION: Para medir el caudal de las filtraciones a travs de la presa y de la fundacin se instalan en los colectores. 8. FALLAS EN LAS PRESAS Es tan interesante tener alguna idea del nmero de presas que se han construido en el mundo, como las causas de falla de algunas de ellas La Comisin Internacional de Grandes Presas pblico su Legons Tiries des Accidents de Barrages, en donde aparece la relacin falla en grandes presas desde 1830, considerando presa grande a aquella cuya cortina tiene una altura mayor de 15m.UNPRG | ING. CIVIL

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Hasta 1965, fecha ultima de registro, se haban presentado 466 accidentes y fallas, y 289 presas haban sufrido fallas parciales o totales en la cortina o en las obras auxiliares. En la relacin que sigue aparece la lista de las causas que provocaron la falla y su porcentaje considerando 289 = 100%. 11 CAUSA Falla de cimentacin Falla por deslizamiento de laudes 34% 37%

Avenidas Mximas Probables ( obras de excedencia 17% inadecuadas) Falla de diques en la presa (roturas) Falla en los conductos de desage Sismos Otros (licuefaccin, filtraciones y lavado de finos) 1% 3% 3% 5%

9. PRESAS EN EL PERU Y SU PROBLEMTICA Dentro de las presas construidas y proyectadas en el Per, tenemos las siguientes:

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NOMBRE 1. Malpaso 2. Mantaro 3. Molloco 4. Condoroma 5. Quishuarani 6. Aguada Blanca 7. Tinajones 8. Poechos 9. Gallito Ciego 10. Chotano 11. Llaucano 12. Olmos 13. Limon

LUGAR Arequipa Arequipa Arequipa Arequipa Arequipa Arequipa Lambayeque Piura Cajamarca Cajamarca Cajamarca Lambayeque LambayequePiura-Cajamarca 1111 E = Enrocado G = Gravedad C = Construida S/C = Sin Construir T = Tierra

TIPO E G E T E E T-E T T T-E E T T

ESTADO C C C C C C C C C S/C S/C S/C S/C

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9.1. Presa Tinajones

Es la estructura principal de la Primera Etapa de Proyecto Tinajones que se ha construido aprovechando una hondonada en el cauce de la Quebrada Arequipea, tiene por objeto almacenar los excedentes del sistema, provenientes de los recursos hdricos de las cuencas de los ros Chancay, Chotano, Conchano, para ser devueltos al rio Chancay y su posterior distribucin en el valle. El Reservorio de Tinajones y sus obras complementarias fueron construidos en el periodo 1965 a 1968. Tiene una capacidad de embalse de 300 millones de m3. Est conformada por un dique principal de 40m de altura y tres diques secundarios de 20m de altura, todos ellos construidos por rellenos zonificados de tierra y ncleo impermeable de arcilla, espaldones de grava y arena y con el talud aguas arriba o rip rap d enrocado.

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CARACTERISTICAS DE LA PRESA PRINCIPAL Y DIQUES SECUNDARIOS El dique principal y tres diques secundarios cierran los cuatro lechos de quebradas conformando la depresin natural del reservorio. La presa principal es una estructura de tierra zonificada, con una longitud de su corono de 2,382m, altura mxima 41m, ancho de corona de 7m, con carpeta asfltica y taludes variables. La seccin transversal, consta de lo siguiente: Ncleo Central (vertical) de material arcilloso. Cuerpos de contencin de la presa aguas arriba y aguas debajo del ncleo de materiales gravosos (arenosos y/o limosos). Zanja de cimentacin en la fundacin de la presa (del ncleo de arcilla). Capa de drenaje en la parte de aguas abajo del ncleo de arcilla, en la cimentacin. Proteccin de taludes de la presa con materiales de enrocado. 9.1.2 PRINCIPALES CARACTERISTICAS DEL RESERVORIO Las principales caractersticas del Reservorio son: Nivel Mximo de Embalse Nivel Normal de Embalse Nivel Mnimo de Embalse Volumen Normal de Embalse Volumen protector contra crecidas MMCUNPRG | ING. CIVIL

9.1.1.

