PRESAS

Preparado. Por Ing. Ivar Colodro

Introducción.-

Barrera artificial que se construye en algunos ríos para embalsarlos y retener su caudal. Los motivos principales para construir presas son concentrar el agua del río en un sitio determinado, lo que permite generar electricidad , regular el agua y dirigirla hacia canales y sistemas de abastecimiento, aumentar la profundidad de los ríos para hacerlos navegables, controlar el caudal de agua durante los periodos de inundaciones y sequía, y crear pantanos para actividades recreativas. Muchas presas desempeñan varias de estas funciones.

La primera presa de la que se tiene constancia se construyó en Egipto en el 4000 a.C. para desviar el cauce del Nilo y proporcionar más terreno a la ciudad de Menfis. Muchas presas de tierra antiguas, como las construidas por los babilonios, formaban parte de un complejo sistema de riego que transformaba regiones no productivas en fértiles vegas capaces de mantener a grandes poblaciones. Muy pocas de más de un siglo de antigüedad se mantienen en pie debido a los destrozos de las inundaciones periódicas. La construcción de presas de altura y capacidad de almacenamiento considerables, casi indestructibles, se hizo posible gracias al desarrollo del cemento Portland, del hormigón, y al uso de máquinas para mover tierra y equipamiento para el transporte de materiales.

El control y la utilización del agua mediante presas afecta de modo importante las posibilidades económicas de grandes áreas.

Diseño de la presa .-Una presa debe ser impermeable las filtraciones a través o por debajo de ella deben ser controladas al máximo para evitar la salida del agua y el deterioro de la propia estructura. Debe estar construida de forma que resista las fuerzas que se ejercen sobre ella. Estas fuerzas que los ingenieros deben tener en cuenta son: la gravedad (que empuja a la presa hacia abajo) la presión hidrostática (la fuerza que ejerce el agua contenida), la presión hidrostática en la base (que produce una fuerza vertical hacia arriba que reduce el peso de la presa), la fuerza que ejercería el agua si se helase, y las tensiones de la tierra, incluyendo los efectos de los sismos.

Cuando se valora el mejor emplazamiento para construir una presa, el riesgo de terremotos forma parte del análisis geológico. Además, los geólogos deben determinar qué tipo de terreno está expuesto a filtraciones y cuál puede soportar el peso de la presa y el agua que contendrá detrás de ella.

Análisis geológicos inadecuados han tenido consecuencias catastróficas. Un ejemplo es el desastre ocurrido con la presa Vaiont, en los Alpes italianos. El 9 de octubre de 1963 perdieron la vida 4.000 personas cuando un desprendimiento de rocas detrás de la presa produjo una enorme ola que rebasó los 265 m de la estructura de hormigón. La fuerza de esta ola, al caer desde una altura tan grande, devastó varios kilómetros de valle río abajo. Varios factores geológicos fueron responsables del desprendimiento, sobre todo el debilitamiento de las paredes de roca, inestable en el agua embalsada.

Altura de la presa  La altura de la presa está limitada por la topografía de su emplazamiento, aunque otros factores pueden determinar una altura máxima menor. Si la función principal de la presa es la obtención de energía la altura es un factor crítico, ya que la energía potencial del agua embalsada es mayor cuanto mayor es la altura a la que se encuentra. Si la presa es de contención el factor más importante es la capacidad de almacenamiento. El volumen de agua embalsada es mayor cuanto más alta es la presa. Otros factores son la utilidad y el valor de las tierras que quedarán sumergidas, y si las aguas afectarán a importantes vías de comunicación.

Aliviaderos Después de determinar el nivel del embalse en condiciones normales, hay que establecer los procedimientos que aseguren que este nivel no se supere. Los aliviaderos son necesarios para descargar el excedente de agua para que éste no dañe la presa, la central eléctrica ni la ribera del río delante de la presa. El tipo de aliviadero más común es el derrame. Este sistema consiste en que una zona de la parte superior es más baja. Para permitir el aprovechamiento máximo de la capacidad de almacenamiento estas partes más bajas están cerradas con unas compuertas móviles. En algunas presas, los excedentes de agua son tan grandes que hay aliviaderos en todo el ancho de la presa, de forma que la estructura es una sucesión de pilares que sujetan compuertas levadizas. Otro tipo de aliviadero es el salto de agua, un canal de hormigón ancho, con mucha pendiente, que se construye en la base de algunas presas de altura moderada.

Las grandes presas de bóveda construidas en cañones rocosos río abajo paredes demasiado inclinadas para utilizar aliviaderos de derrame. Un ejemplo de esto es la presa Hoover, en el río Colorado (EEUU), en la que se utilizan vertederos de pozo, que consisten en un conducto vertical que conduce agua del embalse, cuando el nivel es alto, hasta un conducto horizontal que atraviesa la presa y la lleva río abajo.

DesaguaderosAdemás de los aliviaderos, que aseguran que el embalse no rebase la presa, los desaguaderos son necesarios para extraer de modo constante agua del embalse. El agua extraída puede descargarse río abajo, puede llevarse a los generadores para obtener energía hidroeléctrica o puede utilizarse para riego. Los desaguaderos son conductos o túneles cuyas entradas se encuentran a la altura del nivel mínimo del embalse. Estas tomas poseen unas compuertas o válvulas que regulan la entrada de agua.

Protección contra la erosión Hay que evitar que el agua que se envía río abajo erosione la base de la presa. Para reducir la velocidad del agua se construyen unos embalses llamados cuencas amortiguadoras, que forman parte de las estructura de la presa. Existen dos tipos de estructura que se utilizan para disipar la energía destructiva que lleva el agua al caer. Uno en el que el flujo rápido y de poca profundidad que baja de la presa se convierte en un flujo profundo y lento al hacerlo pasar por una falda horizontal o poco inclinada de hormigón, construida río abajo desde la base de la presa. En el otro tipo la base de la presa tiene una forma que desvía el flujo, que baja a gran velocidad, hacia arriba y lo hace girar. Este giro disipa la energía destructiva del agua.

Tipos de presaLas presas se clasifican según la forma de su estructura y los materiales empleados. Las grandes presas pueden ser de hormigón o de elementos sin trabar. Las presas de hormigón más comunes son de gravedad, de bóveda y de contrafuertes. Las presas de elementos sin trabar pueden ser de piedra o de tierra. También se construyen presas mixtas, por ejemplo de gravedad y de piedra, para conseguir mayor estabilidad. Además, una presa de tierra puede tener una estructura de gravedad de hormigón que soporte los aliviaderos. La elección del tipo de presa más adecuado para un emplazamiento concreto se determina mediante estudios de ingeniería y consideraciones económicas. El coste de cada tipo de presa depende de la disponibilidad en las cercanías de los materiales para su construcción y de las facilidades para su transporte. Muchas veces sólo las características del terreno determinan la elección del tipo de estructura.

Presas de gravedad

Las presas de gravedad son estructuras de hormigón de sección triangular; la base es ancha y se va estrechando hacia la parte superior; la cara que da al embalse es prácticamente vertical. Vistas desde arriba son rectas o de curva suave. La estabilidad de estas presas radica en su propio peso. Es el tipo de construcción más duradero y el que requiere menor mantenimiento. Su altura suele estar limitada por la resistencia del terreno. Debido a su peso las presas de gravedad de más de 20 m de altura se construyen sobre roca. La presa Grande Dixence, en Suiza, que se terminó de construir en 1962, tiene una altura de 284 m y es una de las más grandes del mundo. Tiene una estructura de hormigón de gravedad de 700 m de longitud, construida sobre roca.

Presas de bóveda

Este tipo de presa utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda. La curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, así la carga se distribuye por toda la presa hacia los extremos; las paredes de los estrechos valles y cañones donde se suele construir este tipo de presa. En condiciones favorables, esta estructura necesita menos hormigón que la de gravedad, pero es difícil encontrar emplazamientos donde se puedan construir.

Presas de contrafuertes

Las presas de contrafuertes tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base. Estas presas precisan de un 35 a un 50% del hormigón que necesitaría una de gravedad de tamaño similar. Hay varios tipos de presa de contrafuertes: los más comunes son de planchas uniformes y de bóvedas múltiples. En las de planchas uniformes el elemento que contiene el agua es un conjunto de planchas que cubren la superficie entre los contrafuertes. En las de bóvedas múltiples, éstas permiten que los contrafuertes estén más espaciados.A pesar del ahorro de hormigón las presas de contrafuertes no son siempre más económicas que las de gravedad. El coste de las complicadas estructuras para forjar el hormigón y la instalación de refuerzos de acero suele equivaler al ahorro en materiales de construcción. Pero este tipo de presa es necesario en terrenos poco estables.

Presas de elementos sin traba

Las presas de piedra o tierra y los diques son las estructuras más usadas para contener agua. En su construcción se utiliza desde arcilla hasta grandes piedras. Las presas de tierra y piedra utilizan materiales naturales con la mínima transformación, aunque la

disponibilidad de materiales utilizables en los alrededores condiciona la elección de este tipo de presa. El desarrollo de las excavadoras y otras grandes máquinas ha hecho que este tipo de presas compita en costes con las de hormigón. La escasa estabilidad de estos materiales obliga a que la anchura de la base de este tipo de presas sea de cuatro a siete veces mayor que su altura. La cuantía de filtraciones es inversamente proporcional a la distancia que debe recorrer el agua; por lo tanto, la ancha base debe estar bien asentada sobre un terreno cimentado. Las presas de elementos sin trabar pueden estar construidas con materiales impermeables en su totalidad, como arcilla, o estar formadas por un núcleo de material impermeable reforzado por los dos lados con materiales más permeables, como arena, grava o roca. El núcleo debe extenderse hasta bastante más abajo de la base para evitar filtraciones.

Construcción de presas  Un aspecto importante de la construcción de presas es la desecación y preparación de los cimientos. La desecación se consigue normalmente mediante una o varias ataguías, diseñadas para eliminar el agua del terreno donde se va a construir la presa. Las ataguías pueden ser presas de tierra o conjuntos de chapas de acero asentadas sobre pilotes y sujetas con tierra. También se deben construir ataguías a los lados del río para evitar el desbordamiento de su curso antes y después de la presa, y túneles rodeando la presa para conducir el agua. Estos túneles pueden aprovecharse cuando se haya terminado la presa. Si las condiciones topográficas impiden la construcción de túneles, la presa se debe realizar en dos etapas. Primero se instala una ataguía que deseca la mitad del ancho del río y se construye la base de esa mitad de la presa. Después se elimina esta ataguía y se construye una en la otra mitad. La construcción de grandes presas puede durar más de siete años; la posibilidad de que se produzcan inundaciones durante este periodo constituye un serio problema.El plan hidroeléctrico de las Tres Gargantas, en construcción en la cuenca del río Yangzi Jiang (Yang-tsê), en China, incluye una presa de 2 km de longitud y 100 m de anchura. Esta es la construcción más grande realizada en China desde la Gran Muralla; se extenderá 600 km río arriba, y constituirá el embalse más largo del mundo. El plan de las Tres Gargantas proporcionará energía a Shanghai y a toda la cuenca del río Yangzi Jiang. También protegerá a los 10 millones de personas que viven río abajo de las inundaciones periódicas que asolan esta zona, donde se cultivan las dos terceras partes del arroz que se produce en China. Además hará navegable el río más arriba de las gargantas. El embalse inundará la garganta Xiling y desplazará a 1,2 millones de habitantes.

NORMAS PARA EL PROYECTO DE PRESAS.

  NORMAS GENERALES APLICABLES A TODOS LOS TIPOS DE PRESAS.Artículo 7º.- Proyecto previo.7.1.- Se entenderá por Proyecto previo, a los efectos de esta Instrucción, el conjunto de estudios y datos preliminares que se precisen para justificar y definir las obras y sus características, así como el presupuesto correspondiente.7.2.- Será preceptivo un Proyecto previo de las presas, para incluirlo en la documentación requerida en la programación de planes oficiales o para la tramitación de concesiones administrativas que integren obras afectadas por este Instrucción.7.3.- El Proyecto previo constará de los siguientes documentos:a) Memoria.b) Planos.c) Pliego de Condiciones.d) Presupuesto.7.4.- En la Memoria se recogerá la documentación referente a los siguientes temas:a) Estudio climatológico e hidrológico.b) Estudio geológico del embalse y del terreno de ubicación de las obras.c) Soluciones alternativas.7.5.- En los planos del Proyecto previo quedarán recogidas referencias permanentes planimétricas y altimétricas que permiten identificar la ubicación de la presa, embalse e instalaciones anejas.Artículo 8º.- Proyecto de construcción.8.1.- Se define como proyecto de construcción, la recopilación de planos y condiciones suficientes para la definición y la ejecución de la obra, bajo dirección técnica calificada, de acuerdo con esta Instrucción y con el estado actual de la técnica.8.2.- Para la construcción de presas o modificación de las existentes, será preceptiva la redacción de un Proyecto, que se ajustará al previo, salvo las modificaciones que justifique.8.3.- El Proyecto de construcción constará de los siguientes documentos:a) Memoria.b) Planos.c) Pliego de condiciones.d) Presupuesto.

8.4.- Siempre que en esta Instrucción se cite el Proyecto, sin más especificación, se entenderá que hace referencia al Proyecto de construcción.Artículo 9º.- Memoria.9.1.- La memoria justificará las obras proyectadas.9.2.- El detalle y desarrollo de datos, ensayos y cálculos se recogerá en anexos.9.3.- La memoria tratará, fundamentalmente, los siguientes temas, con la profundidad y detalle que requieran la importancia y circunstancias de cada presa:a) Modificaciones que, por consecuencia de las condiciones naturales o nuevas posibilidades de la técnica, se considere necesario efectuar en relación con el Proyecto previo.b) Ampliación de los estudios climatológico e hidrológico, incluidos en el Proyecto previo (art. 13º y 14º).c) Ampliación de los estudios disponibles en lo que a materiales de construcción adecuados se refiere (art. 16º).d) Estudio de los recursos disponibles en lo que a materiales de construcción adecuados se refiere (art. 16º).e) Estudio de las soluciones posibles, incluidas las del Proyecto previo, y comparación de sus características técnicas y económicas (art. 17º).f) Estudio de la estabilidad y resistencia de las obras proyectadas.g) Estudio hidráulico de los dispositivos de desagüe del embalse (art. 18º, 19º y 20º).h) Estudio de los dispositivos de control y vigilancia de la obra y del terreno, tanto durante la construcción como en la puesta en carga y la explotación (art. 22º).i) Accesos y comunicaciones (art. 23º)j) Plazos y procedimientos de construcción (art. 24º)k) Normas generales de explotación.Artículo 10.- Planos.10.1.- Los planos del Proyecto serán suficientes para definir las obras y las particularidades del terreno sobre el que se ubiquen.10.2.- Con carácter preceptivo se incluirán los siguientes planos:a) Plano de la totalidad de la cuenca hidrográfica.b) Plano de situación del embalse a escala no inferior a 1:100.000, con inclusión de las vías de comunicación relacionadas con el mismo.c) Plano del embalse con curvas de nivel y referido al Norte.Se recomienda una escala a 1:5.000 y una equidistancia no mayor de cinco metros entre curvas de nivel. En todo caso será elegida para obtener un plano manejable.d) Plano topográfico de la cerrada, en el que estén indicados los puntos permanentes de referencia. La escala no será inferior a 1:500 y la equidistancia entre curvas de nivel será, como máximo, 2 m.Son prácticas recomendables:Que dicho plano sirva para recoger la información geológica propia de la cerrada. Que este plano -u otro, en su defecto- abarque lo bastante como para comprender los terrenos en que se ubican las instalaciones auxiliares de las obras.El empleo de una cuadrícula de coordinadas orientada al Norte y apoyada en los puntos permanentes de referencia.Que la nivelación se enlace con la de precisión del Instituto Geográfico y Catastral.e) Planta general de la presa y de las obras con ella relacionadas.La posición de la presa deberá quedar fijada con relación a los puntos permanentes de referencia o a la cuadrícula de coordenadas.f) Plano de excavaciones.g) Planta, alzados y secciones suficientes para definir con entera claridad la presa y las obras e instalaciones, bien sean permanentes o eventuales relacionadas directamente con ella, con especificación de las fábricas y materiales que correspondan.Los planos relacionados con la maquinaria a instalar, podrán ser modificados cuando se conozcan las características de la misma.h) Planos detallados de los dispositivos de impermeabilización (tapiz, pantalla, etc.) y drenaje de la presa y el terreno, si tales trabajos se considerasen necesarios.i) Planos detallados de las obras de desviación del río durante la construcción.j) Plano de los dispositivos previstos para el control y vigilancia de la presa.k) Planos de los accesos a los lugares a los que se considere precise llegar para la inspección y vigilancia de la obra.Artículo 11º.- Pliego de condiciones.11.1.- El Pliego de Condiciones que regulará la ejecución de las obras y las pruebas previstas, dispondrá entre otras, y en forma de articulado, las materias correspondientes a los siguientes apartados:a) Descripción de cada una de las partes de la obra, con referencia a los planos correspondientes.b) Calidad de los materiales, su posible procedencia y ensayos a que deben someterse.c) Normas para la elaboración de las distintas fábricas, precauciones necesarias durante la construcción y control de las calidades obtenidas.d) Normas generales para la ejecución y control de los dispositivos de impermeabilización y drenaje.e) Normas para la instalación de los dispositivos previstos para el control y vigilancia de la presa.

f) Programación de la obra.Artículo 12º.- Presupuestos.12.1.- Los presupuestos deberán contener los resultados de las mediciones de las distintas unidades de obra; los cuadros de precios unitarios; los presupuestos parciales de las diversas partes; y el presupuesto general de toda la obra.Artículo 13º.- Estudio climatológico.13.1.- El proyecto de construcción desarrollará el estudio climatológico que, preceptivamente, ha de incluirse en el Proyecto previo. Se completarán los datos que hayan servido para este último con las observaciones directas obtenidas durante el plazo transcurrido entre la redacción de ambos Proyectos.13.2.- El estudio climatológico comprenderá la información necesaria para el estudio hidrológico, así como el análisis estadístico de lluvias, nieves, variaciones térmicas y demás variables que interesen al proceso constructivo, a la calidad de la obra o al comportamiento de su estructura.Artículo 14º.- Estudio hidrológico.14.1.- En el proyecto se recopilará y complementará el conjunto de datos que haya servido de base para el estudio hidrológico del proyecto previo, integrando en aquél las observaciones directas que, preceptivamente, habrán de obtenerse durante el plazo que transcurra entre la redacción de ambos documentos.14.2.- En relación con los caudales que tengan que considerarse, habrá de incluirse una recopilación de datos históricos.14.3.- El estudio hidrológico no se limitará al análisis de los caudales del río, sino que habrá de evaluar también sus causas determinantes: precipitaciones, escorrentías, fisiografía, etc.14.4.- La información obtenida tanto referente a las causas climatológicas, lluvias, etc., habrá de contratarse por correlación con otras cuencas, cuando entre ambas no existan condiciones variantes sensibles, como son: posición fisiográfica del valle, naturaleza geológica y vegetal de la superficie determinante de escorrentías, morfología del cauce, etc.14.5.- El estudio hidrológico se orientará hacia los aspectos siguientes:a) El suministro de las cifras básicas para el análisis del rendimiento hidráulico de la obra.b) La ponderación de los riesgos consecuentes al establecimiento de la obra, en cuanto a la creación o modificación de las avenidas en su recorrido a lo largo del cauce aguas abajo.c) El conocimiento de la influencia que pueden tener las presas de embalse ya construidas en la misma cuenca del río, aguas abajo y aguas arriba de la que se proyecta.14.6.- Se procurará establecer una función entre caudales máximos anuales y períodos de recurrencia, a la cual habrá de llegarse por extrapolación estadística del régimen del río observado directamente, o por deducción mediante la aplicación de coeficientes adecuados a la superficie de la cuenca receptora, íntimamente unidos a sus características altimétricas, climatológicas, geológicas, fisiográficas, etc. Cuando ambos procedimientos sean posibles, los resultados habrán de cotejarse. En todo caso es obligado una ponderación meticulosa de los resultados finales, habida cuenta de la debilidad de los métodos a nuestra alcance.14.7.- A efectos de la capacidad del sistema de desagüe (art. 18º), se denomina "avenida máxima" aquella cuyo período de recurrencia sea de 500 años. A los mismos efectos llamaremos "avenida normal" aquella cuyo período de recurrencia sea como máximo de 50 años, pero calculada siempre con vistas a no alterar, de modo especial, las condiciones del riesgo preexistente. Podrá ser mayor en el caso de que inmediatamente aguas abajo del emplazamiento de la presa, existiera un embalse de capacidad suficiente para laminar la avenida prevista, o por otras circunstancias que se justificarán debidamente.14.8.- Se preverán las incidencias hidrológicas durante el proceso de construcción de la presa, y en particular el estudio de la desviación del río para hacer posible la cimentación de la obra.Artículo 15º.- Estudio del terreno.15.1.- El Ingeniero autor del proyecto, asistido si lo considera necesario, por expertos en la materia, deberá comprobar que el terreno es capaz de resistir las solicitaciones de tipo mecánico o hidráulico impuestas por la presa, por el embalse y por el funcionamiento del sistema. En consecuencia, el estudio del terreno deberá extenderse a la cerrada, al vaso y a la zona aguas abajo afectada por los desagües de la obra.15.2.- Además del estudio geológico en la superficie, se harán reconocimientos directos en profundidad, mediante galerías, pozos, sondeos u otros medios de prospección, complementados, cuando el Ingeniero autor del Proyecto lo estime conveniente, con ensayos geotécnicos para determinar las características mecánicas del terreno.En lo posible, se procurará que al menos parte de las obras de reconocimiento puedan ser incorporadas a la obra definitiva, sirviendo así de elementos de control y vigilancia para registrar posibles anomalías en el comportamiento del terreno o de la presa, en las filtraciones, niveles freáticos, etc.15.3.- Los ensayos y pruebas que se realicen para determinar las características mecánicas del terreno, cuando sean precisos, se harán en colaboración con un laboratorio o centro especializado de reconocida solvencia.15.4.- Deberán estudiarse las características sísmicas de la zona donde esté ubicada la presa, justificándose debidamente si procede o no tener en cuenta sus efectos en el cálculo de la presa.

