Presas de-tierra-y-enrocamiento

1. PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO
Ing. Washington Sandoval E., Ph.D.
2012

2. PARTES DE UNA PRESA

3. TIPOS DE PRESAS
• Por la composición del cuerpo de la presa
–Homogéneas.
–Heterogéneas (zonificadas).
–Con pantallas de materiales no sueltos.
–Con pantallas de suelos
–Con núcleos de materiales finos.
–Con diafragmas, muros, tablestacas, etc.

4. TIPOS DE PRESAS
Homogéneas
Con pantalla inclinada

5. TIPOS DE PRESAS
Con pantalla de materiales sueltos
Heterogéneas (Zonificadas)

6. TIPOS DE PRESAS
Con núcleo de materiales finos
Diafragma vertical rígido (pantalla)

7. TIPOS DE PRESAS
• Por su estructura impermeabilizante en la
cimentación:
– Con delantal.
– Con dentellón.
– Con cortina de inyección de lechada de cemento.
– Diafragma o muro.
• Por su forma de construcción:
– De compactación mecánica.
– Sin compactación mecánica.

8. TIPOS DE PRESASCon delantal
Con dentellón

9. TIPOS DE PRESASPantalla de inyecciones
Pantalla de inyecciones colgante

10. TIPOS DE PRESAS
Diafragma o muro

11. COMPACTACIÓN MECÁNICA

12. COLOCACIÓN DEL ENROCADO (RIP-RAP)

13. MOTIVOS DE FALLA
(Según: Armas, R. 2002)
1. Agrietamiento
2. Sifonamiento mecánico (tubificación)
3. Deslizamiento del talud aguas abajo
4. Pérdidas por filtración
5. Sismos
6. Rebase de la cortina
7. Licuación

14. CIMENTACIÓN
• Factores a considerar :
Forma de la boquilla
Condiciones de las capas geológicas
Capacidad de soporte de los suelos que
conforman la cimentación
Estabilidad de los estribos laterales
Condiciones de flujos de agua subterráneos
Permeabilidad
Paso de caudales en el período de construcción
Otros

15. CIMENTACIÓN

16. PRESA DE TIERRA LA ESPERANZA
(Ecuador)

17. TALUD DE LOS ESPALDONES*
TIPO DE PRESA TALUD A ARRIBA TALUD A ABAJO
DE TIERRA (Depende del tipo de suelo) 2 a 4,5 2 a 4,5
TIERRA Y ENROCAMIENTO
Con núcleo central, espaldones de roca 1,3 a 1,8 1,3 a 1,7
Con núcleo inclinado, espaldones de roca 1,5 a 2,0 1,2 a 2,6
Con pantalla, espaldones de roca 2 a 3,5 1,2 a 1,6
ENROCAMIENTO
Con pantalla 0,7 a 1,6 1,2 a 1,5
Con diafragma 1,3 a 1,7 1,3 a 1,7
* Rasskazov , L. 1984

18. TALUD DE LOS ESPALDONES*
ALTURA DE LA PRESA TALUD A. ARRIBA TALUD A. ABAJO
PRESAS DE TIERRA
5 < H < 10 2,0 1,5 - 2,0
11< H < 15 2,5 - 3,0 2,0 - 2,25
16 < H < 20 3,0 -3,25 2,25 - 2,5
20 < H < 30 3,25 – 3,50 2,5 – 2,75
PRESAS DE ENROCAMIENTO
H < 15 0,5 0,5
15< H < 30 0,75 0,75
30 < H < 45 1,0 1,0
H > 45 1,3 1,3
* Garbovsky E. (1978)

19. ALTURA DE RODAMIENTO DE UNA OLA

20. PARÁMETROS DEL OLEAJE
D – Fetch,
w – velocidad del
viento
DATOS:

21. ALTURA DE LA PRESA
• Sobre el nivel máximo de operación del embalse
la altura de la corona se toma:
d = Δh + hr + a
a  0,5 m.
kr –coeficiente de rugosidad
0,9 – para losas de hormigón y ripio.
Para enrocado y bloques de hormigón
con relación; altura de la ola/diámetro o
tamaño del bloque (h/d):
0,8 –para h/d=100 a 200.
0,7 - para h/d=50.
0,6 –para h/d=20.
0,45 – para h/d=10.
0,35 – para h/d=5.
 - ángulo entre el eje normal, al eje de
la presa, y la dirección del viento.
Δh-elevación por el arrastre de la ola
hr- altura de rodamiento de la ola
a – altura mínima de seguridad

22. PROTECCIÓN DEL TALUD DE AGUAS ARRIBA
Gp –peso de las piedras
De – Diámetro equivalente a la esfera de
las piedras
t = (2,5 a 3,0)De - espesor del Rip-Rap
DIMENSIONAMIENTO DEL RIP-RAP (Grishin, 1979)
DIMENSIONAMIENTO DE LA PANTALLA DE HORMIGÓN
th - espesor de la pantalla (0,15 a 0,5m.)
k = 0,096 para juntas cerradas
k = 0,077 para juntas abiertas
L – dimensión vertical de las juntas
th= 0,15 a 0,20 para losetas prefabricadas de 1,5x1,5 a 5x5
Gp en kg, (Novak,
2001)