: 214.00 msnm : 212.50 msnm : 185.00 msnm : 317.00 MMC : 27.60

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Volumen Mnimo de Embalse Volumen Mximo 9.1.3 COMPORTAMIENTO DE LA PRESA PERIODO 1969 1983

: 11.20 MMC : 344.50 MMC

La Presa entr en funcionamiento a partir del ao 1969. Se presentaron niveles altos y bajos. Coincidencia Lluvias altas y niveles altos, 1977 y 1983. Lluvias hasta 130 mm/horas Formacin de Fisuras por primera vez Asentamiento cm/ao de 50 a 70 cm Asentamiento mayor 1% de H. Mximo

PERIODO 1983 1998 Fenmeno El Nio 1983 Fisuras longitudinales Resane e imprimacin asfltica de 7m de ancho en la corona Resituacin de la corona, cota 216 msnm. Fenmeno El Nio 1998 Fisuras Longitudinales de 10 a 15 cm. De desplazamiento vertical. Asentamiento de 8 a 10 cm de Presa. 1000 m de fisuramiento.UNPRG | ING. CIVIL

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9.1.4 MEDIDAS ADOPTADAS EN EL FENOMENO DE EL NIO: MARZO, ABRIL Y MAYO a) Limpieza de Fisuras. b) Resane con mezcla liquida de arcilla. c) Cubrimiento de Fisuras con mantas. d) Colocacin de Hitos de medicin de Fisuras en 18 secciones. EN EPOCA POST NIO a) Bajar el nivel de aguas (N.A.) a 208.50 msnm. b) Observaciones de los desplazamientos en la fisura. c) Elevar el nivel de aguas (N.A.) a 209.50 msnm. d) Investigaciones de la causa de fisuras.

9.1.5 ANALISIS DE LAS CAUSAS DE FISURAMIENTO AO 1983 Contraccin y expansin de materiales arcillosos. Expertos Internacionales. AO 1988 Consultora Klohn Crippen Energoprojekt Coinciden en el riesgo constante. 9.1.6 CAUSAS DEL ASENTAMIENTOUNPRG | ING. CIVIL

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Mximo 80cm desde 1970

CONSTRUCTIVAS Falta de filtros en fundacin. Compactacin muy hmeda en la trinchera del cauce antiguo.

AMPLITUD DE FISURAS a) Generalizada en todo el talud. b) Localizada c) Otros. 9.1.7 RECOMENDACIONES No subir el nivel de agua mayor de 209.5 msnm. Observacin de Instrumentacin. Estudio y Expediente Tcnico Final de Rehabilitacin. Rehabilitacin de la Presa. Observacin de la Presa y diques Despus de su puesta en servicio; se determinan los siguientes datos: Asentamientos, presin intersticial y nivel de la napa fretica. Para lo cual se ha utilizado los Instrumentos de Auscultacin de la Presa, que comprende: 60 piezmetros elctricos. Placas metlicas para medir asentamientos y movimiento horizontal. 06 piezmetros abiertos provistos con limngrafo, para control de la napa fretica.

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11 hitos para nivelacin y alineamiento, ubicados en la corona de la presa Vertederos de aforo del agua de filtracin.

SEDIMENTACION EN EL RESERVORIO Para el estudio Levantamiento Topogrfico y Evaluacin de la sedimentacin 1997, se ha encontrado que el Volumen de Sedimentos despus de 28 aos de operaciones del reservorio es de 16 425 561 m3, de donde se tienes los siguientes aporte de sedimentos:

APORTE . Rio Chancay . Cuenca del Reservorio VOLUMEN TOTAL DE SEDIMENTOS

VOLUMNE DE SEDIMENTOS (m3) 14 396 300 m3 2 029 361 m3 16 425 661 m3

El volumen mnimo de embalse (Volumen Muerto) de 11.20 MMC ha sido colmatado por los sedimentos, por lo que se est perdiendo volumen til antes de lo previsto en el estudio inicial del reservorio.