Artículo 16º.- Estudio de disponibilidad de materiales.

16.1.- En el Proyecto deberá justificarse, mediante reconocimientos y ensayos, que las prescripciones exigidas para los materiales naturales por las características de la obra, y que el Pliego de Condiciones recoge, pueden satisfacerse con productos procedentes de yacimientos a canteras o canteras situadas en la comarca.16.2.- Se justificará que los yacimientos o canteras contienen materiales suficientes para ejecutar, con amplitud, toda la obra de la presa, y se pondrán a disposición de la constructores los resultados de ensayos y reconocimientos, así como los planos de situación de los posibles yacimientos de materiales naturales.Artículo 17º.- Elección del tipo y características de la presa.17.1.- La elección del tipo de presa debe estar precedida de un concienzudo comparativo de soluciones posibles, en su triple aspecto estructural, hidráulico y económico.Las consideraciones geológicas y la clase de materiales naturales disponibles en las proximidades de la obra habrán de tener, en la mayoría de los casos, un peso decisivo en la elección. Análoga importancia habrá de concederse muchas veces al condicionamiento que sobre el tipo de presa pueden establecerse las exigencias del aliviadero.17.2.- Entre las soluciones que se consideren, no podrán omitirse aquéllas que supongan un aprovechamiento exhaustivo de los recursos naturales sean éstos las cerradas disponibles o los potenciales hidrológicos. En el supuesto de que los citados recursos fuesen superiores a los aprovechados por el fin inmediato de la obra, deberá incluirse justificación económica de la inversión que requiere el aprovechamiento que se propone, que no ha de ser incompatible con las obras que exija más tarde aquél aprovechamiento exhaustivo.Artículo 18º.- Capacidad del sistema de desagüe. Influencia del embalse.18.1.- Conocida la avenida máxima, se deberá definir, con criterio de actuación coordinada, los medios de evacuación o laminación convenientes, como son los desagües controlados por compuertas: de fondo, intermedios o de superficies; los desagües de sección acotada pero sin compuerta; los aliviaderos de lámina libre y el resguardo del embalse. Se exceptúa el caudal evacuado por la central de pie de presa, si existiera, y por las diversas tomas de agua con fines industriales o de regadío, salvo casos muy especiales que se justificarán debidamente.18.2.- En todo caso, deberán cumplirse las siguientes condiciones:a) La suma de los caudales que puedan ser evacuados por todos los dispositivos sujetos a control, con el embalse a su máximo nivel normal, no será nunca superior al caudal de la avenida normal.b) La altura de la presa asegurará un resguardo que permita la laminación del caudal de la avenida máxima, y su evacuación con los desagües de que se disponga.18.3.- Se considerará la posibilidad de reducir el riesgo aguas abajo de la presa mediante el resguardo del embalse, aliviadero de sección limitada u otros medios cualesquiera, y se preverá su repercusión económica en la rentabilidad de la obra.18.4.- Todos los dispositivos de desagüe se proyectarán con la condición de no dar lugar a erosiones, ni en el cauce ni en las laderas, que pudieran poner en peligro la estabilidad de la presa.18.5.- Para la solución de los problemas hidráulicos que puedan plantearse en todos los dispositivos de desagüe, es recomendable su estudio y comprobación en modelo reducido cuando sus características hayan sido sancionadas por la práctica; en caso de que no hayan sido o bien cuando existan circunstancias especiales, este ensayo en modelo reducido será obligatorio; deberá realizarse siempre en colaboración con un laboratorio oficial o centro de reconocida solvencia y sus resultados se incorporarán al Proyecto.Artículo 19º.- Aliviaderos.19.1.- La capacidad de desagüe de los aliviaderos se determinará como se preceptúa en el artículo 18º.19.2.- Los aliviaderos dotados de compuertas estarán divididos al menos en dos vanos.19.3.- Las compuertas de los aliviaderos deberán poderse maniobrar con energía procedente de dos fuentes distintas y accionarse también a mano.19.4.- Si se instalan compuertas automáticas, el número de las mismas no podrá exceder de la mitad del total de las proyectadas. Deberán estar provistas de dispositivos que les permitan comprobar su automatismo sea cualquiera el nivel del embalse.19.5.- El estudio del desagüe de una avenida cuyo período de recurrencia no sea inferior a 100 años, será preceptivo para el caso en que esté averiada y cerrada una de las compuertas del aliviadero. Para esta circunstancia se tendrá en cuenta:a) El efecto laminador del embalse entre los niveles máximos, normal y de crecidas.b) El caudal evacuado sobre la compuerta averiada.c) Los caudales que puedan evacuarse por otro órganos de desagüe, hasta el límite con el que pueda garantizarse su funcionamiento, de acuerdo con el nivel del embalse.También se podrá considerar la posibilidad de incrementar la capacidad de desagüe por sistemas de emergencia.Artículo 20º.- Desagües profundos.20.1.- Se denominan "desagües profundos" aquellos cuyo dintel de toma está a cota inferior a la del umbral más bajo de los desagües de superficie.Los desagües profundos pueden servir para controlar el nivel del embalse y permitir su vaciado en un tiempo prudencial.Cuando el desagüe profundo esté situado de forma que la capacidad de embalse que queda por debajo de la cota del umbral en su toma resulta despreciable respecto a la capacidad total, se denominará "desagüe de fondo". En caso contrario, se llamará "desagüe intermedio".

20.2.- La capacidad de los desagües profundos, con el nivel del embalse a la mitad de la altura de la presa, cumplirá las siguientes condiciones:a) Los desagües de fondo tendrán como capacidad mínima el caudal medio del río.b) Cuando el embalse alimente una central eléctrica, siempre que se puede garantizar en todo momento el consumo de la energía producida, se computarán las turbinas como desagües intermedios, cuando una cualquiera de las mismas se halle fuera de servicio.c) Cuando el embalse alimente otras tomas de agua para riesgos, abastecimiento, etc.., siempre y cuando tengan una seguridad en su servicio, podrán también computarse, en su totalidad, como desagües intermedios.d) Cuando la suma de las capacidades de los desagües de fondo, central y tomas, no alcance a tener, en total, un valor triple del caudal medio del río se proyectarán desagües adicionales intermedios hasta alcanzar dicho valor.20.3.- Todos los desagües profundos se proyectarán para poder funcionar correctamente, con la carga total del embalse, tanto en su apertura como en su cierre.20.4.- En cada presa se proyectará como mínimo, dos desagües de fondo.20.5.- Todos los desagües profundos estarán provistos de doble cierre y deberán poderse accionar a mano y mecánicamente, con energía procedente de dos fuentes distintas.Para fijar la disposición y dimensiones de los desagües, se recomienda tener en cuenta las "Recomendaciones provisionales para el proyecto y construcción de los desagües profundos de las presas", publicado por el Centro de Estudios Hidrográficos en el nº 29 de la Sección de Normas Técnicas del mes de julio de 1964.Artículo 21º.- Centrales de pie de presa.21.1.- En caso de que el embalse haya de alimentar directamente una central hidroeléctrica, deberán figurar en el Proyecto los datos fundamentales de este aprovechamiento y especialmente el máximo caudal utilizable.21.2.- Se definirán en el Proyecto de la presa aquellos elementos de la central o de sus circuitos de alimentación y desagüe que puedan influir en el comportamiento general de la presa.Artículo 22º.- Sistema de auscultación y vigilancia. Aforos.22.1.- Se proyectará el sistema de control necesario para conocer en todo momento el comportamiento de la presa y del terreno en relación por las previsiones del Proyecto durante las fases de construcción, puesta en carga y explotación.22.2.- En todas las presas será obligatorio disponer un sistema de control de desplazamientos que, como mínimo, debe constar de:a) Una colimación en la coronación o en una galería alta que abarque toda la longitud de la presa.b) Una nivelación de los puntos más importantes de la estructura.22.3.- Es recomendable en las presas cuya altura sea mayor de 100 m. y obligatorio en las presas bóveda y cúpula mayores de 50 m. establecer una red geodésica para medición de los corrimientos absolutos de presa y laderas.22.4..- En todas las presa cuya estabilidad dependa de modo notable de las presiones intersticiales, se establecerá un sistema de medición de tales presiones.22.5.- En el Proyecto se especificarán los criterios convenientes para la vigilancia de las filtraciones que en principio se prevean, así como los dispositivos para su aforo durante la explotación de la presa.22.6.- Las galerías y cámaras de mecanismos habrán de ser fácilmente practicables, estarán iluminadas y perfectamente ventiladas. Para acceder a ellas, se proyectarán en las presas de más de 50 m. de altura, ascensores o caminos para vehículos, salvo casos especiales que se justificarán debidamente.22.7.- Deberán preverse en el Proyecto las instalaciones y dispositivos necesarios para aforar tanto los caudales principales afluentes al embalse como l os desaguados de él.Artículo 23º.- Accesos y comunicaciones.23.1.- El Proyecto considerará, en sus líneas generales, los accesos para la construcción y conservación de la presa.23.2.- Se preverá la telecomunicación del centro de vigilancia de la presa con los servicios de explotación y con la red nacional.23.3.- Todo embalse importante dispondrá, salvo justificación especial, de un medio de comunicación eficaz con los poblados situados inmediatamente aguas abajo de la presa.Artículo 24º.- Plazos y procedimientos de construcción.24.1.- Se fijarán en el Proyecto los plazos de ejecución del conjunto de la obra y de cada una de sus partes principales, incluyendo las obras de desviación e instalación de los dispositivos de desagüe.24.2.- Se preverán asimismo la desviación del río y el orden de ejecución de los elementos de la presa, en la medida en que puedan afectar a la evacuación de las avenidas probables.24.3.- En el Proyecto se exigirá que las propuestas de los constructores que liciten en la construcción de la presa, vayan acompañadas de un estudio de ejecución en el que se justifique como con los medios, maquinarias y personal previstos puede realizarse la obra conforme a los plazos y prescripciones señalados en el Pliego de Condiciones Técnicas.Artículo 25º.- Tramitación del proyecto.25.1.- Los organismos competente del Ministerio de Obras Públicas, encargados de la revisión técnica del Proyecto, comprobarán si éste se ajusta a las normas vigentes y a las prescripciones técnicas que hubiesen figurado en la correspondiente concesión.

25.2.- Las deficiencias subsanables que pudieran apreciarse, bien por cuestión de forma, bien porque algún documento quedará incompleto, serán subsanadas en el plazo que señalen los organismos encargados de la revisión.25.3.- La Dirección General de Obras Hidráulicas, cumplidos los trámites anteriores y a la vista de los informes pertinentes, resolverá sobre la aprobación del Proyecto.25.4.- Las modificaciones de detalle que se pretendiera introducir respecto al Proyecto, antes o durante su construcción, deberán ser notificadas previamente a la Comisaria de Aguas u organismo oficial encargado de la inspección, la cual resolverá, si es de su competencia o, en caso contrario, tramitará a la Dirección General de Obras Hidráulicas la solicitud de modificación.II-B. Normas particulares a presas de fabrica.Artículo 26º.- Definiciones y clasificación.26.1.- Son presas de fábrica las constituidas por hormigón o mampostería.26.2.- Las presas de fábrica, a efectos de referencia y registro, se clasifican en los siete grupos indicados en el artículo 2º de esta Instrucción.Artículo 27º.- Solicitaciones a considerar.27.1.- En el Proyecto de una presa de fábrica, se tendrán en cuenta las siguientes solicitaciones:

a) Peso propio. Artículo 28º

b) Empujes hidráulicos. Artículo 29º

c) Presión intersticial Artículo 30º

d) Efecto del oleaje Artículo 31º

e) Empuje de los aterramientos. Artículo 32º

f) Acción del hielo. Artículo 33º

g) Efectos sísmicos. Artículo 34º

h) Variaciones de temperatura. Artículo 36º

i) Otras solicitaciones. Artículo 37º

Artículo 28º.- Peso propio.28.1.- La densidad aparente de la fábrica se justificará mediante ensayos realizados en condiciones análogas a las previstas durante la construcción. En la redacción del Proyecto podrá atribuirse a la mampostería una densidad aparente igual a la conseguida en otras obras construidas con materiales similares. Por igual criterio, se podrá efectuar el cálculo de las presas de hormigón con una densidad aparente de 2,3 t/m3.28.2.- Si el proceso constructivo de la obra o la posición de las juntas de construcción pudieran tener influencia en el reparto tensional, será preciso tener en cuenta tales factores al calcular llas tensiones debidas al peso propio.28.3.- Durante el curso de las obras, deberá comprobarse periódicamente la densidad aparente de la fábrica conseguida, y si resultara inferior a la supuesta en más del 2 por 100 deberá comprobarse si ello afecta a la seguridad de la obra.Artículo 29º.- Empujes hidráulicos.29.1.- Se calcularán los empujes hidrostáticos sobre la presa correspondientes al máximo nivel normal del embalse (Situación normal A2) y a la máxima sobre-elevación previsible (Situación accidental B23) (Art. 28º).29.2..- El peso específico del agua para el cálculo de los empujes hidrostáticos será considerado normalmente igual a la unidad. Deberán tenerse en cuenta pesos específicos superiores, determinados experimentalmente, en aquellos casos en que el agua contenga una fuerte proporción de elementos en suspensión.29.3.- En las presas vertedero, se tendrán en cuenta las presiones dinámicas sobre los paramentos al funcionar el aliviadero cuando este efecto sea desfavorable.Artículo 30º.- Presión intersticial. Subpresión.30.1.- La presión de los fluidos que llenan los poros de la fábrica y de los terrenos actúa disminuyendo las presiones efectivas entre las partículas sólidas de los mismos y alterando por lo tanto, la estabilidad y resistencia de aquellos. Su efecto puede estudiarse introduciendo en el estado tensional las fuerzas de masa, derivadas del gradiente de presión.Tal procedimiento, sin embargo, suelo conducir a cálculos muy complejos, por lo cual, se recurre, en general, a comprobar la estabilidad de la presa o del terreno en el que se apoya, estudiando el posible deslizamiento según un cierto número de superficies elegidas por consideraciones teóricas, así como según todas aquellas que presenten circunstancias de debilidad particular, tales como la superficie de cimentación, las juntas de trabajo en las fábricas, fallas, diaclasas, estratos blandos o permeables en el terreno, etc.En todas estas comprobaciones se supondrá, salvo justificación especial, que la presión intersticial actúa sobre la totalidad del área considerada, lo que equivale a estimar como nula el área de contacto efectivo entre partículas.30.2.- Además de las comprobaciones particulares para cada tipo de presa, indicadas en su lugar, en la fábrica se considerará el efeto de la presión intersticial en planos horizontales o subhorizontales. La presión intersticial que actúe sobre estos planos, tanto en el interior de la fábrica como en el terreno, recibe el nombre específico de "subpresión".

30.3.- Para conocer las presiones intersticiales es necesario, en principio, determinar la red de filtración, lo cual puede hacerse por medios analíticos, gráficos o experimentales (modelos, analogía eléctrica, etc.).30.4.- Al determinar la red de filtración, será preciso no sólo tener en cuenta las coeficientes de permeabilidad de las diferentes clases de fábrica o terrenos, sino también establecer las hipótesis más desfavorables para la seguridad de la presa en relación con la influencia de posibles heterogeneidades, defectos, fisuras, juntas de trabajo, obturación de drenes o paramentos por incrustaciones o por hielo, diferencias de permeabilidad originadas por el estado tensional, etc. También se tendrá siempre en cuanta la anisotropía de la fábrica y en particular las posibles consecuencias de la permeabilidad, fisuración o rotura de los conductos a presión alojados en las fábricas, terreno del cimiento o estribos.30.5.- Toda la incertidumbre que sobre la forma de la red de filtración implican estas circunstancias repercute en la magnitud probable de las presiones intersticiales y, por lo tanto, en la valoración del coeficiente de seguridad de la presa. Son, pues muy recomendables todas las medidas que tiendan a reducir el valor absoluto de esas presiones, con lo que se disminuye así la influencia relativa de sus variaciones sobre la estabilidad de la obra. Entre estas medidas, las galerías, los drenajes y las inyecciones contribuyen de manera decisiva a la seguridad de la presa.30.6.- Partiendo de que es difícil la evaluación de la presión intersticial, solo si se adoptan todas las medidas anteriores, podrá aceptarse que se estime dicha presión mediante las reglas empíricas admitidas para cada tipo de presa.30.7.- En todo caso, es necesario prever dispositivos que permitan medir e interpretar las presiones intersticiales durante la explotación y comprobar su efecto sobre la estabilidad de la obra.Para ello, es recomendable proyectar galerías u otros conductos que, además de mediar estas presiones, permitan reducirlas.Artículo 31º.- Efecto del oleaje.31.1.- Cuando la dirección e intensidad de los vientos reinantes o dominantes y su orientación en relación con el embalse, así como la longitud de éste y su posición respecto de la presa lo requieran, se determinará la altura máxima previsible de las olas y sus efectos dinámicos sobre el paramento.31.2.- En casos particulares, se considerará la posibilidad de que se presenten aludes o corrimientos del terreno sobre el embalse que pudieran ocasionar un oleaje extraordinario.Artículo 32º.- Empuje de los aterramientos.32.1.- En el Proyecto, se justificará debidamente la altura que pudieran alcanzar los aterramientos en un período de explotación de 100 años. El empuje que producen estos aterramientos se calculará según las teorías de la mecánica del suelo. A falta de datos experimentales, siempre muy recomendables, se considerará en la zona de aterramiento, un empuje horizontal equivalente a la presión hidrostática incrementada en 0,4 t/m3, y un empuje vertical igual al producido por un líquido de densidad 2.Artículo 33º.- Acción del hielo.33.1.- Cuando las condiciones climatológicas hagan previsible la formación de una capa de hielo de espesor mayor de 20 cm. en la superficie del embalse, se considerará que, sobre la proyección vertical del área de contacto del hielo con el paramento actúa una presión suplementaria de 1 Kg/cm2. Cuando el paramento de aguas arriba sea muy tendido a las laderas próximas a la presa tengan pendientes moderadas, podrán aplicarse coeficientes de reducción a las cifras anteriores.Artículo 34º.- Efectos sísmicos.34.1.- En lo que atañe a estos efectos, el territorio nacional se considerará dividido en tres zonas de baja, media y alta sismicidad, según el plano que se adjunta.34.2.- En la zona de baja sismicidad no es necesario tener en cuenta las posibles acciones sísmicas.34.3.- En la zona de sismicidad media se calcularán las estructuras y dispositivos cuyo buen funcionamiento es vital para la seguridad de la presa, como los aliviaderos, etc., en forma que resistan una aceleración sísmica horizontal igual a la máxima probable en 500 años, y otra vertical con un valor igual a la mitad de la horizontal. En el caso de no conocerse dicha aceleración probable, se adoptará para la componente horizontal, un valor comprendido entre el 5 y el 10 % de la aceleración de la gravedad, y para la vertical, la mitad de la horizontal.34.4.- En las zonas de alta sismicidad, el Ingeniero autor del Proyecto, asistido si lo cree necesario por expertos en la materia, realizará un estudio sismológico y tectónico que justifique las acciones previsibles. Para presas bóveda, cúpula o de contra fuertes, será preceptivo el cálculo dinámico, teniendo en cuenta los posibles modos de vibración de la estructura. Lo mismo habrá de hacerse para presas de gravedad de altura superior a los 100 m. sobre cimientos. También deberán preverse los posibles movimientos del terreno en el vaso, cerrada y zonas que les afecten.34.5.- Las aciones sísmicas horizontales y verticales, se considerarán que separada y conjuntamente, actúan en la dirección más desfavorable. No se tendrá en cuenta la coincidencia con temporales o avenidas extraordinarias.34.6.- Los efectos hidrodinámicos del agua embalsada se podrán calcular según las fórmulas simplificadas de Westergaard.34.7.- En las presas de gran importancia estructural y situadas en regiones de alta sismicidad, deben instalarse sismógrafos o sismocopios en zonas características de las mismas.Conviene estudiar los posibles fenómenos de resonancia en el agua embalsada.Artículo 35º.- Retracción.35.1.- En el cálculo de la estabilidad de la presa se podrá prescindir del efecto de la retracción, siempre que en los métodos de construcción se prevean las precauciones que se indican para cada tipo de presa.Artículo 36º.- Variaciones de temperatura.