23. COLOCACCIÓN DEL RIP-RAP
FUNDICIÓN DE LA PANTALLA DE
HORMIGÓN

24. CORONACIÓN DE UNA PRESA DE TIERRA
ANCHO MINIMO DE LA
CORONA PARA PRESAS DE
MATERIALES SUELTOS
ALTURA (m) ANCHO (m)
< 20 4
20 a 40 2 + 0,1H
> 40 10

25. BERMAS
BERMAS
Talud Aguas Arriba: Se utiliza para soportar la pantalla
de protección del terraplén.
Talud Aguas Abajo: Se ubican cada 15 o 20 metros de
altura, en la zona de contacto con el prisma de drenaje
de aguas abajo. El ancho no menor a 2m.

26. • Núcleo Central.- Espesor en la base (0,3 a
0,5)H, donde H -altura de la presa.
• Núcleo Inclinado.- Espesor en la base (0,4 a
0,2)H.
• Pantalla.- Espesor en la base (0,3 a 0,1)H.
NÚCLEOS DE SUELOS POCO PERMEABLES

27. GALERIAS
Las galerías se colocan en la base de la presas de mediana y gran
altura para la ejecución de trabajos de inyección y drenaje de la
cimentación. Las dimensiones mínimas son 3,5 a 4m de altura y 3
de ancho, para comodidad de los equipos de perforación.

28. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS
NOMBRE
USA Rusia Reino Unido
d (mm) d (mm) d (mm)
arcilla < 0,005 < 0,005 < 0,002
limo 0,005 - 0,075 0,005 - 0,05 0,002 - 0,06
arena 0,075 - 4,75 0,05 - 2,0 0,06 - 2,0
grava 4,75 - 76,2 2,0 - 40 2,0 - 60
guijarros > 76,2 40 - 100 60 - 600
bolón 100-200
Pedrejón > 200 > 600

29. DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE SUELOS
SUELTOS DEL CUERPO DE LA PRESA (Razkazov, 1984)
• La Densidad y la Humedad de los suelos que conforman
el cuerpo de la presa se determinan en función de la
humedad natural y la composición granulométrica.
• En climas templados y cálidos la densidad o
compactación relativa (ID) de suelos con partículas
gruesas (gravas, guijarros o más) se toma ID  0,9. Para
suelos arenosos ID  0,66.
• Con el valor seleccionado de ID, determinamos el
coeficiente de porosidad  (relación de vacíos) de la
siguiente condición:

30. DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE SUELOS
SUELTOS DEL CUERPO DE LA PRESA
s – peso específico del suelo.
v – peso volumétrico (sólidos +
poros).
Ecuación de Maslov V. , donde:
A = 1,75 para suelos arenosos
A = 1,86 para macizos rocosos
A = 2,28 para grava gruesa y boleo.
k – coeficiente granulométrico.
D1 y D2 – diámetros mínimo y
máximo de la composición
granulométrica analizada.
P – porcentaje del peso analizado
entre D1 y D2.
Pi – porcentaje parcial entre d1 y d2
d1 y d2 – diámetro mínimo y máximo
del porcentaje parcial pi.

31. CURVA GRANULOMÉTRICA PARA
DETERMINACIÓN DE k

32. GRAFICO PARA LA DETERMINACIÓN DEL
PESO VOLUMÉTRICO MÁXIMO DE UN
MATERIAL SUELTO, max. (Razkazov, 1984)
v – peso por unidad de volumen
promedio de la curva granulométrica
para materiales sueltos
DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS
DE LOS SUELOS DEL CUERPO DE
LA PRESA
• Kf- Coeficiente de permeabilidad
para suelos granulares (no finos).

33. DISEÑO DE LAS CARACTERÍSTICAS DE
MATERIALES FINOS PARA NUCLEO O PANTALLA
Peso volumétrico del esqueleto
de un suelo arcilloso, colocado en
el cuerpo de la presa
Donde,  - es el peso específico del agua; Va – es el volumen relativo de aire
contenido en el suelo, Va = 0,02 a 0,04; Wc – es la humedad del suelo utilizada en el
cálculo, la cual frecuentemente, para disminuir la presión de poros, es menor en
1% o 2% de la humedad óptima.
Coeficiente de permeabilidad para suelos arcillosos en cm/s, (fórmula
empírica de V. Zhilinkov) la que es aplicable para 0,2    1,0:
Donde, L es el índice de vacios (coeficiente de
porosidad) correspondiente al Límite Líquido,

34. FILTRACION EN UNA PRESA
HOMOGENEA CON PEDRAPLEN
m1p 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
f(m1p) 0,74 0,51 0,36 0,28 0,22 0,18
L

35. DISEÑO DE LAS CAPAS DEL FILTRO
DRENAJE
• Por sifonamiento
• Coeficiente de uniformidad
• Por porosidad (las partículas de una capa no deben
penetrar en los poros de la otra).
Para una porosidad de 0,25 a 0,39 –suelo
compactado