9.2. PRESA POECHOS

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Est ubicada en el valle inundable del ro Chira aguas arriba de Sullana en la localidad de Piura. Es una presa de terrapln, relleno de tierra zonificado grava poco limosa, proteccin contra erosiona de taludes con enrocamiento de granos de diferentes tamaos. La altura media es de 45m. Su parte central contiene un ncleo, una pantalla de arcilla de 4m de ancho y otra grava de transformacin arcillosa 4m. La impermeabilizacin de la cimentacin de la presa principal est formada por una cortina de concreto hormigonado. El volumen mximo de reservorio es de 1200 MMC y su volumen normal es de 885 MMC. Actualmente reencuentra en funcionamiento. Sedimentacin Acelerada en el Reservorio de Poechos La colmatacin del Embalse del Reservorio Poechos del Proyecto Chira-Piura, se debe a la erosin hdrica de los suelos de la cuenca aguas arriba de la Presa, cuyos ros y cursos de agua transportan los sedimentos hasta depositarlos en Poechos; fenmeno que ocurre anual y peridicamente durante la poca de lluvias y de avenidas (enero-marzo).

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El inicio de su operacin fue en 1976, siendo el volumen de almacenamiento de 885 MMC, de los cuales 96 MMC corresponden al volumen muerto. En 1998, despus de 23 aos, la cantidad de sedimentos almacenados en el Reservorio es del orden de los 342 MMC, reduciendo su vida til de diseo, que fue de 50 aos. En consecuencia al reducir su volumen aprovechable del Reservorio, disminuye tambin la capacidad de regulacin del sistema Chira-Piura. Esto significa menos oferta de agua para atender las demandas de agua durante la poca de estiaje, y por lo tanto, menos capacidad de afrontar con eficiencia la demanda de agua en aos secos consecutivos.

9.3. PRESA GALLITO CIEGO

Es la obra principal de Proyecto Jequetepeque Zaa, se sita en el cauce, para regular las descargas de ro Jequetepeque. Que ascienden a un promedio de 816 millones de m3 anuales.

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Es una presa de tierra zonificada y simtrica con un ncleo impermeable y diafragma de hormign. La altura de la presa es de 105 m. Se encuentra en operacin. Sedimentacin en el Reservorio de Gallito Ciego En 1987 se puso en servicio de Represa de Gallito Ciego siendo el Volumen de Almacenamiento 400.00 MMC y el volumen Muerto es de 87.64 MMC y su vida til considerada en estudio es de 50 aos. Al ao 1998, o sea 11 aos despus, el volumen de sedimentos acumulados llego aproximadamente a 90 MMC, correspondiendo 70 MMC al producido por el Fenmeno del Nio 98, quedando reducida la vida til del reservorio. De presentarse eventos extraordinarios similares al del 98, la vida til del reservorio quedara en 11 aos.

9.4. PRESA LIMNEsta presa se sita sobre el ro Huancabamba, en el lugar denominado Lime Km 86 de la carretera Olmos-Maran, creando un embalse que regular los caudales estacionales no uniformes y garantiza el nivel de agua necesario para ser evacuados a travs del Tnel Trasandino del Complejo Hidroenergtico y de Irrigacin Olmos. La Presa Limn, tiene una altura mxima de 85 m. En su cimentacin yacen depsitos aluviales en formas de cantos, grava y quijarros con cementante arenoso. Tiene un ncleo de arcilla arenosa, espaldones de grava y quijarro, zonas de transicin entre ellos y banquetas de roca de desmonte al pie de los taludes de aguas arriba y abajo. Es una presa de tierra zonificada con ncleo de arcilla arenosa.UNPRG | ING. CIVIL

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El embalse total Volumen til Volumen Muerto Vida til considerada

: : : :

191 MMC. 111 MMC. 80 MMC. 50 aos.

10. CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEO DE UNA PRESA DE TIERRA ENROCADO

10.1. Criterios de DiseoTener en cuenta la altura de la cortina. Las propiedades mecnicas de los suelos disponibles. Las condiciones de la cimentacin. La experiencia debida de obras ya construidas. Suponer una seccin, fijando los taludes y el ancho de la corona. Hacer los anlisis de estabilidad con diversas alternativas, tratndose de encontrar una seccin estable y econmica. Para que una presa de tierra pueda funcionar eficientemente, se debe cumplir los siguientes requisitos: a) Que el caudal de filtracin no afecte sensiblemente el volumen de agua disponible en el almacenamiento. b) Que no exista peligro de tubificacin. c) Que las subpresiones no alteren la estabilidad de la estructura. d) Que los taludes sean estables, bajo las condiciones ms severas de funcionamiento, a mtodos conocidos de anlisis. e) Que no haya la posibilidad de que el agua pase por encima de la cortina. f) Que la lnea de saturacin no corte el paramento aguas abajo.UNPRG | ING. CIVIL