36.1.- Los esfuerzos debidos a la dilatación y contracción del hormigón causados por las variaciones de la temperatura exterior, se deducirán tomando como base las condiciones climatológicas de la región y las características térmicas del hormigón.36.2.- La amplitud de las variaciones térmicas generales a tener en cuenta será la correspondiente a la variación de las medias mensuales de temperatura, tanto del ambiente como del agua embalsada. En la proximidad de los paramentos de la presa, se considerará la variación diaria.36.3.- En presas de dimensiones excepcionales, las variaciones de temperatura del hormigón que hay que considerar en los cálculos de estabilidad, se establecerán, dentro de cada sección, como la diferencia entre la temperatura prevista en el hormigón al proceder al cierre de las juntas y la distribución de la temperatura correspondiente al fin del período frío anual, por parte y al fin del período cálido anual, por otra. Para ello se tendrán en cuenta las características climáticas, la probable fluctuación de temperaturas del agua embalsada y la acción de los rayos solares.En los caos normales, serán admisible la simplificación de calcular los esfuerzos térmicos, considerando la distribución de temperaturas en la presa como uniforme en el sentido del espesor, y variable de una sección a otra36.4.- El Proyecto de presas bóveda o cúpula ha de precisar la temperatura a que se han de cerrar las juntas y estudiará, en alternativa, las posibilidades que ofrece la refrigeración artificial o natural del hormigón, en relación con la época del año en que dicho cierre se lleve a cabo.Artículo 37º.- Otras solicitaciones.37.1.- En casos especiales se tendrán en cuenta:a) Vibraciones o esfuerzos dinámicos producidos por el funcionamiento de aliviaderos y órganos de desagüe.b) Impactos directos sobre la presa de posibles aludes o corrimientos del terreno.Dado que estas solicitaciones son difícilmente evaluables, siempre será recomendable eliminarlas o, al menos, atenuarlas.Artículo 38º.- Combinación de solicitaciones.38.1.- La estabilidad de la presa y sus tensiones internas máximas, se determinará por lo menos en 6 situaciones distintas, dos normales y cuatro accidentales.38.2.- Las situaciones normales son:A1) Embalse vacío: se considerará la combinación de las solicitaciones del peso propio y de las variaciones de temperatura.A2) Embalse lleno: se considerará la combinación de las solicitaciones del peso propio, empuje hidrostáticco, presión intersticial, empuje de los aterramientos, empuje del hielo o de las olas producidas por el viento y variaciones de temperatura. El empuje hidrostático y la presión intersticial serán los que correspondan al máximo nivel normal de embalse.38.3.- Las situaciones accidentales son:B11) La originada por sacudidas sísmicas, unida a las solicitaciones consideradas en la situación A1.B21) Situación A2 suponiendo ineficaces los drenes.B22) La originada por sacudidas sísmicas, unida a las solicitaciones consideradas en la situación A2. Se supondrá que las presiones intersticiales no son afectadas por tales sacudidas. Podrá prescindirse del empuje del hielo o de las olas producidas por el viento, en su caso.B23) Situación A2 con la máxima sobre-elevación previsible en el nivel del embalse, incluyendo la acción del oleaje extraordinario indicado en el artículo 31º. Se supondrá que las presiones intersticiales no son afectadas por la sobre-elevación del embalse. Se prescindirá del empuje del hielo.38.4.- Se prescindirá de las solicitaciones no aplicables al tipo de presa considerado o a las condiciones particulares del caso.Artículo 39º.- Estabilidad estática de la presa.39.1.- En las presas de fábrica se comprobará la estabilidad frente a un posible deslizamiento, según superficies que corten al terreno, incluyendo o no el contacto con la presa, y sean desfavorables a dicho efecto. Se justificará en cada caso:a) que se ha comprobado la seguridad frente al deslizamiento según las superficies más desfavorables.b) que, antes de iniciarse el deslizamiento, se transmiten las fuerzas a todo el terreno que se considere afectado por aquél, yc) que se han previsto las medidas necesarias para garantizar durante la vida de la presa, la permanencia de los terrenos que se oponen al deslizamiento.39.2.- En las situaciones normales A1 y A2 se comprobará que las fuerzas que tienen a producir el deslizamiento, según las superficies consideradas, son inferiores a las fuerzas que se oponen a aquel, calculadas éstas con una minoración de 1,5 para los coeficientes de rozamiento y de 5 para las cohesiones, determinadas según dichas superficies.39.3..- En las situaciones accidentales B11, B21, B22 y B23 se comprobará la estabilidad frente al deslizamiento con unos factores de minoración iguales a 1, 2 y 4 para los coeficientes de rozamiento y cohesiones, respectivamente.Artículo 40º.- Estabilidad elástica de la presa.40.1.- En régimen de tensiones de la presa se determinará aplicando los principios de la teoría de la elasticidad o los clásicos de la resistencia de materiales.Para las presas de gran altura se recomienda comprobar el comportamiento de la obra mediante ensayos mecánicos en modelo reducido. Estos ensayos se harán siempre en colaboración con un laboratorio oficial o centro de reconocida solvencia, y sus resultados se incorporarán al Proyecto.40.2.- El Proyecto deberá señalar los coeficientes de seguridad adoptados para las tensiones internas, en relación con la resistencia característica del hormigón definida en el artículo 41º.

40.3.- Se exigirán, como mínimo, los siguientes coeficientes de seguridad en relación con la resistencia característica del hormigón a los 90 días.- A compresión:• 4 (cuatro) en las situaciones normales A1 y A2.• 3 (tres) en las situaciones accidentales B11, B21, B22 y B23.- A tracción:• 3 (tres) en las situaciones normales A1 y A2.• 2 (dos) en las situaciones accidentales B11, B21, B22 y B23.40.4.- Cuando la desviación media cuadrática de los resultados de los ensayos a rotura del hormigón sea inferior al 15%, los coeficientes de seguridad señalados podrán reducirse en un 20%.40.5.- Salvo justificación suficiente, las cargas de trabajo a compresión en la Presa no rebasarán los 80 kg/cm 2, y en ningún caso sobrepasarán los 100 kg/cm2. en situaciones normales ni los 120 kg/cm2. en las accidentales.40.6.- No se admitirán cargas de tracción superiores a 10 kg/cm2. en situaciones normales, salvo en las presas bóvedas o cúpula en situación A1 en que podrán alcanzar hasta 15 kg/cm2. En las situaciones accidentales podrán admitirse cargas límites superiores en un 20 % a las señaladas.40.7.- No se admitirán tracciones en las presas de mampostería. 40.8.- Tratándose de presas de gravedad macizas o aligeradas y en las situaciones normales A1 y A2, no deben aparecer tracciones en la hipótesis de variación lineal de tensiones.Artículo 41º.- Cargas de rotura del hormigón.41.1.- Se define como resistencia característica de un hormigón en obra el valor que se obtiene a aprtir de una serie de n ensayos de resistencia en probetas, al multiplicar por dos la media aritmética de los n/2 resultados más bajos y restar después la media aritmética del conjunto de los n resultados. Si el número n es impar, se prescindirá del valor mediano.Esta resistencia características estará referida a ensayos de compresión realizados sobre un mínimo de 6 probetas de 15 cm. de diámetro y 30 cm. de altura, de 90 días de edad, fabricadas y conservadas en obra con arreglo al método de ensayo UNE 7.240 y rotas por compresión según el método de ensayo UNE 7.242.Los ensayos de control del hormigón en obra podrán realizarse en probetas cilíndricas, prismáticas o cúbicas, de dimensiones distintas a las citadas, como se indica en el artículo 85º, previa determinación de los coeficientes de correlación entre las resistencias del hormigón en las probetas empleadas en obra y la resistencia características antes definida.Se recomienda realizar el control de resistencia del hormigón en obra con ensayos de rotura a 7 y 28 días, una vez conocida la ley de crecimiento de la resistencia a la compresión hasta los 90 días para cada tipo de hormigón.41.2.- No se admitirán como elementos resistentes de las obras, hormigones cuya carga de rotura característica a compresión sea inferior a 100 kg/cm2.41.3.- A falta de ensayos específicos, la resistencia a la tracción del hormigón se considerará igual a la décima parte de la comprobada para la compresión.41.4.- Cuando para comprobar la calidad del hormigón se saquen probetas testigo de la obra ejecutada, su diámetro no será inferior al triple del tamaño máximo del árido contenido en aquélla. Se tomarán las precauciones necesarias para que la probeta no resulte dañada.Artículo 42º.- Resistencia de cimientos.42.1.- Para valorar la resistencia de los cimientos de la presa, se tendrá en cuenta la naturaleza y la estructura tanto del terreno de apoyo directo como de todo aquél que pueda afectar a la estabilidad de la presa.42.2.- Cuando el terreno de cimentación presente discontinuidades en sus características mecánicas, y en particular sismicidad potencial, se considerará su influencia sobre la estabilidad de la presa.42.3.- Se estudiarán las condiciones de permeabilidad del terreno en que se asiente la presa y las posibles filtraciones a través del mismo, debiéndose adoptar las medidas convenientes para evitar riesgos de sifonamiento y de arrastre de materiales finos.42.4.- En los casos en que no sea evidente que el terreno de cimentación puede soportar las cargas que ha de trasmitirle la presa, con los coeficientes de seguridad previstos en este Instrucción, se determinarán medidas ensayos realizados "in situ" las características de deformabilidad y resistencia al esfuerzo cortante del terreno, teniendo muy en cuenta su anisotropía y la eventual variación de sus propiedades con el grado de humedad. Para ello, se considerara´n las posibles superficies de deslizamiento, en relación con las direcciones de las litoclasas y otros accidentes que debiliten la roca en direcciones definidas. Igualmente se estudiará la posible influencia de la saturación, mediante ensayos en laboratorio o "in situ"Artículo 43º.- Juntas de contracción.43.1.- En las presas de fábrica se proyectarán juntas transversales de contracción.Es una práctica recomendable la de que la separación entre las juntas de contracción sea del orden de 15 m.Cuando el espesor de la estructura lo requiere, se recomienda proyectar también las juntas longitudinales de contracción.43.2.- En las presas bóveda o cúpula las juntas de contracción deberán orientarse aproximadamente normales a la dirección de los esfuerzos transmitidos a su través.43.3.- Las juntas transversales de contracción irán provistas de dispositivos de impermeabilización adecuados.

43.4.- En las juntas transversales de contracción de las presas bóveda o cúpula, así como en las de gravedad que se calculan como monolíticas y, para todos los casos en las juntas longitudinales, se preverán los dispositivos necesarios para rellenar y cerrar las juntas en el momento preciso.Es admisible la solución de juntas de contracción abiertas, dejando entre los bloques espacio suficiente para su posterior relleno con hormigón, pero tratando las superficies de los bloques contiguos según las normas previstas en esta Instrucción.Es recomendable colocar en el interior de los bloques de hormigón termómetros de lectura a distancia, que permitan comprobar la evolución de temperaturas en el interior de la presa y determinar el momento más favorable para el cierre de juntas.43.5.- En las presas bóveda o cúpula no se procederá al relleno o inyección de las juntas de contracción hasta que la temperatura de los bloques sea la prevista en las hipótesis de cálculo, a menos que se garantice la posibilidad de repetir las inyecciones o se compruebe que en las nuevas condiciones de solicitación se mantienen los coeficientes de seguridad prescritos.Artículo 44º.- Drenajes y galerías.44.1.- En los casos en que las dimensiones de la presa lo permitan, se construirán galerías de inspección y drenaje, próximas a la cota más baja de la cimentación y al paramento de aguas arriba.Las dimensiones de estas galerías serán las adecuadas para poder ejecutar desde ellas sondeos de reconocimiento, inyecciones y drenajes.44.2.- En presas de gran altura y de anchura suficiente, se construirán también galerías a alturas intermedias directamente accesibles desde el exterior.Son prácticas recomendables:a) que la separación en altura entre las galerías no exceda de los 30 m.b) que las galerías de inspección y drenaje se prolonguen hacia el interior de las laderas, a fin de inspeccionar el terreno y controlar y drenar las filtraciones.44.3.- Las galerías de inspección y drenaje se enlazarán mediante conductos de drenaje que penetren en el terreno de cimentación, y estén dispuestos de manera que sea fácil su vigilancia y limpieza.44.4.- Se adoptarán las precauciones convenientes para asegurar la ventilación de las galerías de inspección y drenaje y evitar su inundación. En caso de que no sea posible evacuar por gravedad el agua de filtraciones o impedir la entrada del agua desde el cauce de aguas abjo, se instalará en las galerías un sistema de bombas de achique.44.5.- Se adoptarán las precauciones convenientes para evitar todo posible originado por la instalación eléctrica.Artículo 45º.- Camino de coronación.45.1.- En la coronación de las presas se dispondrán caminos de servicio, no interrumpidos por los aliviaderos ni por ningún otro elemento de la instalación.45.2.- Sobre el máximo nivel de embalse en crecidas, deberá preverse un resguardo suficiente para evitar el desbordamiento por oleaje.Se recomienda que entre el máximo nivel normal de embalse y la cota del camino de coronación quede en las presas de fábrica un resguardo de al menos un metro.46º.- Prescripciones especiales para las presas de gravedad.46.1.- Se evitará que un mismo bloque quede cimentado sobre terrenos cuyas características de deformación bajo cargas, presente diferencias acusadas.Se recomienda que las superficies de cimentación de cada bloque sean sensiblemente horizontales o ligeramente ascendentes hacia aguas abajo.46.2.- Puede admitirse el escalonamiento de la cimentación en sentido transversal al cauce, para adaptarse a la pendiente de las laderas, pero procurando evitar grandes desniveles en aquél y haciendo coincidir las juntas de contracción con las aristas de los escalones mayores.En las presas de gran altura se recomienda enlazar los paramentos con la roca de cimentación por medio de superficies de acuerdo, para evitar concentración de tensiones. También es recomendable suavizar en el paramento de aguas abajo los acuerdos entre el talud principal y el vertical de coronación.46.3. En caso de que las juntas de contracción separen bloques cuyas alturas difieran notablemente o estén cimentados sobre terrenos con distintas características de deformación bajo cargas, se proyectarán las juntas de modo que permitan los movimientos relativos de los bloques, sin rotura de los dispositivos de impermeabilización o se estudiará, si es posible, la transmisión de esfuerzos entre bloques y sus efectos sobre el estado tensional y la estabilidad de la prea.La disposición de galerías a lo largo de las juntas transversales y longitudinales, permite una mejor observación de los movimientos relativos entre los bloques, además de facilitar posibles inyecciones y aminorar las subpresiones. La intercomunicación, mediante conductos, entre las galerías de una junta refuerza estas posibilidades.Artículo 47º.- Prescripciones especiales para las presas de contrafuertas.47.1.- No se admitirá la fábrica de mampostería para la construcción de este tipo de presas, salvo justificación especial.47.2.- Deberá estudiarse en el interior de los contrafuertes, en la unión de éstos con las cabezas o pantallas de impermeabilización y en las secciones normales a éstas, el reparto de tensiones producido por el efecto simultáneo del peso propio, empuje hidrostático y acción de las presiones intersticiales sobre planos horizontales y verticales.En presas de gran altura, se recomienda estudiar los esfuerzos adicionales que se produzcan en las cabezas de los contrafuertes, debidos a la influencia de la rigidez de cimientos y a la deformación del alma del contrafuerte.

Si en el cálculo se obtienen tracciones en las cabezas o pantallas o en la zona de enlace de aquellas con el alma de contrafuerte, es recomendable disponer armaduras de acero en cuantía y disposición adecuadas para impedir el agrietamiento.47.3.- La superficie de cimentación de cada contrafuerte será normal a su plano de simetría.47.4.- Se dispondrán juntas permanentes de contracción entre contrafuertes contiguos o, alternativamente, formando bloques de dos contrafuertes con su correspondiente pantalla.47.5.- Se estudiarán los efectos térmicos y las tensiones debidas a las diferencias de altura de los contrafuertes.Artículo 48º.- Prescripciones especiales para las presas bóveda y cúpula.48.1.- En el Proyecto de estos tipos de presas, se determinará su estado tensional, teniendo en cuenta la deformabilidad del terreno de cimentación y de los estribos en que pudiera apoyarse.Es práctica recomendable comprobar mediante ensayos mecánicos en modelo reducido, la distribución de tensiones resultantes de los cálculos. Estos ensayos se harán en colaboración con un laboratorio oficial o centro de reconocida solvencia y sus resultados se incorporarán al Proyecto.48.2.- Cuando en el Proyecto de presas bóveda o cúpula aparezcan zonas con tracciones importantes, se recomienda prever armaduras de acero, dispuestas de manera que eviten la iniciación de grietas. En caso contrario deberá estudiarse la distribución que se obtendría en la hipótesis de fisuración total de hormigón sometido a tracción y justificar que las compresiones máximas resultantes no exceden de las cargas admisibles.48.3.- Se comprobará en el Proyecto la estabilidad de la estribación de la presa, en particular referida al posible deslizamiento según la superficie de apoyo en el terreno y según otras posibles superficies de deslizamiento.Se aconseja que las oblicuidades entre las superficie del terreno y la superficie media de la presa sean moderadas.48.4.- Cuando se proyecte el aliviadero en la coronación de la presa o a través del cuerpo de la misma, se evitará la posibilidad de vibraciones y que se produzcan erosiones al pie de la presa, siendo preceptivo en tales casos el estudio en modelo reducido del comportamiento del aliviadero.Artículo 49º. Sistema de auscultación.49.1.- En el Proyecto se han de prever los dispositivos necesarios y las normas que permitan, de forma elemental y rápida, conocer el comportamiento de la presa en cuanto a su seguridad.En obras de especial importancia es recomendable ampliar este dispositivo no solamente en el sentido de una mayor precisión sino también con miras a obtener datos útiles para investigaciones posteriores.49.2.- Salvo justificación, se deberán hacer las determinaciones siguientes:a) La medición de los movimientos relativos entre la presa y el terreno, determinados por métodos topográficos y por péndulos.b) La medición de la temperatura en el interior de la presa, en el agua próxima a ella y del ambiente en sus proximidades.c) La medición de subpresiones en la presa y el terreno.d) La medición de los movimientos en las juntas entre bloques y en las superficies de cimentación.e) El aforo de las filtraciones, tanto en la fábrica como en el terreno.Para una observación más rigurosa de las deformaciones exteriores es recomendable establecer una red de referencias geodésicas, extendida a las laderas y a otros lugares de los terrenos con sus correspondientes estaciones de observación. Deben incluirse itinerarios de nivelaciones de precisión prolongados en el interior de las galerías.Las medidas de deformaciones internas y de tensiones, pueden incluirse en el grupo de las de investigación. Estas mediciones resultan un complemento útil de la investigación.49.3.- Especialmente en las presas bóveda o cúpula y en las de gravedad, en las que haya que inyectar juntas, se dispondrán termómetros cuyos datos sirvan de orientación para realizar dichos trabajos.II-C.- Normas particulares aplicables a presas de materiales sueltos.Artículo 50º.- Definiciones y clasificación.50.1.- Llamaremos "presa de materiales sueltos" a aquéllas cuyos elementos no estén ligados entre sí por conglomerantes hidráulicos.50.2. Podemos clasificar estas presas en: "presas homogéneas", "presas con diafragma impermeable", "presas heterogéneas" y "presas de relleno hidráulico".50.3.- Llamaremos "presas homogéneas" a las construidas con tierras de una sola calidad, generalmente apisonadas, de impermeabilidad suficiente para limitar por sí mismas el paso del agua. Suele llevar mantos de otro material como protección de los paramentos, o como filtros, sin dejar de pertenecer a esta clase, siempre que estos mantos no tengan un volumen comparable al de las tierras del cuerpo de la presa.50.4.- Llamaremos "presas de diafragma impermeable" a aquéllas en que la función de detener el paso del agua está confiada a una lámina que puede ser de hormigón armado, hormigón en masa, metal, mezclas asfálticas, materiales plásticos, etc. Este diafragma suele aplicarse en el paramento de aguas arriba, en cuyo caso la denominaremos "presas de pantalla impermeable", empleando en cambio el nombre de "presa con diafragma interior" para los otros casos.Las presas con diafragma impermeable suelen estar constituidas en su masa por escollera, aún cuando hay algunas constituidas, al menos en parte, por tierras. La escollera puede ser "vertida", "apisonada" o "vibrada". También puede constituir en trozos de piedra colocados de forma que ocupen desde el principio posiciones muy estables, en cuyo caso la masa así constituida recibe el nombre de "mampostería en seco". Finalmente, "escollera arreglada" es la escollera vertida cuyos bloques han sido manipulados con palancas o con grúa, para llevarlos a posiciones más estables.