36. COMPOSICION GRANULOMETRICA DE
LOS FILTROS

37. DELIZAMIENTO PRESA SAN FERNANDO (USA)

38. DESLIZAMIENTO CANAL SAN ANTONIO (ECU)

39. ESTABILIDAD DE TALUDES POR EL MÉTODO DE
SUPERFICIES CILÍNDRICAS

40. ZONA DE UBICACIÓN DE CENTROS PELIGROSOS
r1
r2
TALUD
RADIOS
1 2 3 4 5 6
r1/H 0,75 0,75 1,0 1,5 2,2 3,0
r2/H 1,5 1,75 2,3 3,75 4,8 5,5

41. EJERCICIO
rH2=52

42. DATOS DE UN CÁLCULO DEL
COEFICIENTE DE SEGURIDAD DEL TALUD
1 1,65 j1 28 c 4
2 2,05 j2 30
3 1,95 j3 16
N sección h1 h2 h3 sen cos  h1*1 h2*2 h3*3 S h 10*cos (h2+h3) 12/cos (11-13) j tgj (15*14) c/cos (10-12)sen K
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0 3,5 5,5 7 0 1,000 5,775 11,275 13,65 30,700 30,700 12,5 12,500 18,200 0,2793 0,28675 5,21878 4,0000 0,0000 1,39
1 5,3 6,4 6,7 0,1 0,995 8,745 13,12 13,065 34,930 34,755 13,1 13,166 21,589 0,2793 0,28675 6,19054 4,0202 2,1830
2 7 7 6 0,2 0,980 11,55 14,35 11,7 37,600 36,840 13 13,268 23,572 0,2793 0,28675 6,75925 4,0825 4,9200
3 9 7,5 4,2 0,3 0,954 14,85 15,375 8,19 38,415 36,646 11,7 12,265 24,381 0,2793 0,28675 6,99105 4,1931 8,0145
4 11 7,6 2 0,4 0,917 18,15 15,58 3,9 37,630 34,488 9,6 10,474 24,014 0,2793 0,28675 6,88592 4,3644 11,2120
5 13,2 6,8 0 0,5 0,866 21,78 13,94 0 35,720 30,934 6,8 7,852 23,082 0,5236 0,57735 13,32670 0,0000 14,4600
6 15,5 3 0 0,6 0,800 25,575 6,15 0 31,725 25,380 3 3,750 21,630 0,5236 0,57735 12,48812 0,0000 17,2350
7 16 0 0 0,7 0,714 26,4 0 0 26,400 18,853 0 0,000 18,853 0,4887 0,53171 10,02454 0,0000 18,4800
8 11 0 0 0,8 0,600 18,15 0 0 18,150 10,890 0 0,000 10,890 0,4887 0,53171 5,79033 0,0000 14,5200
9 3 0 0 0,9 0,436 4,95 0 0 4,950 2,158 0 0,000 2,158 0,4887 0,53171 1,14725 0,0000 4,4550
-1 1,6 4,7 6,9 -0,1 0,995 2,64 9,635 13,455 25,730 25,601 11,6 11,658 13,943 0,2793 0,28675 3,99798 4,0202 -1,4130
-2 1,5 4,5 6 -0,2 0,980 2,475 9,225 11,7 23,400 22,927 10,5 10,717 12,211 0,2793 0,28675 3,50137 4,0825 -2,5800
-3 0 3 4,5 -0,3 0,954 0 6,15 8,775 14,925 14,238 7,5 7,862 6,375 0,2793 0,28675 1,82812 4,1931 -2,2275
-4 0 0 2 -0,4 0,917 0 0 3,9 3,900 3,574 2 2,182 1,392 0,2793 0,28675 0,39922 4,3644 -0,7600
S 84,5492 37,3203 88,4990

43. ASENTAMIENTO
ΔSi
1- coeficiente de porosidad antes de aplicar
la carga.
2- coeficiente de porosidad después de
aplicar la carga.
Se determina de la curva de compresión del
suelo.
Evaluación preliminar del
asentamiento al final de la
construcción

44. PRESA MAZAR-ECUADOR

45. BIBLIOGRAFIA
• Grishin, M. Slisskiy, S. Antipov, A. y otros (1979).
Estructuras Hidráulicas. Moscú, Rusia. Ed. Escuela
Superior.
• Rasskazov, L. y Slisskiy, C. (1984). Complejo Hidráulico
con presa de materiales sueltos. Moscú, Rusia. Ed. MISI.
• United States Departament of Interior, (1982). Diseño de
Presas Pequeñas. México, México. Ed. Continental S.A.
• Marsal, R. Resendiz, D. (1979). Presas de Tierra y
Enrocamiento. México, México. Ed. Limusa, 1ª.
reimpresión.
• Novak, P. Moffat, A. y Nalluri, C. (2001). Estructuras
Hidráulicas. Bogotá, Colombia. Ed. McGraw-Hill 2ª
edición.