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10.1.1. ALTURA DE PRESA Se entiende por cortina a la estructura que se coloca atravesada en el lecho de un ro, como obstculo al flujo del mismo, con el objeto de formar un almacenamiento o derivacin. Tal estructura debe satisfacer estabilidad y ser relativamente impermeable. TIPOS DE PRESAS ALTURA H(m) Bajas Medias Altas 100 m. las condiciones normales de

Las presas bajas, como su construccin son ms frecuentes, requiere de diseos tipos, por supuesto sin olvidarse de los programas de investigaciones de campo descritos. Frecuentemente el querer ahorrar una inversin por investigacin de campo y/o laboratorio que en suma representan 3 o 4% del costo total de la obra se incurre en el error, al no realizar investigaciones, de construir una obra que resulta un 200 a 300% del costo inicial presupuestado. 10.1.2. Taludes Frecuentemente se establecen valores que puedan servir como punto de partida en una alternativa; por ejemplo, ciertos reglamentos fijan como taludes mnimos los siguientes: ALTURA DE PRESA TALUD AGUAS ARRIBA TALUD AGUAS ABAJO

4.5 a 12.0 m. 12.0 a 30.0 m.

02:01 2.5:1

1.5:1 02:01

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30.0 a 45.0 m.

03:01

2.5:1

TIPO DE PRESA

TALUD AGUAS - ARRIBA

TALUD AGUAS ABAJO

De tierra

1:2.0 - 1:4.5

En dependencia del tipo de suelos en la presa y en la base 1:2.0 - 1:1.7

De tierra y Con Enrocado Central

ncleo Espaldones de piedra de escollera 1:1.3 - 1:1.8

1:1.3 - 1:1.7

Espaldones de grava y 1:1.6 - 1:2.2 guijarro 1:2.0 - 1:2.25 Con ncleo Espaldones de piedra de escollera 1:1.5 - 1:2.0 Espaldones de grava y 1:1.7 - 1:2. guijarro 1:2.2 - 1:2.7 Con Ecran En dependencia de las Espaldones de piedra caractersticas de de escollera 1:1.2 1:1.2 - 1:2.6

ligeramente inclinada

resistencia del suelo usado 1:1.6 para el ecran 1:2 -1:3.5 Espaldones de grava y guijarro 1:1.7 -1:2.0

De Enrocado

Con Ecran

En dependencia del tipo de Espaldones de piedra ecran 1:07 - 1:1.6 de escollera 1:1.2 1:1.6UNPRG | ING. CIVIL

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Espaldones de grava y guijarro 1:1.7 -1:2.0 Con Diagrama En forma anloga al talud Espaldones de piedra de aguas abajo: 1:1.3 - de escollera 1:1.3 1:1.7 1:1.7

En forma anloga al talud Espaldones de grava de aguas abajo: 1:1.3 - y guijarro 1:1.8 -1:2.2 1:1.7

HAY y BRASTZ, dan frmulas empricas para la fijacin de taludes de las Presas TALUD AGUAS ARRIBA (Z1): [( TALUD AGUAS ABAJO (Z2): [( Siendo: ( ) ( ) ) ( )] )( )]

( )

(

)

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10.1.3. Ancho de Corona Por razones constructivas y la necesidad de tener acceso a las estructuras de la presa, es recomendable que la corona tenga por lo menos 3 m para presas de altura mxima inferior a 15 m. el ancho mnimo de la corona debe ser aquel con el que se obtenga una pendiente segura de filtracin a travs del terrapln, para poder bajar la carea hidrulica cuando el vaso se encuentra lleno. Para su determinacin se ha utilizado frmulas empricas y las proporcionadas por los reglamentos espaol y japons las cuales se han ampliado a las zonas ssmicas, al igual que las empricas:

Donde:

-

Para fundacin rocosa en regiones ssmicas:UNPRG | ING. CIVIL

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o o Para fundacin no rocosa en regiones ssmicas: o ( )

Cuando se usa la segunda frmula: o o o Bureau Of Reclamation: , si 5

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