50.5.- Llamaremos "presas heterogéneas" a las formadas por materiales diferentes, agrupados adecuadamente en distintas zonas de la presa. Alguna de estas zonas deberá ser impermeable, pudiendo estar constituida por tierras o bien por una mezcla asfáltica.Se asimilarán a presas heterogéneas de tierra, aquéllas presas constituidas por una sola clase de tierras, pero en las que se colocan en los espaldones alternadas capas horizontales de drenaje, que confieren a la masa de éstos características correspondientes a un material de mucha mayor permeabilidad que el núcleo.Las presas heterogéneas pueden ser "de tierra" o "de escollera", si bien la transición es gradual de uno a otro tipo. Llamaremos, a los efectos de esta Instrucción, presas de escollera a aquéllas en que las zonas formadas exclusivamente de elementos gruesos de roca, que constituyen un conjunto de permeabilidad ilimitada, ocupen más de dos tercios de la sección del cuero de la presa.Llamaremos "presas de escollera con núcleo delgado" a aquéllas en que el área de la zona formada de tierras impermeables o de mezcla asfáltica, no ocupe más del décimo de la sección transversal de la presa.50.6.- En las "presas de relleno hidráulico", el material se draga en lugar apropiado y se transporta en suspensión por medio de tuberías. El proceso de formación del relleno tiene lugar por sedimentación, la cual se regula del modo conveniente para conseguir el fin que se desea.En ocasiones, el relleno hidráulico se emplea tan sólo para constituir una de las zonas de la presa, en particular, una zona permeable, con terrenos arenosos, dando así origen a una presa mixta.Otras veces, el transporte hidráulico y la sedimentación se utilizan únicamente para rellenar los huecos de una escollera y colocada, con el objeto de aumentar su densidad y, eventualmente, proteger la roca de la meteorización. Esta operación se considera como complementaria de la ejecución de la escollera y no como un verdadero proceso de relleno hidráulico.El método de construcción llamado "relleno semihidráulico", que consiste en transportar el material por medio de vehículos para ser posteriormente colocado en obra por extendido con chorros de agua, no es habitual en la actualidad, ya que la ventaja principal de este procedimiento es la economía del transporte por tubería. Sin embargo, si se llegara a emplear, la presa así constituida, se consideraría de relleno hidráulico, pues el transporte previo en vehículos no introduce diferencia esencial en las cualidades del relleno construido.Artículo 51º.- Normas para la comprobación de la estabilidad de presas de materiales sueltos.51.1.- El cálculo de las presas de tierra consistirá en determinar el coeficiente de seguridad al deslizamiento, a lo largo de la superficie pésima a este respecto, entre todas las posibles.En el momento actual, este cálculo se efectúa mediante tanteos.51.2.- Llamaremos "coeficiente de seguridad al deslizamiento" en cada una de las superficies estudiadas al número por el que habría que dividir la resistencia total al esfuerzo cortante de los materiales atravesados para el equilibrio fuese estricto.51.3.- Deben tantearse numerosas superficies de posible deslizamiento para tener la seguridad de localizar la hipótesis más desfavorable.En el caso de presas homogéneas tantear superficies bastará tantear superficies cilíndricas circulares con diferentes radios y centro, pero en el caso de presas heterogéneas y en las de diafragma impermeable será preciso tantear superficie mixtas, con secciones de curvatura variable e incluso zonas planas.En el caso de presas de escollera, especialmente en las de núcleo delgado y en las presas con diafragma, no deben olvidarse las posibles superficies convexas de deslizamiento, en el caso de comprobación a embalse lleno.51.4.- La resistencia al esfuerzo cortante en cada punto se considerará, en general, igual a la definida por la ley a la definida por la ley de Coulomb en presiones efectivas, cuyos coeficientes se habrán determinado experimentalmente. Se considerará que las presiones efectivas son iguales a las totales menos la presión intersticial. Para la determinación de las presiones totales se tendrán en cuenta las fuerzas interiores en la cuña deslizante.Se recomienda que en presas importantes o cuanto se tanteen superficies de gran curvatura y se empleen métodos que descompongan la cuña deslizante en fajas, se tenga en cuenta la interacción entre las mismas.Artículo 52º.- Solicitaciones a considerar y coeficientes de seguridad exigidos en cada caso.52.1.- En la comprobación de la estabilidad de estas presas, se considerarán las solicitaciones siguientes: peso propio, presión hidrostática con el máximo nivel de embalse en crecidas y presiones intersticiales. No es necesario tener en cuenta el empuje del hielo ni el de las olas, ni los efectos de las variaciones temperatura.52.2.- En las zonas de sismicidad baja, según se define en el artículo 34º, no se tendrá en cuenta, en general, el efecto sísmico, excepto en puntos próximos a la zona de sismicidad media y si concurriesen circunstancias especiales de peligro, en las cuales se tomará una aceleración exclusivamente horizontal, para la que se elegirá un valor que puede llegar al 5 por 100 de la gravedad.52.3.- En las zonas de sismicidad media se tomará una aceleración horizontal comprendida entre el 5 y el 10 por 100 de la gravedad, según su menor o mayor proximidad a las zonas de sismicidad alta y otras circunstancias geológicas o de especial peligro que concurran en la obra.52.4.- En las zonas de sismicidad alta, los efectos de los posibles acciones sísmicas se tendrán en cuenta como una aceleración exclusivamente horizontal, que como mínimo será igual al 10 por 100 de la gravedad.Es recomendable que, en las zonas de sismicidad alta, el Ingeniero autor del proyecto, asistido, si lo cree necesario, por expertos en la materia, haga un estudio simológico y tectónico que justifique las acciones de los seísmos previsibles. También deberán preverse los posibles movimientos del terreno en el vaso, cerrada y zonas que puedan afectar a la presa.

52.5. La estabilidad de la presa deberá comprobarse para los tres estados siguientes, cada uno de ellos sin acción sísmica en todo caso, y con acción sísmica en los casos en que ésta haya de ser tenida en cuenta.a) Distintas fases de la construcción.b) Embalse lleno.c) Desembalse rápido.Para el caso a) hay que comprobar la estabilidad de ambos taludes. En los casos de presa de escollera y presa de tierra con núcleo delgado y espaldones muy permeables, se puede omitir esta comprobación para el talud de aguas abajo, salvo que la naturaleza arcillosa del cimiento lo haga necesario.Para el caso b), basta comprobar la estabilidad del talud de aguas abajo. Para el cálculo de la presión hidrostática se tomará el nivel máximo de embalse en crecida, pero para el de las presiones intersticiales bastará el máximo nivel normal, si se estima que la duración de las avenidas no es suficiente para establecer un régimen permanente de filtración.Para el caso c), bastará comprobar la estabilidad del talud de aguas arriba. Hay que hacer notar que el caso más desfavorable no siempre corresponde al desembalse rápido total y es preciso, por tanto, tantear la estabilidad con diversos niveles de desembalse.52.6.- Se exigirán los siguientes coeficientes de seguridad mínimos:A) Presas de escollera con diafragma de hormigón o asfalto.

Sin efecto sísmico Con efecto sísmico

Distintas fases de la construcción 1,3 (1) 1,2 (1)

Embalse lleno 1,4 1,4

Desembalse rápido 1,3 (2) 1,3 (2)

(1) Sólo el talud de aguas arriba, excepto si el cimiento es arcilloso.(2) No se calcula, excepto si el cimiento es arcilloso o el elemento de impermeabilidad es un diafragma en su interior.B) Presas de escollera con núcleo de tierra, presas heterogéneas de tierra y presas de relleno hidráulico.

Sin efecto sísmico Con efecto sísmico

Distintas fases de la construcción 1,2 (1) 1,0

Embalse lleno 1,4 1,3

Desembalse rápido 1,3 1,0

C) Presas homogéneas de tierra.

Sin efecto sísmico Con efecto sísmico

Distintas fases de la construcción 1,2 1,0

Embalse lleno 1,4 1,4

Desembalse rápido 1,3 1,1

Los coeficientes de seguridad a exigir varían en cada caso, en primer lugar según la gravedad del posible accidente. Se acepta además una reducción en el caso de considerar la acción sísmica, por la falta de probabilidad de coincidencia de este efecto con algunos estados transitorios de la presa, como son las distintas fases de la construcción y el desembalse rápido. La acción sísmica, por otra parte, es de acción tan rápida que en presas de escollera y en las de tierra heterogéneas que tengan espaldones más o menos granulares, produce sólo una deformación sin llegar al corrimiento de los taludes, pero esta deformación será muy peligrosa en el caso de diafragma y no lo será en el caso de núcleo de tierra. Por último, las presas heterogéneas son menos peligrosas en caso de agrietamiento que las homogéneas.52.7.- El conocimiento de la distribución de la presión del agua intersticial en cualquiera de las hipótesis de las hipótesis de carga es fundamental para los cálculos de estabilidad en este tipo de estructuras y merece el más cuidadoso estudio para la determinación de la red de filtración y, en el caso de desembalse rápido, de las variaciones de dichas presiones a causa del cambio en el estado de tensiones totales en la presa.Por el contrario, el coeficiente de permeabilidad no es dado que interese en general conocer con precisión, bastando en muchas ocasiones con la comparación de la granulometría e índices de Atterberg de los materiales disponibles con los de materiales empleados en otras presas, para enjuiciar la posibilidad de utilización de los mismos.Se exceptúan los siguientes casos:a) Presas en las que no se pueda tolerar más que una pérdida muy pequeña de agua por filtraciones. El coeficiente de permeabilidad resultará necesario para calcular el caudal de filtración previsible.b) Presas heterogéneas con zonas contiguas de coeficientes de permeabilidad muy parecidos (relación entre uno a tres y uno a diez), ya que entonces la red de filtración y, por lo tanto, las presiones intersticiales dependen de dicha relación.c) Casos en los que se quiere calcular la disipación de presiones intersticiales durante la construcción.

Se hace notar, sin embargo, que este cálculo es sumamente aleatorio y que, en los casos normales es preferible proceder como si no tuviese lugar. Tan sólo en presas muy importantes puede merecer la pena hacerlo, contrastando sus resultados con las medidas efectuadas en presas ya construidas y, muy en especial, con los datos que durante la construcción se vayan obteniendo de la auscultación de la presa.52.8.- Se habrá de tener en cuenta la muy probable existencia de un anisotropía con respecto a la permeabilidad en las tierras colocadas en obra, la cual tiene una influencia decisiva sobre la red de filtración. Si no existen datos sobre esta característica en el caso concreto en estudio, se puede suponer que, en una presa de tierra apisonada, la permeabilidad vertical es la que se determina en el laboratorio, mientras que la horizontal puede oscilar entre ese mismo valor y otro nueve veces mayor, cifra que puede elevarse hasta veinticinco veces en el caso de presas de relleno hidráulico.Las comprobaciones de estabilidad y de velocidades de filtración, caudales, etc. deberían hacerse dentro del campo de variación indicado, pero en general basta hacer las siguientes hipótesis:- Permeabilidad horizontal máxima, para la comprobación de velocidades, caudales y estabilidad del talud de aguas abajo.- Permeabilidad horizontal igual a la vertical, para la comprobación de la estabilidad del talud de aguas arriba.52.9.- Para el cálculo de la estabilidad a embalse lleno y con desembalse rápido se estudiará también la influencia que una intensa temporada de lluvias para llegar a tener sobre la red de filtración.Artículo 53º.- Condiciones de los cimientos.53.1.- Se deberán investigar mediante los oportunos reconocimientos las condiciones de resistencia e impermeabilidad de la cimentación, extendiendo su estudio a un número suficiente de puntos de la superficie de apoyo. Los resultados de estos reconocimientos se incorporará al Proyecto y deberán tenerse en cuenta en los cálculos del mismo.53.2..- En esos reconocimientos, se tomarán muestras y testigos. En el caso de que éstos sean de roca, se conservarán perfectamente rotulados y ordenados en lugar próximo a la obra, a disposición de los servicios que hayan de inspeccionarla en su día.53.3.- Cuando las muestras extraídas sean de materiales sueltos, se enviarán a un laboratorio, en el que se determinen los coeficientes precisos para la elaboración del Proyecto. Tan sólo se conservarán en lugar próximo a la obra algunas muestras que representen de una manera típica los distintos terrenos hallados.53.4.- En el Proyecto deberán preverse las disposiciones necesarias para que la presión intersticial en los cimientos no sobrepase en ningún punto y con ningún régimen los límites admisibles, y que la velocidad de filtración sea suficientemente reducida para evitar arrastres o sifonamientos. Si el terreno no ess lo suficientemente impermeable, se formarán pantallas o rastrillos, o bien se alargará el camino de filtración por medio de zampeados prolongados hacia aguas arriba.Artículo 54º.- Impermeabilización y drenajes.54.1.- El elemento de la presa destinado a impedir el peso del agua será estudiado y ejecutado con un cuidado especial. Aún en el caso de presas homogéneas, ses señalará en el Proyecto una pantalla o un espaldón aguas arriba, en el cual se vigilarán particularmente la calidad de los materiales y la puesta en obra de los mismos, para asegurar la impermeabilidad del conjunto.54.2.- Se extremarán los cuidados en el contacto entre el elemento impermeable y el cimiento y laderas, previendo disposiciones adecuadas para un enlae perfecto. En particular, si las laderas son de roca, se regularizarán de modo que, en toda el área de contacto, no queden planos verticales ni en desplome, ni discontinuidades bruscas en la roca, siendo incluso más recomendable que todos los planos de contacto queden con pendientes no superiores a 5 y sin puntos angulosos marcaos en los acuerdos.En el caso de grandes irregularidades o fuertes pendientes, puede ser recomendable regularizar el asiento del núcleo con hormigón, incluso estableciendo una cama continua. Esta disposición tiene también la ventaja de facilitar las inyecciones del tratamiento superficial en la roca, si las hubiere.54.3.- En los casos de diagrama o pantallas de hormigón, deberá estudiarse cuidadosamente la disposición de las juntas que garanticen la impermeabilidad, permitiendo al mismo tiempo el juego de asientos previsibles.Los diafragmas de hormigón, a pesar de estas medidas, suelen agrietarse. Al ser interiores, la posibilidad de reparación adecuada es escasa, por lo cual esta última disposición se considera hoy poco conveniente. En el caso de que se adopte, se recomienda colocar en su paramento de aguas arriba una capa de arcilla o de material asfáltico que pueda impermeabilizar las probables fisuraciones.54.4.- En el caso de pantallas en el paramento de aguas arriba, de hormigón o de otro cualquier material, se colocará en su trasdós una capa adecuada de drenaje, para evitar la posibilidad de subpresiones durante el desembalse.Es conveniente que esta capa de drenaje tenga un conducto independiente de evacuación al exterior fácilmente inspeccionable, que permita descubrir sin dilación cualquier rotura de la pantalla.54.5.- Si la zona impermeable es de tierra, su espesor y la calidad de las tierras a emplear deberán estudiarse con el mayor cuidado, para garantizar una impermeabilida suficiente ye vitar el riesgo de erosión interna debida a la filtración.En particular, cuando sea inevitable el empleo de tierras limosas o de arcillas de baja plasticidad, se tendrá muy en cuanta la posibilidad de agrietamiento, por la falta de flexibilidad de los macizos constituidos por estos materiales. El estudio de este problema se deberá hacer con todo detalle cuando la cimentación sea compresible o cuando las laderas de la cerrada sean muy pendientes, caos en los que se harán ensayos para determinar la deformabilidad e las tierras, en condiciones equivalente a las de su puesta en obra.56.6.- En todos los casos, se estudiarán con la mayor atención todas las posibilidades de paso del agua a través de la presa, del cimiento y de las laderas, tanto en la filtración normal como en posibles defectos y averías, y se proyectarán las disposiciones

necesarias para que la evacuación de estas filtraciones se haga sin el menor peligro para la estabilidad de la presa y sin posibilidad de arrastres, para lo cual toda posible superficie del macizo terroso a través de la cual puedan emerger las aguas, deberá quedar protegida por un material de condiciones adecuadas para que sirva de filtro.En muchos casos, será conveniente proyectar una red de conductos de drenaje que evacuen al exterior los posibles caudales filtrados, en condiciones tales que permitan su identificación, vigilancia y aforo. En particular, se estima conveniente la construcción de una galería longitudinal visitable, en la base de la pantalla, del núcleo o del diafragma, que permita dicha vigilancia y al mismo tiempo sirva de acceso para la ejecución o el perfeccionamiento de una cortina de inyecciones en el cimiento, si resultara necesario. Igualmente conviene que esta galería penetre en el terreno de las laderas, para vigilar y combatir las filtraciones que en ellas puedan producirse.54.7.- Los filtros de protección constarán de una o varias capas de materiales tales que establezcan una transición entre las granulometrías de dos zonas en contacto en las superficies a a través de las cuales puede haber filtración, en condiciones normales o accidentales.Estos filtros deberán ser capaces de evitar arrastres peligrosos de partículas finas, extremo que se justificará mediante reglas empíricas corrientemente admitidas en la práctica, o bien por experimentación directa con los materiales en contacto.Estos filtros se reforzarán, aumentando el espesor de sus capas e incluso su número, en los puntos más peligrosos, como son, por ejemplo, las proximidades del contacto con las laderas.54.8.- Llamaremos capas de transición a las que se colocan entre zonas en contacto, pero en superficies en las que no exista filtración importante. Su objeto es evitar la interpenetración entre dichas zonas y los asientos consiguientes. Como en el caso de los filtros, el material de que consten ha de establecer un tránsito gradual entre las dos granulometrías, salvo que aquí las condiciones no necesitan ser tan rigurosas.Artículo 55º.- Coronación y resguardo.55.1.- En este tipo de presas es fundamental evitar cualquier riesgo de vertido sobre la coronación. No se admite en principio la colocación de aliviaderos de ningún tipo sobre el cuerpo de la presa, siendo precisa, en caso contrario, una especial justificación, tanto de la necesidad de la solución como de la eficacia de las disposiciones proyectadas para evitar toda inseguridad en la obra.55.2.- Cuando esta altura sea inferior a 15 m. la anchura de la coronación será como mínimo 3 m.En todo caso, se dispondrá sobre ella un camino de servicio o de uso público, según los casos.55.3.- En las zonas de sismicidad media, la anchura de coronación mínima será la prescrita en el apartado anterior más un 25%, y en las de sismicidad alta, el 50 %. En ambas zonas, se considerará como anchura virtual de coronación de longitud d la base superior de un trapecio de área equivalente e igual base inferior altura que la parte superior de la presa medida en sus últimos quince metros de altura.55.4.- Si por alguna circunstancia excepcional, se proyecta la presa con una anchura de coronación inferior al mínimo indicando en los apartados anteriores, se supondrá a efectos del apartado 55.6 que la coronación está situada al nivel en que la presa tenga la anchura correspondiente a dicho mínimo.55.5.- Por encima de la coronación puede haber pretiles de hormigón, bloques, gaviones, etc. En zonas de sismicidad baja y en el caso de que estos elementos tengan resistencia suficiente para soportar el oleaje y, al mismo tiempo, estén dispuestos de modo que puedan adaptarse a los asientos previsibles, su altura se considerará como "altura de pretil" a los efectos del apartado 55.6, así como también se contará de esta manera la altura de la presa en la que su anchura sea menor que la anchura mínima de coronación (apartado 55.4).En zonas de sismicidad media, no se considerará como altura de pretil la correspondiente a los de hormigón ni bloques de pequeña anchura, sino tan sólo el exceso de altura sobre la coronación, definido en el apartado 55.4. y la altura de elementos de gran flexibilidad y anchura, tales como gaviones, banquetas, etc., cuya anchura sea como mínimo el doble de su altura.En las zonas de sismicidad alta, se contará como altura de pretil tan sólo el exceso de altura de la presa sobre la coronación, definido en el apartado 55.4 e incluso se recomienda que no existan pretiles ni otro de los demás elementos antes reseñados. Conviene, al contrario, que la coronación tenga forma lisa o regular que facilite el paso sin turbulencias de algunas olas de origen sísmico que pudiesen sobrepasarlo y también, que esté protegida de la erosión de las mismas por losas, gaviones u otro elemento suficientemente liso para no provocar dichas turbulencias.55.6.- El resguardo de una presa es la diferencia de cota entre el máximo nivel de embalse en avenidas y el de coronación, tal como se define en el apartado 55.4.El resguardo será, como mínimo, de vez y media la altura de la máxima ola posible originada por el viento. En las zonas de media y alta sismicidad este resguardo no será inferior a 1 m. más la altura de la ola sísmicasiendo K la aceleración sísmica horizontal máxima previsible en la zona multiplicada por el coeficiente del terreno; T el período en la zona multiplicada por el coeficiente del terreno; y h la altura máxima del embalse.De la altura así fijada, podrá descontarse la mitad de la "altura de pretil" definida en el apartado 55.5, siempre que el resguardo resultante no sea menor de metro y medio.55.7.- En las presas heterogéneas, se define como resguardo interno la diferencia de cota entre el máximo nivel de crecida y el borde superior del elemento impermeable. El resguardo interno será establecido de igual forma que dispone la norma 55.6.Artículo 56º.- Paramentos.

56.1.- Si el paramento de aguas abajo es de tierra, deberá protegerse contra la ación erosiva de la lluvia, por medio de un manto de material adecuado, o por medio de plantaciones de césped u otros vegetales cuyas raíces no puedan poner en peligro la impermeabilidad de la presa.En presas de gran atura es recomendable que se dispongan banquetas, al menos cada 20 metros de elevación, para recoger las aguas pluviales y facilitar la inspección y reparación.56.2.- El paramento de aguas arriba estará protegido contra los efectos del oleaje por un manto de escollera, mampostería en seco, piezas de hormigón, etc., de características adecuadas para este fin. En la parte superior, cerca del nivel máximo, este revestimiento será rugoso, para evitar la posibilidad de que la ola suba hacia la coronación y salte por encima de ella. Esta última prescripción puede sustituirse con un aumento en el resguardo o con la colocación de un parapeto de forma adecuada que revierta el roción hacia el embalse.56.3.- Aún allí donde no exista la posibilidad de erosión por el oleaje, como en las áreas del talud que hayan de quedar perpetuamente sumergidas, en aquellos embalses de los que sólo se utiliza una parte de su capacidad, no es conveniente que quede en contacto directo con el agua un paramento de material arcilloso, y es recomendable recubrirlo de una capa de material granular. Igualmente, las superficies de aguas arriba de las zonas constituidas por tierras y en contacto con mantos o espaldones de escollera o grava deberán quedar protegidas por capas de transición, conforme al apartado 54.8.56.4.- En las regiones en donde sean habituales las temperaturas inferiores a cero grados durante períodos continuados de varias semanas, se tendrá en cuanta la posibilidad de formación de lentejones de hielo en la zona afectada por la helada, próxima a los paramentos, con la subsiguiente fusión y muy probable producción de pequeños corrimientos en el paramento a la primavera siguiente.Para evitarlo, puede calcularse con los datos meteorológicos disponibles, la penetración probable de las bajas temperaturas y disponer en el espesor calculado, tan sólo materiales insensibles a este fenómeno, en particular arena gruesa y limpia, grava, escollera, etc.Artículo 57º.- Toma de agua y desagües.57.1.- En las presas en las que la impermeabilidad esté confiada a zonas compuestas por tierras, debe evitarse la construcción de conductos a través de las mismas, por el riesgo que ello supondría para la permanencia de la totalidad de la obra en caso de rotura. Por lo tanto, las tomas de agua y desagües, se situarán preferentemente fuera de dichas zonas, contorneando la ladera.57.2.- Cuando, por circunstancias especiales, se decida atravesar con conductos las zonas impermeables de la presa, aquéllos consistirán en galerías lo bastante armadas para resistir las presiones que han de soportar, tanto durante la construcción como durante la explotación, y al menos, desde el paramento de aguas arriba de la zona impermeable, hasta su salida aguas abajo, la galería deberá permanecer en seco y ser visitable, previendo la conducción del agua por tuberías colocadas en su interior.57.3.- Las galerías que atraviesen la zona impermeable de la presa, estarán provistas en su parte exterior de uno o varios diafragmas, también fuertemente armados, que aseguren un recorridos suficiente el agua que pretenda filtrarse a lo largo del trasdós del conducto. La distancia entre dos diafragmas sucesivos será al menos el doble de su saliente por fuera del paramento de la galería.57.4.- Se concederá la mayor atención a la compactación de las tierras alrededor de la galería, recomendándose que la forma exterior de ésta no presente paramentos verticales ni en desplome. Puede también ser convenientemente efectuar inyecciones desde el interior de la galería, para asegurar su ligazón con el relleno de tierras.En el caso de efectuarse inyecciones desde el interior de las galerías, para rellenar posibles huecos, deberán realizarse con sumo cuidado, evitando romper los terraplenes y dejar bolsadas de agua.57.5.- Se extremarán todas estas precauciones cuando la galería no descanse sobre un cimiento prácticamente indeformable, previendo el establecimiento de juntas en la misma, debidamente impermeabilizadas.Artículo 58º.- Sistemas de auscultación.58.1.- Se dispondrán en el Proyecto los sistemas de medida que permitan determinar la magnitud de los asientos y corrimientos de la presa y de la cimentación y las presiones del agua intersticial durante la construcción, puesta en carga y explotación de la obra.58.2.- Igualmente se preverán dispositivos para registrar los niveles del agua en cimientos y laderas aguas abajo de la zona de impermeabilidad y para el aforo de los caudales recogidos por los diferentes elementos de drenaje.

CAPITULO 2

GENERALIDADES DE LOS MODELOS

2.1 INTRODUCCIÓN Uno de los modelos en obras hidráulicas para el desarrollo de riego, captación de agua, en México son las presas de derivación. Las cuales sirven para retención de agua y almacenamiento, las características son de acuerdo a las necesidades del lugar. En una presa son notables tres partes que se consideran esenciales para cumplir con sus fines.

2.2 CORTINAS Con la cortina se represa el agua hasta una elevación suficiente que permita derivar el gasto por la bocatoma y se diseña para que la corriente convierta sobre ella, ya sea parcial o totalmente su longitud; por lo que siempre serán cortinas vertedoras.   2.3 CLASIFICACIÓNSe puede intentar una clasificación de estas cortinas considerando varios aspectos: Por su eje en planta:

Rectas Curvas

La línea del eje por lo general es recta, y normal a la corriente, pero en ocasiones debido a la topografía o geología, del cauce se adaptan ejes curvos y mixtos con el fin de disminuir las excavaciones y volúmenes del material en el cuerpo de la cortina o bien por cimentarla en los estratos geológicos más favorables del sitio. Por su tipo de materiales:

Flexibles Rígidas Mixtas

Las cortinas flexibles se forman con materiales naturales colocados en forma adecuada, para aprovechar eficazmente las características físicas particulares de cada elemento, permitiendo así que estas cortinas se adapten a las deformaciones naturales plásticas de esos elementos. El tipo de cortina flexible más empleado en presas derivadoras, es el llamado cortina " tipo indio " construido fundamentalmente de una pantalla impermeable y enrocamientos, ocasionalmente se construyen de madera, pero son un poco usuales y se emplean en obras de derivación provisional. Las cortinas rígidas se construyen con materiales pétreos unidos por algún compuesto cementante, mediante el cual, se produce una masa homogénea. Dicha presa se muestra en la figura II.1.

Fig. II.1 Sección típica de cortina vertedora.

Las cortinas rígidas más empleadas, son hechas a base de mampostería con mortero de cemento,( concreto ciclópeo ), concreto simple y ocasionalmente con mampostería con mortero de cal y canto. Cuando se inicia el diseño de una cortina ya se tiene en mente la clase de material a usar, y finalmente lo que ayudará a la elección definitiva, será el hecho de actuar con distintos diseños para preparar cada uno de acuerdo a la zona, sus necesidades, elevación y el uso de la misma, además de considerar la seguridad estructural y del funcionamiento hidráulico en todos los casos. En la elección del material constructivo, fundamentalmente se deben considerar los siguientes factores:

Materiales del lugarPerfil geológico del cauce

Altura de la cortina

Los materiales de la región combinados con la geología del cauce, son decisivos para elegir el tipo de cortina, porque influyen en la economía de la misma. La altura de las cortinas en ocasiones es una limitante para el empleo de presas " tipo indio " debido a que los taludes que se obtienen con las cargas hidráulicas grandes dan por resultado volúmenes de materiales considerables que hacen preferir a las cortinas rígidas y además se obtienen pasos de filtración largos y la posibilidad de filtraciones ya no tolerables. Para las cortinas rígidas no hay alturas límites recomendadas y su sección será la que resulte del cálculo de su estabilidad. En varias ocasiones, debido a la subpresión resultante, es necesario agregar un respaldo de material arcilloso o de mampostería para abatir la robustez de la cortina. En general, se pueden agrupar estas cortinas en dos clases: de sección homogénea y sección zonificada. Las primeras constan de una masa relativamente grande de suelo compactado, con otros elementos que se verán más adelante; en cambio las segundas están formadas por un núcleo impermeable y respaldos permeables o drenados libremente. La sección depende de los factores de la cimentación, materiales disponibles, función de la obra y clima.

2.4 GEOMETRÍA Y ELEMENTOS DE LA CORTINA

Con la figura II.2 se definen los componentes y ciertas características geométricas de las cortinas: corona, altura, bordo libre, nivel de aguas máximas ordinarias y extraordinarias, taludes exteriores, núcleo impermeable, respaldos, filtros y protecciones para oleaje y lluvia.

Corona : Parte superior de la estructura, generalmente revestida para prevenir el secado del corazón impermeable y proporcionar una vía para el tránsito de vehículos.

Altura : Diferencia entre las elevaciones de la corona y el punto más bajo de la cimentación.   Bordo libre: Distancia vertical entre el nivel de la corona y el de las aguas máximo extraordinarias (NAME); este último se alcanza cuando el vertedor trabaja a su capacidad límite de descarga. El bordo libre debe de proteger a una presa, con cierto margen de seguridad, de los efectos del oleaje generado por el viento o sismos y tomar en cuenta el asentamiento máximo dela corona.   NAMO : Nivel de aguas máximas ordinarias. Coincide con la elevación de la cresta del vertedor en el caso de una estructura que derrama libremente; si se tienen compuertas, es el nivel superior de estas.

Taludes exteriores: Están relacionados a la clasificación de suelos que se va a usar en la construcción, especialmente suelos impermeables. El talud elegido es estrictamente conservador, y dependen del tipo de cortina y de la naturaleza de los materiales.

   

Fig. II.2 Elementos y características geométricas de un bordo.

Núcleo impermeable: Pantalla impermeable de la cortina construida con suelo compactado este núcleo puede estar al centro y ser vertical o inclinado, o bien, localizado próximo al paramento de aguas arriba (fig. II.2). Dichas alternativas van a depender de los materiales del lugar.

Respaldos : Partes de la cortina construidas con materiales permeables ( enrocamiento, gravas o arenas ), o bien, suelos limosos o arcillosos colocados aguas abajo pero confinados por filtros.

Filtros : Elementos de la sección formados con arena limpia, bien graduada, destinados a colectar las filtraciones a través del núcleo y protegerlo de una posible erosión interna; puede requerirse un filtro vertical al centro, unido a otro en la base, aguas abajo: cuando el respaldo de aguas arriba debe de construirse con un material de permeabilidad relativamente baja, suelen intercalarse capas filtrantes horizontales.

Protecciones : Para evitar la erosión causada por oleaje por el talud de aguas arriba o por lluvias en el de aguas abajo, los paramentos respectivos se forman con materiales capaces de resistir dicha acción. Aguas arriba es conveniente usar una capa de enrocamiento, pero la carencia de las rocas en el lugar puede obligar el uso de losas de suelo-cemento, concreto o de recubrimientos asfálticos. Aguas abajo es frecuente cubrir con una capa de suelo y césped.

2.5 FACTORES CONDICIONANTES:

Función de la obra.Cimentación.Materiales.Clima y sismicidad.Equipo de construcción.

En cada caso particular, varios de ellos estarán interrelasionados y la evaluación conjunta será determinante de la solución que se adopte para la estructura.

Función de la obra: Los proyectos de presas son de dos tipos: los que almacenan agua y los que las retienen temporalmente. Dentro del primer grupo caven distinciones en función del valor que tiene el agua; no es lo mismo un aprovechamiento urbano en lugar donde se escasea el agua, que otro de tipo rural en una región de precipitación media. Por supuesto, en ambos se desecharía a un vaso permeable o una boquilla que se anticipan fugas importantes a través de la cimentación, pero puede resultar costeable el tratamiento de esta última en el caso de abastecimiento de agua potable y no serlo cuando la finalidad es el riego.

Cimentación : Se pueden usar varios métodos de control de las filtraciones, que dependen de los requisitos para evitar la pérdida de agua. El objetivo de las cimentaciones es permitir el paso libre de la corriente y disipar la presión sin que se altere la estructura. Como se muestra en la fig. II.3.

Fig. II.3 Soluciones según la función de la obra

La cimentación deberá estar libre de fallas, zona de corte, y otras zonas de debilidad estructural. El limo, la arcilla, la arena y la materia orgánica debe quitarse del área de cimentación antes de la construcción del terraplén.

2.6 DENTELLÓN: Se debe de construir un cierre hermético a lo largo del contacto de la membrana impermeable con la cimentación y los estribos, en el talón de aguas arriba de la presa, para evitar las filtraciones por debajo de la presa. La anchura del dentellón está generalmente gobernada por las condiciones impuestas por la construcción. La profundidad de penetración del dentellón en la roca fija, depende del carácter de la roca de cimentación. Si la roca es sana el dentellón debe prolongarse dentro de la roca de la cimentación no menos de 1 m. Si la roca no está sana puede ser necesario un dentellon más profundo o un tratamiento especial como inyecciones, o si existen fisuras abiertas, o si la roca está fracturada.   2.7 MATERIALES: Sea una boquilla que tiene un perfil mostrado en el lugar existente de la posibilidad de explotar dos tipos de materiales: Arena arcillosa compacta y limo de baja plasticidad. El primero es de explotación más cara, por su resistencia al ataque, lo que hace necesario contar con una excavadora mecánica. En el caso de la arena arcillosa, el ingeniero proyecta la sección homogénea con filtro al pie del talud aguas abajo; como este material bien compacto es poco compresible, estima que no debe tomar otra precaución adicional, en vista de la regularidad del sitio. La clasificación más común que se usa en la discusión de los procedimientos de construcción se basa en los materiales que forma la estructura. En esta clasificación también se menciona el tipo básico de proyecto como, por ejemplo, para presas de concreto de gravedad y las tipo arco. En este capítulo nos limitamos los tipos comunes de cortinas pequeñas que se construyen en las condiciones actuales, que son las de tierra, las de enrocamiento y las de gravedad de concreto.

2.7 CLIMA Y SISMICIDAD: La lluvia puede ser un obstáculo serio para compactar el suelo en forma controlada. Pero cuando la construcción se realiza en un ambiente cálido influye en los suelos limosos. Ambas situaciones deben conocerse en la etapa de diseño para establecer normas de trabajo o modificaciones de la sección del borde que se hagan posible la correcta ejecución de la estructura. Por ejemplo en una región lluviosa será preferible una sección modificada, con núcleo impermeable delgado y respaldos de roca o grava; de no ser posible esta situación deberá protegerse el terraplén de la zona expuesta de la superficie aplanada, con pendiente transversal para que el agua escurra hacia afuera sin encharcarse, o bien, cubrirlo con lonas impermeables cada vez que llueva. El clima de la región no sólo es importante en la construcción. Cuando éstas son de baja altura, de sección homogénea y el suelo no es susceptible al agrietamiento, se producen fallas por tubificación al llenarse el embalse después de una sequía. La sismicidad de la región puede aconsejar que se deseche la construcción, de una cortina por el procedimiento hidráulico, ya que el material se coloca saturado y en estado suelto. Salvo casos particulares, los suelos compactados en terraplenes de baja altura, aunque se encuentren saturados, exhiben un comportamiento satisfactorio bajo las acciones de los sismos intensos debido a que son expansivos. La presencia de limos no plásticos y arenas finas uniformes y en condisiones sueltas bajo una obra hidráulica, puede llevar a rechazar el sitio elegido por el peligro de licuación.

2.9 REQUISITOS MÍNIMOS PARA CONSTRUCCIÓN DE CORTINAS

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 4 m de ancho. Esta parte de la obra debe de recubrirse con un material semejante al de los caminos, para proteger el secado al núcleo arcilloso, el espesor de dicha cubierta suele ser de 30 cm. o mayor y conviene proporcionarle bombeo transversal para facilitar el escurrimiento del agua de lluvia hacia el exterior.

BORDO LIBRE ( HBL ) : En este concepto se incluye la amplitud del oleaje generado por viento ( Hv ), y altura de rodamiento de las olas sobre el talud ( Hr) asentamiento máximo de la corona ( D H ) y el margen de seguridad ( Hs ) , quedando :

HBL = Hv + Hr + D H + Hs

En ciertos casos el oleaje producido por efectos sísmicos ( Ht ) puede ser mayor que Hv; la probabilidad de que ambos efectos sean simultáneos es muy baja, y por ello, se utiliza la fórmula anterior y el más alto de los valores de Hv y Ht. El asentamiento máximo de la corona ( D H ) es función de la compresibilidad de la propia masa de la cimentación.

PROTECCIÓN DE TALUDES: Los procedimientos más usuales para proteger el talud de aguas arriba son: a) chapa de enrocamiento; b) pavimento de concreto, y c) revestimiento asfáltico o de suelo cemento. La chapa de revestimiento se construye con fragmentos de enrocamientos de dimensiones mínimas, que depende principalmente de la amplitud máxima, debe tener un espesor apropiado. A fin de reducir el arrastre de finos a través del enrocamiento, producido por el reflujo, la roca se coloca sobre una capa material bien graduado que generalmente, se obtiene al explotar la cantera; por su espesor debe ser, por lo menos, igual a la chapa que soporta. Para proteger el talud aguas abajo contra la erosión pluvial, se usa enrocamiento o césped; en esta última alternativa, debe planearse un buen sistema de drenaje superficial.

FILTROS : Sus funciones son: a) imponer condisiones de frontera al flujo a través de la cortina y/o cimentación y b) retener partículas de suelo que confina, previniendo la erosión interna. En primer lugar es necesario que el material filtrante tenga permeabilidad de 50 a 100 veces mayor que el suelo por proteger. Otra parte, se ha encontrado que para evitar la erosión interna,se utiliza la tubificación del suelo. Por facilidad de construcción y para definir los efectos de la contaminación, no es recomendable, construir filtros de espesor inferior a 1 m. Pero debe verificarse que esta dimensión es adecuada por capacidad hidráulica del filtro, y su caso, incrementarla de acuerdo con los siguientes lineamientos. Se supondrá que el escurrimiento por ambos tramos del dren llena la sección y es paralelo a las paredes del mismo. Entonces, por la ley de Darcy, el espesor mínimo ( d1 ) del filtro vertical con permeabilidad k resulta.  

d1 = q/k

donde: q es el gasto por unidad de longitud de la cortina, calculado a partir del de la red de la red de flujo y multiplicando por un factor de seguridad igual a 2.

ESTABILIDAD DE TALUDES: Será conveniente realizar un mínimo de trabajo para verificar la estabilidad, mediante la determinación de la cohesión si los materiales arcillosos, usando especímenes compactados con las especificaciones de

construcción, o bien, si son limos arenas o gravas, eligiendo el valor del ángulo de fricción interna, con cohesión nula en el caso de enrocamientos se recomienda de 40º< f < 50º

ASENTAMIENTOS: Los asentamientos que ocurren en un terraplén de baja altura, suponiendo que los materiales de la sección se han compactado y la cimentación no es comprensible, son del orden de centímetros y no corresponde a un sistema que amerite consideración. Este problema es tan delicado que es imprescindible el uso de filtros en la sección para proteger el material de la erosión interna. Si en la cimentación existen arcillas o limos compresibles, es necesario estimar los asentamientos totales debido a la carga del terraplén. Interesaran estos datos para conocer el valor de ( D H ) que aparece en la expresión del bordo libre propuesta anteriormente y el posible desarrollo de grietas por extensión. Como es muy probable que se cuente con medios y tiempo para obtener muestras inalteradas y ensayarlas en compresión confinada se recomienda la gráfica de la figura II.4 para elegir el índice de compresibilidad a partir del contenido del agua, o el limite líquido, en el supuesto de que el limo o la arcilla en cuestión se encuentren normalmente consolidados. Otros datos básicos como la humedad natural, espesor, profundidad y las características de los estratos abajo y arriba de la formación compresible, se han determinado durante la fase de exploración de la boquilla. Los incrementos de esfuerzos verticales producidos por la carga del terraplén, en diferentes secciones del mismo, se evalúan como Bussinesq lo establece.

Fig. II.4 Índice de compresión vs contenido de agua natural.

CONSTRUCCIÓN: El rápido progreso de los conocimientos sobre la mecánica de los suelos, se ha traducido en un gran adelanto en el conocimiento de los factores que influyen en la transformación de la tierra suelta y el material estructural. Los progresos futuros en el campo de las terracerias, dependen no solamente de la mecánica de suelos y de la ingeniería de la cimentación, sino también de los buenos métodos de construcción.

2.10 MATERIALES DISPONIBLES:

Los materiales para presas son de varios tipos, y son: 1 . - Suelos para los terraplenes. 2 . - Rocas para terraplenes y para enrocamiento. 3 . - Agregados para concreto. La eliminación o reducción de los gastos de acarreo de los materiales de construcción, especialmente de los que se utilizan en grandes cantidades, reducirán considerablemente el costo de la obra. El tipo más económico de presa será con frecuencia aquel para el que se encuentren materiales en suficiente cantidad y dentro de distancias razonables del lugar.   2.11 ENROCAMIENTO Y LOS TERRAPLENES DE ROCA:

El enrocamiento es una capa de fragmentos grandes de roca durable. Su objeto es preservar la forma del talud o de la estructura que cubre, evitando la erosión debida al oleaje o a las corrientes. Estos son construidos con fragmentos de roca en porciones de las presas de tierra o de enrocamiento.

2.12 AGREGADOS PARA EL CONCRETO:

La mayor parte de los factores que influyen en la bondad de los depósitos de agregados se relacionan a la historia geológica de la región. Estos factores incluyen el tamaño, forma y ubicación del depósito, espesor y carácter de despalme; tipos y condiciones de la roca; granulometría, grado de redondez y uniformidad de las partículas de los agregados, y el nivel freático. Deben explorarse los depósitos más prometedores y tomarse muestras por medio de sondeos, pozos de prueba o zanjas y determinarse la bondad de los agregados. Si el banco de tierra tiene humedad natural menor que la óptima determinada con la energía por unidad de volumen adecuada al equipo de compactación especificado o disponible, es necesario incrementarla mediante riego de inundación o de aspersión. El primero es aplicable, previo arado a la superficie si ésta es prácticamente horizontal; el segundo sistema puede realizarse en terrenos de ladera, despalmados y roturados.   2.13 PRIMER LLENADO:

Durante el llenado inicial y el primer año de operación, es necesario hacer visitas periódicas para observar posibles filtraciones a través del bordo y la cimentación, así como realizar mediciones de asentamiento y desplazamiento. Si las fugas de agua son importantes, deben encausarse y aforarlas con vertedores triangulares, llevando un registro de caudales, color del agua y arrastre de finos. Si la obra no muestra un funcionamiento imprevisto después del llenado inicial y durante el primer año de vida deben realizarse por lo menos dos visitas al año: una, al terminar el período de sequía o cuando el vaso está vacío y la otra a embalse lleno y, si es posible cuando se derrame el vertedor. En la visitas se efectuaran nivelaciones y medidas de colimación, inspeccionándose la corona y los taludes para localizar grietas, movimientos de la protección de aguas arriba y erosiones a pie de vertedor.

CAPITULO III CORTINAS DE TIERRA

3.1 ORIGEN Y EVOLUCIÓN:

Las cortinas de tierra para el almacenamiento de agua se han usado desde los principios de la civilización. Algunas de las estructuras construidas en la antigüedad eran de enorme tamaño. Hasta en los tiempos modernos todas las presas de tierra se proyectan con procedimientos empíricos y la literatura de ingeniería está repleta de los relatos de las fallas. El rápido avance de la mecánica de suelos, había dado por resultado el desarrollo de procedimientos de proyectos muy mejorados para las cortinas de tierra Estos procedimientos constan de investigaciones previas de las cementaciones y del estudio de los materiales de construcción; aplicación de los conocimientos y técnicas de la ingeniería al proyecto; y métodos de construcción cuidadosamente proyectados y controlados. Como resultado las cortinas de tierra se construían en 1958, hasta alturas que sobrepasaban los 150 m. arriba de sus cimentaciones. El proyecto de una presa de tierra debe de apegarse a la realidad, por que se construyeron en los últimos 30 años sin haberse registrado ninguna falla. Debe acusar las condiciones reales del emplazamiento en que se construye y los materiales de construcción que se disponen, y no debe de ser igual el proyecto, cundo se sabe que cada condición de lugar es diferente aunque haya tenido éxito en otro lugar. Esto se limita a los procedimientos de un proyecto para pequeñas presas de tierra que son del tipo compactado. Este tipo de construcción es el que se usa para presas pequeñas, con exclusión de los terraplenes que son construidos por el procedimiento hidráulico y minihidráulico. Para efectos del diseño de las cortinas le llamaremos presas pequeñas aquellas que no excedan los 15 m. de altura de cauce y su volumen no es de gran magnitud. Una presa no se considera pequeña si su volumen excede de 1 millón de yardas cúbicas

3.2 SELECCIÓN DEL TIPO DE CORTINA DE TIERRA: a) Generalidades: En este tipo se construye la principal parte del terraplén en capas sucesivas, compactadas mecánicamente. El material se utiliza en el terraplén, generalmente con camiones o escrepas. Se extiende con motoconformadora y se humedece. b) Presas del tipo diafragma: Se construye un diafragma delgado de material impermeable para que constituya la barrera hidráulica. El diafragma puede ser de tierra, concreto de cemento Portland, de concreto bituminoso, de otro material. Si el núcleo es de tierra, se considera que es un "diafragma" si su espesor en el sentido horizontal a cualquier altura es menor de 3.0 m. o menor que la distancia a la corona de la presa en ese punto. La construcción de un diafragma interno de tierra, con los filtros necesarios, requiere un mayor grado de precisión y control más riguroso del que es posible obtener en las presas pequeñas. Las pantallas de tierra en el paramento de aguas arriba de una presa, que por otra parte sea permeable, no se recomiendan debido al gasto y a la dificultad para construir filtros adecuados. Se recomienda para las presas pequeñas un diafragma de material manufacturado colocado en el paramento de aguas arriba, que de otra manera fuera permeable.

c) Cortinas de material homogéneo : Están compuestas de un solo material. El material debe ser suficientemente impermeable para formar una barrera efectiva para el agua, y para estabilidad de los taludes deben de ser relativamente tendidos. Para evitar la licuación el talud de aguas arriba debe ser relativamente tendido, se prevén rápidos desembalses del vaso después de un largo almacenamiento. El talud de aguas abajo debe ser suficientemente estable para resistir la licuación cundo se sature el nivel elevado. En una sección completamente homogénea es inevitable que las filtraciones emerjan en el talud de aguas abajo, cualquiera que sea este y la impermeabilidad del suelo, si el nivel del vaso se mantiene elevado por un tiempo suficientemente largo, el talud de aguas abajo eventualmente lo afectarán las filtraciones a la altura aproximada de un tercio del vaso como se muestra en la figura III.1.    

Fig. III.1 Presa completamente homogénea.Pueden construirse talones de roca de tamaño apreciable para drenaje como se ilustra en la figura III.2, o si se dispone de materiales graduados, se puede usar filtro de drenaje mostrado en la figura III.2.

Fig. III.2 Presa homogénea modificadad ) Cortinas de tierra de sección compuesta: El tipo más común consta de un núcleo central impermeable confinado por zonas de materiales considerablemente más permeables. Las zonas permeables confinan, soportan y protegen el núcleo impermeable; la zona permeable de aguas arriba proporciona estabilidad contra los rápidos desembalses, y la zona permeable aguas abajo actúa como dren para controlar el límite superior de filtración. Para controlar con mayor eficacia las filtraciones transversales y las producidas por los desembalses, la sección debe tener, en lo posible, una permeabilidad creciente del centro hacia los taludes. La zona permeable en general puede ser de arena, grava, cantos o roca. La anchura máxima de la zona impermeable se controlará con respecto a la estabilidad y a las filtraciones y también con respecto a los materiales disponibles. Una cortina de núcleo impermeable compuesta de material resistente y de faldones exteriores permeables, puede tener taludes exteriores relativamente inclinados, limitados solamente por la resistencia de la cimentación, la estabilidad del terraplén y las consideraciones sobre su conservación.

3.3 DATOS PARA EL PROYECTO:

Los datos necesarios para una presa de tierra describen los estudios de las cimentaciones y las fuentes de materiales de construcción. El detalle necesario y la precisión de los datos estarán gobernados por la naturaleza del proyecto y su propósito inmediato. Estos estarán también relacionados con la complejidad de la situación.

3.4 BASES PARA EL PROYECTO:

El principio básico es construir una estructura satisfactoria y funcional a bajo costo. Se debe dar una notable consideración para el mantenimiento, para que el costo inicial de construcción no resulte excesivo. Las presas de tierra deben de ser seguras y estables durante todas las fases de la construcción y de la operación del vaso. Para lograrlo se deben de cumplir los siguientes requisitos: 1 . - El terraplén debe estar asegurado contra el rebajamiento durante las avenidas de proyecto, disponiendo suficiente capacidad en el vertedor de demasías y en las obras de toma. 2 . - Los taludes de los terraplenes deben de ser estables durante su construcción y en todas las condiciones que se presenten durante la operación del vaso, incluyendo su rápido desembalse en caso de las presas de almacenamiento. 3 . - El terraplén deberá proyectarse de manera que no produzca esfuerzos excesivos en la cimentación. 4 . - Se deben controlar filtraciones a través del terraplén, de la cimentación y de los estribos, para que no se produzca la erosión interna y por lo mismo no haya derrumbes en el área donde las filtraciones emergen. 5 . - El terraplén debe estar diseñado el efecto de reembalsamiento por oleaje. 6 . - El talud de aguas arriba debe de estar protegido contra la erosión producida por el oleaje, y la corona y el talud aguas abajo debe de estar protegido por la erosión del viento y la lluvia. Las cortinas de tierra proyectadas para satisfacer las anteriores condiciones serán permanentemente seguras, siempre que se empleen los métodos de construcción y de control correctos.

3.4 ESTABILIDAD DE TALUDES:

Se han propuesto varios métodos para calcular la estabilidad de las presas de tierra. Estos métodos se basan en la resistencia de corte del suelo y en algunas suposiciones con respecto al carácter de una falla del terraplén. El método sueco o del " circulo de deslizamiento ", el cual supone que la superficie de ruptura es cilíndrica, es un método relativamente sencillo de analizar la estabilidad de un terraplén. Aunque se han elaborado otras soluciones estrictamente matemáticas, el método de circulo de deslizamiento para analizar la estabilidad es el más aceptado. En este método, el factor de seguridad contra el deslizamiento se define como la relación del promedio de la resistencia al esfuerzo cortante, al promedio del esfuerzo cortante determinado por medio de la estática de una superficie potencial de deslizamiento. La fuerza ejercida por cualquier segmento dentro del circulo de deslizamiento es igual al peso del segmento y actúa verticalmente hacia abajo desde su centro de gravedad. Los componentes de este peso actúan en una porción del circulo y son, la fuerza normal del arco, determinada completando el triángulo de las fuerzas con líneas en las direcciones radiales y tangenciales. Las presiones intersticiales actuando sobre el arco dan por resultado una fuerza de subpresión que reduce la componente normal del peso del segmento. El factor de seguridad contra deslizamiento de un círculo supuesto se puede calcular con la ecuación:

S = Resistencia al corte por unidad de área. U = Suma de fuerzas de subpresión de la presión intersticial del agua a lo largo del arco. f = Ángulo de fricción C = Según la humedad del suelo.  

Fig. III.3 Resistencia al corte de los suelos compactados.Se usan varios centros de radio, repitiendo los cálculos hasta que se encuentra el arco que tenga un factor de seguridad mínimo.

Para determinar el factor de seguridad es necesario determinar la cohesión y el ángulo de fricción interna del suelo, y la magnitud de las presiones intersticiales para la construcción en régimen estable, y las condiciones después del desembalse. Se debe de determinar las propiedades de resistencia de la cimentación donde el material que cubre la roca es limo o arcilla, por que la experiencia ha demostrado que el circulo crítico se prolongará dentro de la cimentación. Por lo tanto, es aparente que el método de análisis se adapta mejor al proyecto de estructuras mayores, en las que el costo de operación y de las pruebas de laboratorio de los materiales de la cimentación y del terraplén para determinar su resistencia media está justificado por las economías que se pueden obtener con el uso de taludes determinados con mayor precisión.

3.5 PROYECTOS DE TERRAPLEN:

a) Utilización de materiales de la excavación para las estructuras: En la discusión de los sistemas, se indica que para que el costo sea mínimo, la cortina debe de proyectarse para utilizar al máximo los materiales más económicos que se disponga, incluyendo el material que debe de excavarse para su cimentación y para las estructuras auxiliares. Cuando el volumen de estos conceptos constituye una porción apreciable del volumen total, puede influir considerablemente en el proyecto de la cortina. Al escoger la mejor opción se debe de considerar el conjunto de bancos y las excavaciones de las estructuras. La porción de la excavación para el dentellón que queda arriba del nivel freático puede producir cantidades limitadas de material para el núcleo impermeable de la cortina. La distribución de los materiales en la sección del terraplén debe de estar basada en el aprovechamiento más económico de los materiales que deban proyectarse. Una aplicación importante de los materiales obtenidos de las excavaciones de las estructuras en su utilización en proporción de terraplén donde la permeabilidad no tiene una importancia crítica y en donde, el peso y el volumen son los requisitos principales. Se puede utilizar las diferentes zonas de terraplén y la contracción y abundamiento que sufran los materiales. Se ha encontrado de útil el diagrama de distribución de los materiales. b ) Taludes de los terraplenes: Pueden variar mucho según el carácter de los materiales disponibles para su construcción, las condiciones de la cimentación y la altura de la estructura. Los taludes de los terraplenes son los necesarios para dar la estabilidad sobre una cimentación resistente a los esfuerzos que en ella actúan. Los taludes para las cortinas de tierra dependen del tipo de presa y la naturaleza de los materiales de construcción. De especial importancia es la naturaleza del suelo que se va a usar en la construcción de las presas homogéneas modificadas o en el núcleo de una presa de sección compuesta. En este caso, la relación del tamaño del núcleo al tamaño de la cubierta es también importante. Los taludes ordinarios de aguas abajo de las cortinas de tierra pequeñas son de 2:1 cuando la presa lleva una zona impermeable en este lado, y de 2 1/2:1 cuando el terraplén es impermeable. Estos taludes son estables para los productos son comúnmente usados, cuando se proyecta drenaje, de manera que el talud aguas abajo nunca se satura de las filtraciones. c) Tipos de diafragma : Se recomienda para las pequeñas solamente cuando las existencias de suelos impermeables son tan limitadas que no se pueden construir del tipo de terraplén de sección compuesta. En este caso se recomienda que se coloque un diafragma en las presas de material fabricado en el paramento mojado de los terraplenes, que de otro modo serian permeables, en lugar del colchón de tierra. Si el material permeable es roca, la presa se clasifica como cortina de terraplén de roca. El material permeable para la construcción de una presa de tierra de diafragma debe ser tal que puedan compactarse para formar un terraplén estable que está sujeto a pequeños asentamientos. Después de construidos las arenas mal graduadas no se pueden compactar bien; las mezclas bien graduadas de arena y grava forman buenos terraplenes. d ) Terraplenes tipo homogéneo : Se recomienda sólo cuando los materiales de fácil drenaje hace que la construcción de una cortina de sección compuesta sea antieconómica, y con la salvedad de que para las presas homogéneas de almacenamiento debe de modificarse deben instalarse dispositivos para que drene interiormente. Para efectuar su función de abatir la línea freática de estabilizar la porción de aguas abajo de la presa, el filtro debe prolongarse desde el talud de aguas abajo de la presa hasta muy adentro del cuerpo del terraplén. Es conveniente que el filtro de drenaje tenga longitud mínima. Para las presas pequeñas se recomienda que el filtro de drenaje comience en el talón de aguas abajo del terraplén y se extienda aguas arriba hasta una distancia igual a la altura de la cortina más 1.5 m de la línea central de la presa. Con esto se tendrá un dren de extensión suficiente y que al mismo tiempo no reduzca la longitud de recorrido de las filtraciones más allá de los límites convenientes. e) Terraplenes de sección compuesta: Este tipo de cortina puede construirse siempre que se pueda conseguir los suelos de varias clases con facilidad, por que sus ventajas inherentes producirán economías en el costo de su construcción. Este tipo de proyecto es de construcción económica, por que permite el uso de taludes más inclinados con la consecuente reducción del volumen total del material de terraplén por que también permite el uso de una gran variedad de materiales. Los taludes que se requieren la estabilidad de un terraplén compuesto con función de los tamaños relativos del núcleo impermeable y de los faldones permeables. Los taludes que se requieren para la estabilidad de un terraplén compuesto son función de los tamaños relativos al núcleo impermeable. La fig. III.4 muestra los faldones permeables, el núcleo mínimo para una cortina construida sobre una cimentación impermeable, o sobre una cimentación permeable atravesada completamente por dentellón de tierra; el núcleo no está

completamente atravesada por un dentellón de tierra y el tamaño " máximo " de núcleo para presas compuestas.  

Fig. III.4 Variación de tamaños de núcleos impermeables a los terraplenes compuestos.

El núcleo mínimo de una presa sobre cimentación permeable, como se muestra anteriormente, se basa en la consideración de las presiones de filtración en la cimentación. Las elevaciones, dimensiones y taludes se han expuesto con base a datos hidráulicos, topográficos y geológicos. Se efectuará el análisis de estabilidad, para encontrar los esfuerzos y condiciones a los que trabajará la cortina y de acuerdo a los resultados que se obtengan, para determinar si se acepta la sección.

3.6 CONSIDERACIONES GENERALES:

a) Fuerzas que actúan sobre la cortina a.1) El peso propio de la cortina. a.2 ) La relación del terreno a.3 ) La posición del agua Interna ( subpresión ) Externa ( presión hidrostática ) a.4 ) Presión de azolves a.5 ) Presión del hielo a.6 ) Sismos En el agua En la estructura a.7 ) Presión del viento a.6 ) Presión de las olas   No todas las fuerzas intervienen en los cálculos, unas se desprecian por tener efecto mínimo y otras por que en nuestro medio no los hay, como la presión del hielo.

3.7 MÉTODO DE CÁLCULO:

El problema consiste en ordenar los cálculos de tal manera que se puede seguir una secuencia lógica de los mismos, para poder analizar en cualquier plano horizontal y obtener los esfuerzos de los puntos en donde se considere necesario. Este problema se ha resuelto formando una tabla de cálculo que satisface los requisitos deseados. El método es el siguiente: a ) Elegir la sección por analizar. b ) Determinar las condiciones del análisis . c ) Considerar las fuerzas que intervienen en el cálculo. d ) Determinar datos del proyecto, constantes e hipótesis e ) Efectuar los cálculos por medio de la tabla.

3.9 CONDICIONES GENERALES DEL DISEÑO:

Para que el diseño de una cortina sea optimo en términos generales debe cumplir con las condiciones siguientes: 1 . - Que la obra sea funcional, económica y de poco mantenimiento. 2 . - Que tenga la seguridad requerida. Debido a la complejidad y al número de factores que intervienen en una cortina, se hace por etapas el proyecto para definir el proyecto de etapa por etapa, que son las siguientes. 1 . - Explotación de la cimentación y de los bancos de material. 2 . - Estudio de los factores del diseño. 3 . - Selección de las alternativas viables. 4 . - Análisis de seguridad de todas las alternativas 5 . - Selección de programas de construcción adecuados. 6 . - Preparación de costos de las alternativas. 7 . - Selección final del diseño.

3.10 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO:

El diseño de una cortina de tierra y enrocamiento está basado en estudios analíticos, además de la experiencia del proyectista. Además las características en particular de cada sitio, por que para cada sitio puede existir una gran variedad de soluciones económicas como funcionales, los factores que afectan al diseño son: 1 . - Función de la obra. 2 . - Tipo, calidad y localización de los materiales. 3 . - Características de la boquilla, cimentación y del vaso. 4 . - Desviaciones del río. 5 . - Acción probable del oleaje. 6 . - Características climatológicas de la región. 7 . - Características geológicas de la región. 8 . - Importancia general de la obra.   1 . - FUNCIÓN DE LA OBRA: Dependiendo del uso, estilo y clasificación de la presa se deben de considerar los factores de diseño de acuerdo al sitio dado. Las filtraciones deben proyectarse de tal manera que sean lo menos posible debido a la escasez y el costo del agua; por tal motivo es recomendable diseñar una sección con corazón impermeable y trincheras con materiales impermeables. Todas las pérdidas del agua por flujo a través de la cimentación y de los empotramientos son excesivos dependiendo de la finalidad de la obra. En unos depósitos de agua el nivel de ésta siempre se mantiene constante y por lo tanto jamás está sujeta a las condiciones del " vaciado rápido ". La función de la obra es un factor determinante de las dimensiones de la cortina de las obras de excedencia afectando las condiciones de diseño, tratamiento de la cimentación y de empotramientos.

2 . - TIPO, CALIDAD Y LOCALIZACIÓN DE LOS MATERIALES: Para hacer la selección y distribución de los materiales que se han de utilizar en cortinas deben de tomarse en cuenta; distancias de acarreo, operaciones de extracción y proceso de los materiales con la finalidad de un costo bajo. En general el diseño más económico de una cortina se debe a que se utiliza para su construcción materiales de la región más cercanos.   3 . - CARACTERÍSTICAS DE LA BOQUILLA, DE CIMENTACIÓN Y DEL VASO: La boquilla puede ejercer una gran influencia en el diseño de la cortina, en algunos casos el tratamiento de la cimentación puede ser difícil e importante. Cuando la cimentación es de baja resistencia, el esfuerzo cortante en la base del terraplén es amplio, lo mismo cuando se presentan suelos falsos en la cimentación que podrían causar asentamientos diferenciales.  

4 . - DESVIACIÓN DEL VASO: La necesidad de manejo del río durante su construcción es de gran importancia, cundo la boquilla es angosta y taludes muy inclinados, el río puede ser desviado por túneles para que sobre toda la longitud de la cortina se pueda trabajar. En boquillas amplias las proporciones de terraplén cerca de los empotramientos pueden ser construidas antes de la desviación del cauce, dejando una sección angosta de cierre el cual requiere un diseño especial, pues como la sección de cierre es estrecha y los materiales deben de ser colocados con cierta rapidez, esto es que en el terraplén se puedan desarrollar grietas por asentamientos diferenciales, por lo tanto será necesario que los materiales de las zonas impermeables sean más plásticos y la colocación de un sistema de drenaje en la sección de cierre con el objeto de controlar las filtraciones que se puedan producir a través de las grietas.

Cuando se controlan los ríos por medio de ataguías que requieren volúmenes considerables, por economía es usual que sean incorporados posteriormente como parte de la cortina. La forma y localización de aguas arriba en las ataguías, frecuentemente son influidas por la posición de la trinchera de la cimentación si es usada. El estanque formado por las ataguías o al desviar el cauce de la corriente pueden alcanzar a cubrir unas áreas de préstamo, por lo cual el diseñador se ve en la necesidad de elegir: a ) Usar otras áreas de préstamo b ) Extraer y amontonar los materiales c ) Cambiar la desviación del cauce d ) Colocar diques alrededor de las áreas de préstamo.

5 . - ACCIÓN PROBABLE DEL OLEAJE: Las presas de tierra deben de ser protegidas por la acción de las olas en el paramento mojado, la altura del bordo libre, y la protección que depende la longitud del embalse y la velocidad de los vientos. El oleaje que puede alcanzar una altura de 2.5 m, y su acción actúa rápidamente en el paramento mojado, produce fuerzas de impacto que algunas veces llega a tener valores elevados. Para reducir la acción del oleaje se construyen rompeolas de concreto reforzado o concreto asfáltico o en su caso enrocamiento según en la zona en que se encuentre para una mayor economía.   6 . - CARACTERÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS DE LA REGIÓN: El clima y el tiempo que generalmente están ligados entre sí y ala vez con los materiales existentes para la construcción puede afectar de una manera considerable al diseño. Por ejemplo los terraplenes cuya sección es permeable y roca pueden colocarse en cualquier tiempo aún en épocas de lluvias, sin embargo en regiones con clima lluvioso y el tiempo para construir se reduce, con la sección homogénea seria muy difícil controlar durante la construcción, el contenido de agua de compactación, la cual hará aumentar la presión de poro en el terraplén. Hay un caso de corazón impermeable inclinado y una de enrocamiento con pantalla impermeable de concreto. El corazón impermeable puede colocarse durante o después de la construcción de la zona permeable aguas abajo, lo mismo ocurriría en la zona aguas arriba con respecto al corazón. En regiones áridas y semiáridas es mucho más fácil que cualquier otro clima controlar la construcción

7 . - CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS Y SISMOLÓGICAS DE LA REGIÓN: Con datos geológicos de la región el diseñador puede determinar la localización de los túneles de desviación, vertedor, cimacio, etc. teniendo en cuenta la naturaleza de las formaciones que se encuentran en cada una de estas obras, con el objeto de tomar las medidas necesarias. Por ejemplo en el embalse deben de analizarse las resistencias a la erosión a las formaciones superficiales, pues esta determina el volumen de azolves que llegará a la presa, influyendo en su vida útil. Por lo que respecta a la sismicidad de cada región el criterio de diseño es más conservador, debido a que es muy difícil de analizar el comportamiento real de una cortina de tierra sometida a una excitación dinámica. Por lo cual en el diseño se toman medidas de seguridad que consiste en darles dimensiones mayores.   8 . - IMPORTANCIA GENERAL DE LA OBRA: En el diseño, debe tomarse en cuenta en todos los factores ya descritos y sus factores de seguridad, están restringidos por otras tales como la capacidad del vaso y su localización con respecto a centros de población o zonas de gran valor económico y por la importancia general de la obra.

3.11 CRITERIOS DE DISEÑO: Hay dos condiciones que debe de satisfacer un filtro, y son: a ) . - Debe ser de material mucho más permeable que el suelo por proteger. b ) . - Debe de ser suficientemente fino con el objeto de impedir el paso através de sus poros de las partículas del suelo protegido.   Se han hecho pruebas con suelos de varios tipos protegidos por filtros de varias graduaciones sujetos a los diferentes gradientes hidráulicos que se encuentran en una presa. De estas pruebas se evaluarán y sacarán muestras cuantitativas para el diseño de filtros, de las cuales las más importantes son las siguientes: 1 . - El D15 del filtro ( siendo D15 : tamaño tal , que el 15% en peso igual o menor ) debe de ser mayor de 5 veces el D15 del suelo protegido. En otras palabras : D15 ( filtro ) >> 5D15 ( suelo protegido ). 2 . - El D15 del filtro debe de ser menor que 5 veces el D85 del suelo protegido, o sea: D15 (filtro) << 5 D85 ( suelo protegido ). 3 . - Cuando el suelo protegido contiene un gran porcentaje de grava, el filtro debe de ser diseñado con base a la curva granulométrica de la porción del material que pasa la malla de una pulgada. 4 . - Los filtros no deben de tener más del 5 % de finos que pasan por la malla No. 200 y los finos que deben ser poco cohesivos.

De las normas anteriores se puede decir que las dos condiciones deben de cumplir un filtro atendiendo sus relaciones granulométricas con las del suelo por proteger se reducen a: D15 (filtro)/ D85 (suelo) < 5 < D15 (filtro) / D15 (suelo) Estas normas son conservadoras y adecuadas para cualquier tipo de suelo. En las reglas anteriores D15 es el tamaño a partir del cual el 15% del total de las partículas de suelo son menores; el porcentaje es por el peso y se determina por medio de un análisis mecánico. El tamaño D85 es aquel que el 85% de las partículas que son menores. Si para el filtro se requiere más de una capa, se sigue el mismo criterio; el filtro más fino se considera como material de base para la selección de granulometría del material más grueso.

PRESAS DE CONCRETO TIPO GRAVEDAD

4.1 INTRODUCCIÓN:

Las presas de concreto son estructuras de dimensiones tales, que por su propio peso resisten las fuerzas que actúan en ellas. Si se construyen en cimentaciones buenas, las presas sólidas de concreto son estructuras permanentes que requieren poca conservación.

Las presas del tipo de mampostería fueron superadas por mucho por las del tipo de concreto ciclópeo, que fue el procesador de la presa moderna de concreto del tipo gravedad. Innumerables innovaciones en el proyecto y la construcción, como la refrigeración de la masa para difundir el calor de hidratación, el uso de ceniza voladora, la construcción de bloques separados, y muchas otras, han hecho posible la construcción de estructuras monumentales como la de Aguamilpa y Chicoasen.

4.2 EXTENSIÓN DE LA DISCUSIÓN:

Se discuten principalmente las fuerzas de estabilidad y las que no lo son. Para su estabilidad se presentan consideraciones adicionales en conexión con las estructuras de concreto sobre cimentaciones permeables y, finalmente , las normas ordinarias con respecto los diferentes detalles de proyecto o de distribución que se describen brevemente.

En las presas pequeñas, la ventaja económica que se puede obtener enfriando el concreto e inyectando las juntas de contracción que se puedan producir, con objeto de poder analizar la estructura completa como una sola masa.

4.3 GENERALIDADES:

En el proyecto es necesario determinar las fuerzas que se pueden suponer que afectan a la estabilidad de la estructura. Las fuerzas que deben considerarse para presas de gravedad, son debidas a:

* Presión del agua. * Presión de azolve. * Presión del hielo. * Fuerzas producidas por los terrenos. * Peso de la estructura. * Relación de la resultante de la cimentación.

Al proyectar la corona de la sección vertedora, se debe de considerar la posibilidad de presiones inferiores a la atmosférica que desarrollan entre las láminas de agua y el concreto.

4.4 LA PRESION HIDRAÚLICA:

EXTERNA : La presión externa que actúa sobre una presa que no es vertedora se ilustra en la figura IV.1

Fig. IV.1 Presiones sobre las cortinas.

Sobre las presas vertedoras sin dispositivo de control, la presión horizontal sobre el paramento de aguas arriba es representado por un trapezoide ( abcd ) en la figura IV.1 en la que las presiones unitarias en la parte superior y en la parte inferior son iguales, respectivamente. La línea de acción de fuerza pasa por el centro de gravedad del trapezoide.    

La presión interna o subpresión: Se presenta como presión interna en los poros , grietas y hendiduras tanto de la presa como de su cimiento. Es evidente que estos espacios de la presa o de la cimentación estarán llenos de agua , la cual ejerce presiones en todas direcciones. Esta presión puede tener un efecto importante en la estabilidad de la presa y debe de incluirse en el análisis.

4.5 PRESAS SOBRE CIMENTACIÓN DE ROCA:

La intensidad de la subpresión debajo de una presa de concreto sobre una cimentación de roca es difícil de determinar. Generalmente , se supone que las presiones intersticiales en la roca o en el concreto son efectivas sobre toda la base de la sección. Es evidente que bajo el efecto de una carga sostenida, la intensidad en la subpresión en el paramento de aguas arriba es igual a la presión total del vaso y varia en forma aproximada a la línea recta desde este punto a la presión del agua de descarga, o cero, en el paramento de aguas abajo, si no hay agua de descarga.

Las subpresiones pueden reducir construyendo drenes a través del concreto de la presa y perforando agujeros de drenaje en la roca de la cimentación.

Estos drenes se colocan generalmente en el paramento de aguas arriba de la cortina , aunque debe de asegurarse que no se producirán tubificaciones directas del vaso. En todas las presas se construyen drenes de este tipo cuando son de altura considerable , y medidas reales de la subpresión tomada debajo de la presa. Si la roca fuera absolutamente homogénea se podría ver la eficacia de los drenes.

Sin embargo , por la presencia de hendiduras y fisuras y la incertidumbre de interceptarlas con los drenes , el procedimiento más seguro es suponer que la carga varia en línea recta hasta las presiones del agua de descarga como una medida de la subpresión.

Otros métodos que se usan para reducir la subpresión en el contacto de la presa con la cimentación incluyen la construcción de dentellones debajo del paramento aguas arriba , la construcción de canales de drenaje entre la presa y la cimentación y la inyección a presión de la cimentación.

4.6 PRESAS SOBRE CIMENTACIONES PERMEABLES :

Cuando en una corriente lleva limos y se construye una presa de concreto sobre la cimentación permeable están relacionadas a las filtraciones por material permeable.

El agua al filtrarse por los materiales la retardan las resistencias debidas a los razonamientos , como le sucede a la misma agua cuando pasa por un tubo. La intensidad de la subpresión se puede controlar con zampeados debidamente colocados , dentellones y otros dispositivos.

4.7 PRESIÓN DEL AZOLVE :

Cuando en una corriente que lleva limos se construye una presa , eventualmente entrará el vaso y se depositarán en el agua tranquila , aguas arriba de la presa. En algunas veces se construyen en la presa canales de descarga para evitar que se acumule limo en el vaso. Se deberá de dar mayor importancia a los azolves cuando el objeto principal es la detención del limo.

En este caso no se considerara una cantidad arbitraria. Se pueden hacer cálculos más precisos sobre la carga del limo combinando la presión hidrostática con la componente horizontal del limo , que esta determinada por la fórmula de Rankine.

4.8 PRESIÓN DEL HIELO :

Se origina por la dilatación térmica de la lámina de hielo y por el arrastre del viento. Es difícil determinar los valores que se deben asignar a la carga del hielo en el proyecto de una presa de concreto.

Los datos relativos de las características físicas del hielo como una resistencia al aplastamiento , su módulo de elasticidad , los efectos del flujo plástico son inadecuados y aproximados.

Además el esfuerzo ejercido por el hielo al dilatarse depende del espesor de la lámina , y de la rapidez de la elevación de la temperatura del hielo de las fluctuaciones del nivel del agua , del carácter de la playa del vaso , del talud del paramento de aguas arriba de la presa , del arrastre del viento y de otros factores.

La rapidez de la elevación de la temperatura en el hielo es una función de la rapidez de la elevación de temperatura del aire y de la cantidad de nieve que cubra el hielo.

4.9 TERREMOTOS :

Los terremotos comunican aceleraciones de las presas que pueden aumentar las presiones del agua y de limo sobre ellas, y los esfuerzos dentro de las mismas presas.

Debe dejarse algún margen para las cargas producidas por los terremotos en el proyecto de las presas de concreto del tipo de gravedad que se van a construir en zonas sísmicas. Además del aumento de las cargas del agua y de los azolves , el efecto de los terremotos de la carga muerta sobre la estructura que se debe de tomar en cuenta.

Se deben de tomar cargas tanto verticales como horizontales producidas por los temblores, en relación de que la estructura que de menos estable. Para la condición del vaso lleno esta será un choque sobre la cimentación en la dirección de aguas arriba y el choque de la cimentación hacia abajo.

El primero aumenta la carga hidráulica y produce un momento de volteo debido a la inercia del concreto. El segundo, en efecto , produce una disminución del peso del concreto y del agua arriba del paramento inclinado , reduciendo de esta manera la estabilidad de la estructura.

Con el objeto de determinar las fuerzas totales debidas a un terremoto , es necesario determinar su intensidad o aceleración , que generalmente se expresa con la relación a la aceleración debida a la gravedad. Las aceleraciones que razonablemente se pueden suponer en un emplazamiento de una presa se determinan en consideración la geología del emplazamiento, vecindad a fallas mayores , antecedentes de los terremotos en la región , y los registros sísmicos que se puedan disponer. En las zonas no tan sísmicas se puede, generalmente se usa una aceleración horizontal de 0.10 la de la gravedad y una vertical de 0.05.

Por medio del procedimiento analítico se ha demostrado que, debido a la resistencia interna del corte del limo, la aceleración de un temblor hasta de 0.30 de gravedad tiene una eficiencia en el limo igual a la mitad que en el agua. La resonancia en las presas bajas no es probable que ocurra durante las sacudidas de los terremotos por varias razones.

El periodo fundamental de vibración de una presa de concreto de una altura de 15 m, de sección triangular está entre 0.03 y 0.04 seg. Los periodos de vibración de las sacudidas fuertes de la tierra determinada, quedan entre 0.2 y 1 seg. por lo tanto , no se producirá ninguna resonancia importante entre la presa y la sacudida del suelo.

Además , los terremotos se tratan de analítica y experimentalmente como movimientos armónicos , pero los movimientos del terreno registrados en la zona destructiva de un temblor no parecen ser armónicos

4.10 TERREMOTOS OSCILATORIOS :

El efecto de la inercia en el concreto debe de aplicarse en el centro de gravedad de la masa , sin tomar en cuenta la forma de la sección transversal. En las presas con paramentos verticales o inclinados , el aumento a la presión del agua a cualquier elevación debida a un temblor oscilatorio. Se muestra en la siguiente ecuación :

donde:

C = Coeficiente adimensional que da la distribución de las presiones

C = Cm/2 (y/h(2 – y/h ) + (y/h(2 – y/h))1/2 )

l = La intensidad del terreno.

l = aceleración del terreno / aceleración de la gravedad

w = Peso unitario del agua.

h = Profundidad total del vaso en la sección que se estudia.

y = Distancia vertical de la superficie del vaso a la elevación de cortina

Cm = Valor máximo de C para la constante dada. Fig. IV.3.

En las presas que tienen taludes compuestos , verticales e inclinados, el procedimiento que se usa está gobernado por la relación de la altura de la proporción vertical de la altura total de la presa , como sigue :

1 . - Si la altura de la porción vertical del paramento de aguas arriba de la presa es igual o mayor a la mitad de la altura total de presa , considérese como si fuera toda vertical.

2. - Si la altura de la porción vertical del paramento de aguas arriba es menor que la mitad de la altura total de la presa, úsense las presiones correspondientes a una línea inclinada que al punto de intersección del paramento de aguas arriba de la presa y la superficie del vaso del punto de intersección del paramento de aguas arriba de la presa y la cimentación.

4.11 TERREMOTOS TREPIDATORIOS :

En los paramentos inclinados de las presas , el peso del agua arriba del talud debe modificarse con el factor de aceleración correspondiente al igual que el peso del concreto.

4.12 PESO DE LA ESTRUCTURA :

Incluye el peso del concreto más el de los accesorios como compuertas y puentes. Sin embargo, en la mayor parte de las presas bajas solamente la carga muerta debida al peso del concreto es la que se usa en el análisis. El peso unitario del concreto se toma ordinariamente como 150 Kg/cm2 . El peso actúa verticalmente en el centro de gravedad de la sección transversal.

4.13 RELACIÓN DEL CIMIENTO :

En condiciones de estabilidad resultante de las cargas verticales y horizontales sobre la presa estará equilibrada por una fuerza igual y opuesta que constituye la relación de la cimentación.

4.14 REQUISITOS DE ESTABILIDAD

Las presas de concreto de gravedad deben de proyectarse para que resistan un amplio factor de seguridad, estas tres causas de destrucción : El volteo , el deslizamiento y esfuerzos excesivos.

4.14.1 EL VOLTEO :

Existe una tendencia de las presas de gravedad al volcarse girando alrededor del talón de aguas abajo en la cimentación o alrededor de la arista de aguas abajo de cada sección horizontal. Si el esfuerzo vertical en la arista de aguas abajo que se calcule en cualquier sección horizontal, sin la subpresión , excede a la subpresión en ese punto , se considera la presa es segura contra el vuelco con un amplio factor de seguridad. Si la subpresión en el paramento de aguas arriba excede al esfuerzo vertical en cualquier sección horizontal, calculando sin subpresión , las fuerzas de subpresión a lo largo de la grieta horizontal supuesta aumenta mucho la tendencia a la presa a volcarse con relación al paramento de aguas abajo , si la reacción es menor que el esfuerzo tolerado de la cimentación, se considera presa segura contra el vuelco.

4.14.2 DESLIZAMIENTO :

La fuerza horizontal tiende a desalojar la presa en una dirección horizontal. Esta tendencia contrarrestan las resistencias producidas por la fricción y por la resistencia al corte del concreto o de la cimentación.

El factor de fricción del corte de un sistema que normalmente se emplea en las presas altas, que no se recomienda usarse en el proyecto de las presas que quedan dentro del campo de esta tesis, aunque se recomienda en el proceso económico de las rocas de concreto sobre una buena roca sufrirá con esto. Las características cohesivas del concreto o de la roca que afectan mucho al factor de fricción de corte, deben de determinarse por medio de pruebas especiales de laboratorio o estimarse por algún ingeniero especialista que haya tenido casos semejantes.

El factor de deslizamiento permisible es el coeficiente de fricción estática entre dos superficies de deslizamiento, reducido por un factor de seguridad conveniente. Una presa se considera segura cuando el deslizamiento :

es igual o menor que f

f = coeficiente de deslizamiento

Los valores de exactos del coeficiente de fricción estática no se puedan determinar sin auxilio de las pruebas de laboratorio, pero los valores de los factores de deslizamiento que se dan enseguida, que tienen amplios factores de seguridad para el concreto para el deslizamiento sobre varios materiales de cimentación pueden usarse con guía general.

MATERIAL f

Roca sana con superficie limpia y regular 0.8

Roca con algunas fisuras y laminaciones 0.7

Grava y arena gruesa 0.4

Arena 0.3

Arcilla laminar 0.3

Con frecuencia se construyen dentellones en estructuras construidas en cimentaciones que no son de rocas. El dentellón si se le da dimensiones adecuadas y si lleva el esfuerzo conveniente, evita el desalojamiento de la estructura por su resistencia interna al esfuerzo cortante del mismo dentellón y del volumen adicional de suelo que debe moverse antes de que la estructura se pueda deslizar, para alcanzar este objetivo se puede proyectar como viga volada cargada con una fuerza horizontal igual a la diferencia en exceso de la resistencia del deslizamiento.

4.14.3 ESFUERZOS EXCESIVOS:

Normalmente , el esfuerzo en el concreto de las presas de gravedad , será tan pequeño , que las mezclas de concreto proyectada para satisfacer requisitos como durabilidad y la manejabilidad , alcanzará suficiente resistencia para asegurar un coeficiente de seguridad de cuando menos 4 contra el exceso de trabajo de los materiales.

Las presas de gravedad para almacenamiento de más de 18 m de altura sobre cementaciones permeables generalmente requieren extensas investigaciones de campo y de laboratorio.

El control de la erosión producida por las filtraciones, y subpresión debajo de las presas construidas sobre cimentaciones permeables requieren el uso de algunas de varias combinaciones de las siguientes construcciones:

1 . - Zampeado del lado de aguas arriba con o sin dentellones y el extremo de aguas arriba.

2 . - Zampeado del lado de aguas abajo con o sin dentellones en el extremo de aguas abajo, y con o sin filtros y drenes de bajo del zampeado.

3 . - Dentellones en el lado de aguas arriba, o en el de aguas abajo, o en ambos extremos del vertedor , con o sin filtros o drenes debajo de la sección.

La función del zampeado es aumentar la longitud de recorrido de las filtraciones con objeto de reducir la subpresión debajo de porción principal de la cortina. Generalmente el zampeado se une a la presa y a un cabezal de concreto sobre la ataguía con cierres flexibles que permiten movimientos diferenciales sin producir un agrietamiento perjudicial.

Los zampedos de concreto de aguas abajo tienen dos funciones. Alargan la trayectoria de filtración en las cimentaciones y al mismo tiempo forman un estanque en el que se puede disipar con seguridad la energía vertida. La disipación de la energía en el concreto ayuda a evitar erosiones peligrosas en el talón de la cortina.

CAPITULO V

PRESAS DE ENROCAMIENTO

5.1 INTRODUCCIÓN:

Generalmente se acepta que las presas de enrocamiento tuvieron su origen hace aproximadamente 200 años . El periodo más activo de las presas de enrocamiento fue a fines de 1800.

5.2 DEFINICIÓN:

Las presas de enrocamiento son terraplenes formados por fragmentos de roca de varios tamaños cuya función de estabilidad y por una membrana que es la que proporciona impermeabilidad. Aunque se han construido presas que han tenido éxito con diafragmas interiores, no se recomiendan este tipo de construcción para las estructuras dentro del campo. La construcción de diafragmas internos de tierra con los filtros necesarios requiere un elevado grado de precisión y control más riguroso y el que es posible obtener para presas pequeñas. Los diafragmas interiores de material rígido como el concreto tienen la desventaja de que no se pueden inspeccionar fácilmente ni hacer reparaciones de emergencia si se rompen por el asentamiento de la presa o sus cimientos.

No se recomienda un colchón de tierra en el talud de aguas arriba de una presa que de otra manera seria permeable, debido al costo y a la dificultad de construir los filtros adecuados. Además, el colchón de tierra debe protegerse de la erosión por el oleaje, por lo tanto, queda enterrado en donde no es fácil su inspección ni su reparación.

La membrana impermeable de una presa de enrocamiento debe de construirse en el talud de aguas arriba donde se puede observar su condición cuando se vacía, y cuando es necesaria hacer reparaciones. Generalmente la membrana consistirá de concreto de cemento Portland, aunque se han usado con éxito placas de acero o tablones, de acuerdo a la vida limitada de esos materiales. Recientemente se han usado revestimientos de concreto asfáltico, pero no existen registros sobre el funcionamiento de este tipo de construcción de presas de enrocamiento. Cualquiera que sea el tipo de membrana usada, no se recomienda las presas de enrocamiento cuando la operación normal del vaso no permita la inspección periódica de la membrana y su reparación si es necesario.

5.3 CIMENTACIÓN:

Los requisitos son menos exigentes que los necesarios para las presas de gravedad de concreto, pero más que los necesarios para las presas de tierra. Las presas de enrocamiento requieren cimentaciones en las que se produzcan los asentamientos mínimos. En las cimentaciones que no sean de roca, se deberá consultar un especialista respecto a su bondad. Las cimentaciones de roca deben consistir en roca resistente y durable que no se pueda ablandar especialmente con el agua que se filtre del vaso.

5.4 PROYECCIÓN DE LA CIMENTACIÓN :

Deberá estar libre de fallas, zonas de corte y de otras zonas de debilidad estructural. El limo, la arcilla, la arena y materia orgánica deben quitarse del área de cimentación antes de la construcción del terraplén.

DENTELLÓN : Se debe de construir un cierre hermético a lo largo del contacto de la membrana impermeable de la cimentación y los estribos, en el talón de aguas arriba de la presa, para evitar las filtraciones por debajo de la presa. En las presas, este cierre tiene la forma de un dentellón de concreto que se extiende del talón de aguas arriba de la presa hasta la roca fija.

La anchura del dentellón esta generalmente gobernada por condiciones impuestas por la construcción. La profundidad de penetración del dentellón en la roca fija, depende del carácter de la roca de cimentación. Si la roca es sana el dentellón debe de prolongarse dentro de la roca de la cimentación no menos de 1 m. Si la roca no está sana, se puede ser necesario un dentellón más profundo o un tratamiento especial, como inyecciones, o si existen fisuras abiertas o si la roca está fracturada. Las inyecciones deben de incluirse en el proyecto, sin tomar en cuenta la aparente buena calidad de la roca, hasta que se hayan hecho suficientes sondeos con las que se demuestra que no existen hendiduras, juntas, fallas o fisuras en la roca fija para las que se puedan producir escapes por debajo del dentellón.

5.5 PROYECCIÓN DE UN TERRAPLÉN:

De principal importancia para el éxito de una presa de enrocamiento es del tipo de roca que se use en la zona de enrocamiento. Por economía, la roca debe de estar situada cerca del emplazamiento de la presa; se puede tener mediante explotación de canteras o de los depósitos formados por los taludes geológicos. La roca debe de ser maciza, durable que resiste la ruptura durante el acarreo durante las operaciones de su colocación.

La roca debe de soportar la desintegración por el efecto de la congelación y fusión. Sobre todo no debe de contener materiales inestables que se interpericen mecánica o químicamente, que desintegren la roca. Las rocas que formen lajas no se deben de usar por que tienden a formar grandes huecos. Al aumentar carga por la construcción de la presa, las rocas que quedan salvando claros pueden romperse, produciéndose un asentamiento excesivo.

5.6 SECCIÓN DE LA PRESA :

Las primeras presas se construyeron con taludes empinados aguas arriba y aguas abajo para disminuir los volúmenes de enrocamiento. En proyectos posteriores se eliminó la mampostería del talud aguas arriba , teniendo al talud al ángulo de reposo de la roca , pero se conservo el talud muy inclinado del lado de aguas arriba. En las presas pequeñas de enrocamiento, el talud aguas abajo debe de ser igual al ángulo de reposo de la roca colocada al volteo y el talud aguas arriba debe de ser 2:1 para facilitar la construcción del paramento impermeable de aguas arriba.

5.7 ZONA DE ENROCAMIENTO:

La construcción del enrocamiento es de una de las operaciones más importantes en la construcción de una presa de este tipo , por que es indispensable disminuir el asentamiento total y la posibilidad de perjudicar la membrana impermeable. El asentamiento de los terraplenes de rocas se produce en dos etapas. El asentamiento principal se produce durante la construcción del enrocamiento. Esta etapa tiene poca influencia en la seguridad de la membrana impermeable, con tal que la membrana no se coloque al mismo tiempo que se construye el enrocamiento, en las presas pequeñas las membranas deben de colocarse después de completar la zona de enrocamiento , cuando se produce el asentamiento principal debido al peso del enrocamiento.

La segunda etapa importante del asentamiento se produce al llenarse el vaso y se transmite al enrocamiento el esfuerzo producido por la carga del agua. El enrocamiento en muchas presas que existen se colocó a volteo en fajas que variaron de 22 a 45 m de altura. Sin embargo en las presas de enrocamiento pequeñas, se considera un método preferible de colocar la roca en capas delgadas.

La roca debe de vaciarse sobre el terraplén y extenderse en capas con un espesor mínimo de 1 m. En las operaciones efectuadas para extenderlas se disminuye el número de grandes huecos obteniéndose un enrocamiento compacto. Con frecuencia es conveniente bañar cada capa durante su colocación con chorros de agua de alta velocidad, usando un volumen de agua igual a dos o tres veces el volumen de la roca. Acomodados con chorros de agua se obtienen puntos de apoyo entre las piedras grandes, por que de tamaño pequeño son arrastradas dentro de los huecos.

De esta forma se obtiene un enrocamiento más denso y disminuyen los futuros asentamiento. Algunas veces se introduce grava entre el enrocamiento con chorro de agua. La mampostería se ha usado como recubrimiento del talud aguas arriba debajo de la membrana impermeable en muchas de las presas de enrocamiento construidas, cuando se construye con cuidado y se llenan los huecos con rayuelas, la mampostería constituye una cama compacta y pareja para cualquier tipo de membrana impermeable. Sin embargo , en las presas bajas en las que solamente se producen esfuerzos de bajos a moderados este tipo de revestimiento se considera innecesario y antieconómico.

En estas estructuras se puede constituir una zona de arena y grava graduadas , o de finos de cantera por la mampostería. Esta zona debe de tener una anchura horizontal de 4.30 m para facilitar la compactación.

5.8 PARAMENTO AGUAS ARRIBA

DE CONCRETO REFORZADO : El tipo más común de membrana impermeable que se usa como paramento de las presas de enrocamiento. Para las presas bajas, una losa de concreto reforzado con un espesor mínimo de 20 cm es suficiente. Debido a la poca carga del vaso y lo pequeño del asentamiento que se espera , no son necesarias juntas de dilatación horizontal ni vertical normalmente en los paramentos de las presas bajas. Sin embargo se pueden hacer necesarias las juntas verticales para compensar la dilatación horizontal de las presas bajas de longitud considerable. Estas juntas pueden ser convenientes también para fines de construcción.

Las membranas deberán llevar refuerzo, se consideran buenas normas usar áreas de acero de 0.5% y 0.7% del área del concreto, vertical y horizontalmente en forma respectiva. Es necesario que el concreto sea denso y durable para evitar las filtraciones y los daños al concreto debidos al efecto del oleaje y del interperismo.

CONCRETO ASFÁLTICO : Estos se usaron en 1957 en una presa de enrocamiento. En esta presa se dio un riego de penetración de asfalto que sirviera de base para la mezcla en caliente. Luego colocaron en la superficie tres capas de mezcla caliente de concreto asfáltico cada una con 10 cm de espesor.

La mezcla caliente tenia el 8% de asfalto con referencia al peso del agregado seco, y la granulometría de los agregados para la mezcla variaban en un 11 % que pasaba por la malla Nº 200 y un tamaño máximo de 1 1/2".

DE ACERO Las placas de acero 1/4" a 3/8" de espesor y tamaños que se pudieran manejar con equipo disponible , se atornillaron o se soldaron en el lugar.

La placa de acero se incrustó en un dentellón de concreto en la cimentación para obtener un contacto hermético y reducir las posibilidades de fugas. En las presas grandes se usan juntas de contracción aproximadamente a cada 7.60 m, construidas de canales en forma de V, para compensar la dilatación horizontal.

5.9 DATOS PARA EL PROYECTO ESTRUCTURAL

Estos se presentan datos para el proyecto de las estructuras hidráulicas para proyectos de obras auxiliares de concreto de las presas pequeñas.

Empujes en los rellenos de tierra en los muros sostenidos : se presenta un método para obtener las cargas activas de la tierra sobre los muros de sostenimiento cuando se conocen las propiedades del material del relleno que va a quedar detrás del muro.

Las curvas se basan en la teoría de Coulomb sobre la presión activa contra los muros de sostenimiento. Al aplicar la teoría de Coulomb, se supone que es igual a cero en el ángulo de rozamiento entre la tierra y el paramento interior del muro.

Resistencias permitidas, bajo las zapatas de las estructuras: En la tabla 1 se sugieren valores admisibles de los suelos en que se apoyan las zapatas de las estructuras auxiliares de las presas.

Estos valores se basan en un estudio de datos obtenidos en relación con los problemas inherentes a las estructuras hidráulicas. Los valores de las resistencias permitidas en las cimentaciones sobre suelos son menores que los que generalmente se dan en los códigos de construcción y con excepción, de las gravas que varían de acuerdo con la densidad relativa y la consistencia relativa de los suelos sin cohesión y los cohesivos respectivamente en vez de variar con el grupo de su clasificación.

5.10 NOMENCLATURA DE MECÁNICA DE SUELOS

Los siguientes términos y símbolos se eligieron del título de la ASTM D 653-57 " Definición Estándar de Términos y Símbolos Relacionados con Mecánica de Suelos." La lista que a continuación se muestra es una versión abreviada del título de la ASTM, en que se omitieron la mayor parte de las referencias cruzadas y términos. Las unidades, cuando son aplicables, se indican con mayúsculas del lado derecho bajo el concepto e inmediatamente arriba de la definición. Las letras denotan.

F = Fuerza, como libra, tonelada, gramo, kilogramo.

L = Longitud, como pulgada, pie, centímetro.

T = tiempo, como minuto, segundo.

D , adimensional.

La expresión de las unidades del sistema métrico o el sistema ingles se ha omitido deliberadamente, con objeto de dejar a elección del proyectista según la aplicación que se trate.

5.11 DEFINICIONES, SIMBOLOS Y UNIDADES A UTILIZAR EN UNA CORTINA PARA ESTABLECER SU FUNCIONAMIENTO.

ABUNDAMIENTO : El aumento de volumen de un material debido a la manipulación. La roca abunda al excavarse; las arenas húmedas abundan si se depositan sueltas, como a volteo, porque la cohesión aparente evita el movimiento de las partículas de suelo para formar un volumen reducido.

ACUIFERO : Formación que contiene agua y que constituye un depósito de agua subterránea.

ADHERENCIA : Resistencia al corte entre el suelo y otro material cuando la presión externa aplicada es cero.

AGUA ABSORBIDA: Agua retenida mecánicamente por la masa del suelo de propiedades físicas no muy diferentes a las del agua ordinaria a la misma temperatura y presión.

AGUA ADSORBIDA: Agua contenida por la masa del suelo retenidas por las fuerzas fisicoquímicas, de propiedades muy diferentes a las del agua absorbida o combinada químicamente, a la misma presión y temperatura.

AGUA CAPILAR: Agua que está sujeta a la influencia del efecto capilar.

AGUA LIBRE: Agua que tiene libertad para moverse a través de la masa de un suelo bajo la influencia de la gravedad.

ALTURA CRITICA Hc: La altura máxima a la que se sostiene sin soporte un talud vertical o inclinado de un suelo bajo un grupo determinado de condiciones.

ÁNGULO DE OBLICUIDAD: Ángulo entre la dirección del esfuerzo resultante o fuerza que actúa en un plano dado y la normal del plano.

ÁNGULO DE REPOSO: Ángulo entre la horizontal y el talud máximo que toma el suelo debido a procesos naturales. En los suelos granulares, el efecto de la altura del talud es despreciable; en los suelos cohesivos el efecto de la altura del talud es tan grande que el ángulo de reposo no tiene ningún significado.

ÁNGULO DE ROZAMIENTO EXTERNO: Ángulo entre la absisa y la tangente y la curva que representa la relación de la resistencia al corte, al esfuerzo normal que actúa entre el suelo y la superficie de otro material.

ÁNGULO DE ROZAMIENTO INTERNO: Ángulo entre la absisa y la tangente de la curva que representa la relación de la existencia al corte de los esfuerzos normales que actúan dentro de un suelo.

ARCILLA BENTONITICA: Es una arcilla con proporción elevada del mineral montmorillonita, que se caracteriza por hincharse mucho cuando se moja.

ARCILLA CON BOLEO: Término geológico que se usa para designar arrastres glaciáricos que no han estado sujetos al efecto clasificador del agua conteniendo por lo tanto partículas de tamaños que varían desde la arcilla hasta el boleo.

ARCILLA DE VARVA: Suelo formado por capas alteradas de limo y arcilla formada por las variaciones en la sedimentación durante las diferentes estaciones del año; con frecuencia presenta colores de contraste cuando se seca parcialmente.

ARCILLA ORGÁNICA: Es una arcilla con elevada proporción de materia orgánica.

ARCILLA: Suelo de grano fino o la porción de grano fino de un suelo que es plástico dentro de una gama de proporciones de agua, y que presenta gran resistencia cuando se seca al aire.

AREA DE INFLUENCIA DE UN POZO: Area que rodea a un pozo en el que se ha abatido la superficie piezométrica cuando por bombeo se extrae el gasto máximo estable.

BASE: Una capa de material especificado y seleccionado de espesor predeterminado construida sobre una subrasante o subbase con el objeto que desempeñe una o más funciones, como la de distribuir cargas , facilitar el drenaje, disminuir el efecto de la helada, etc.

BERMA: Escalón que rompe la continuidad de un talud.

BOLEO: Fragmento de roca, generalmente redondeado por el interperismo o desgaste, con una dimensión media de 12 pulg o más.

BORBOLLON DE ARENA: La expulsión de arena y agua resultante de la tubificación.

BULBO DE PRESIÓN: Es la zona dentro de una masa de suelo cargada limitada por una isobara elegida arbitrariamente de los esfuerzos.

CAIDA DE POTENCIAL: Es la diferencia de carga de presión entre dos líneas equipotenciales.

CANAL DE FLUJO: Es la porción de una red de flujo limitada por dos líneas de flujo adyacentes.

CANTO : Fragmento de roca generalmente redondeado o semiredondeado cuyas dimensiones tienen un promedio comprendido ente 7.5 a 30 cm.

CAPACIDAD HIGROSCÓPICA: Es la relación del peso del agua absorbida por un suelo seco en una atmósfera saturada de una temperatura determinada al peso del suelo secado por el horno.

CAPACIDAD PARA RETENER EL AGUA: El menor valor que puede tener la humedad en un suelo reduciéndola por medio de la gravedad.

CARGA CAPILAR: El potencial, expresado en carga del agua, que hace circular el agua por efecto capilar.

CIMENTACIÓN: La porción inferior de una estructura que transmite la carga a la tierra.

CIRCULO CRÍTICO: La superficie de deslizamiento que se supone en un análisis teórico de la masa de un suelo para la cual el factor de seguridad es el mínimo.

CIRCULO DE MOHR: Es una representación gráfica de los esfuerzos que obran sobre varios planos en un punto dado.

COEFICIENTE DE COMPRESISBILIDAD: Inclinación de la tangente para un incremento de presión dado, en la curva de relación presión-huecos. Cuando se usa una curva esfuerzo-deformación la inclinación de la curva es :

av / i + e

COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD DE VOLUMEN: La compresión de una capa de suelo por unidad de espesor original debido a un aumento unitario dado de presión.

COEFICIENTE DE CONSOLIDACIÓN: Coeficiente utilizado en la teoría de consolidación que contiene las constantes físicas de un suelo que afectan la magnitud de sus cambios de volumen.

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD: Gasto que pasa de agua con régimen laminar a través de la unidad de área de la sección transversal de un medio poroso bajo efecto de gradiente unitario y condiciones estándar de temperatura.

COEFICIENTE DE PRESIÓN DE LA TIERRA ( K ): Relación principal de los esfuerzos en un punto de la masa del suelo.

ACTIVA ( KA ): La relación mínima del esfuerzo principal al esfuerzo principal mayor. Que se aplica cuando el suelo se ha deformado lo suficiente para desarrollar un valor límite del esfuerzo principal menor.

EN REPOSO ( KO ): La relación del esfuerzo menor principal al esfuerzo mayor principal. Se aplica cuando la masa del suelo está en un estado natural sin que se haya permitido deformarse o sin que se haya comprimido.

PASIVA : La relación máxima del esfuerzo mayor principal al esfuerzo menor principal. Se aplica cuando el suelo se haya comprimido suficiente para desarrollar un valor límite superior del esfuerzo principal.

COEFICIENTE DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE: Relación de la carga por unidad de área de superficie horizontal de la masa de un suelo al asentamiento correspondiente de la superficie. Se determina como la sección de la secante, dibujada entre el punto correspondiente al asentamiento cero y el punto de asentamiento de 1.25 cm de una curva de asentamiento obtenida de una prueba de carga con placa sobre un suelo, usando una placa de carga de 76 cm de diámetro o una mayor.

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD: La relación D60 /D10 en las que D60 es el diámetro de las partículas correspondientes al 60% más finas en la curva de la granulometría y D10 es el diámetro de la partícula correspondiente al 10% más finas en la curva granulométrica.

COEFICIENTE DE VISCOSIDAD: La fuerza cortante por unidad de área necesaria para mentener una diferencia unitaria en la velocidad entre dos capas paralelas de un fluido separadas por una unidad.

COHESIÓN: La porción de resistencia al corte de un suelo indicada por el término de la fórmula de Coulomb

s = c + s tan f

COMPACTACIÓN: Es la densificación de un suelo por medio de manipulación mecánica.

COMPRESIBILIDAD: Es la propiedad de un suelo que se refiere a su susceptibilidad para disminuir de volumen cuando se somete a una carga.

CONDICIÓN INESTABLE: Condición en la que el agua corre hacia arriba con suficiente velocidad para reducir, en forma importante, la resistencia del suelo por su disminución de la presión intergranular.

CONSISTENCIA: La facilidad relativa con que se puede deformar un suelo.

CONSOLIDACIÓN: Es la reducción gradual del volumen de la masa de un suelo que resulta del aumento de los esfuerzos de compresión.

CONTRACCIÓN LINEAL: Es la disminución de una de las dimensiones de la masa de un suelo, expresada como porcentaje de la dimensión original, cuando la humedad se reduce de un valor dado al limite de contracción.

CORRIMIENTO: Movimiento lento de los detritos de roca o de los suelos, generalmente imperceptible, excepto haciendo observaciones a larga duración.

CURVA DE COMPACTACIÓN: Es la que muestra las relaciones entre el peso unitario del material seco y la humedad de un suelo para un esfuerzo de compactación determinado.

CURVA DE FLUJO: Ws el lugar geométrico de los puntos obtenidos en la prueba estándar para determinar el límite líquido dibujados en forma gráfica.

CURVA DE LA RELACIÓN PRESIÓN - HUECOS: Es la curva que representa la presión y la relación de huecos de un suelo como se obtiene de una prueba de consolidación.

CURVA DE RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN: Es la curva que representa la relación entre la resistencia a la penetración y la humedad.

CURVA DE SATURACIÓN: Es la curva que da el peso unitario cuando no existen huecos llenos de aire en función de la humedad.

DEFORMACIÓN: Cambio de longitud por unidad de una dirección dada.

DENSIDAD : La masa por unidad de volumen.

DENSIDAD CRÍTICA: Es el peso unitario de un material granular saturado abajo del cual pierde resistencia, y arriba del mismo aumenta resistencia cuando se sujeta a una deformación rápida.

DENSIDAD RELATIVA: Es la relación de la diferencia entre la relación de huecos de un suelo sin cohesión en su estado más suelto y cualquier relación de huecos dada a la diferencia entre sus relaciones de huecos en sus estados más sueltos y más densos.

DEPÓSITO DE SUELOS CONSOLIDADO NORMALMENTE: Es un depósito de suelo que nunca ha estado expuesto a una presión mayor que la producida por los suelos situados encima de él.

DEPÓSITO DE SUELOS FALTO DE CONSOLIDACIÓN: Un depósito que no está completamente consolidado por la presión del material superyacente.

DEPÓSITOS EÓLICOS: Material depositado por el viento como las dunas de arena y los depósitos de loes.

DERRUMBE: Es la falla de un terraplén con taludes en la que el movimiento de la masa del suelo no se produce a lo largo de una superficie deslizamiento bien definida.

DESLIZAMIENTO DE TIERRAS: Es la falla de un banco de tierra con talud en el que el movimiento de la masa del suelo tiene lugar a lo largo de una superficie de deslizamiento.

DIAMETRO EFECTIVO: Diámetro correspondiente al 10% más fino en la curva granulométrica.

DIAMETRO EQUIVALENTE: Es el diámetro de una esfera hipotética compuesta de material que tiene el mismo peso específico que el de la partícula del suelo real y de tal tamaño que caiga al fondo de un líquido determinado a la misma velocidad terminal que la partícula de suelo real.

DILATANCIA : Es la expansión de los suelos sin cohesión cuando se sujetan a una deformación por fuerzas de corte.

EFECTO CAPILAR: La elevación o movimiento del agua en los intersticios de un suelo debido a las fuerzas capilares.

EFECTO DE LA HELADA: Congelación y fusión del agua contenida en los materiales y los efectos resultantes en ellos y en las estructuras en las que forman parte o con las que están en contacto.

ENVOLVENTE DE MOHR: Es la envolvente de una serie de Círculos de Morh que representan las condiciones de esfuerzo en la falla de un material dado. Un envolvente de ruptura es el lugar geométrico de los puntos cuyas coordenadas representan las combinaciones de los esfuerzos normales y cortantes que hacen fallar a un material.

EQUILIBRIO PLASTICO: Es el estado de esfuerzo dentro de la masa de un suelo o de una porción del mismo, que se ha deformado a tal magnitud que se ha movilizado su resistencia última al corte.

EQUIVALENTE DE HUMEDAD: ( EQUIVALENTE DE HUMEDAD CENTRIFUGA ) Es la humedad de un suelo después de haberlo saturado con agua y sujetado luego, durante una hora, a una fuerza igual a 1000 veces la de la gravedad.

EQUIVALENTE A HUMEDAD DE CAMPO: Es la humedad mínima, expresada como porcentaje del peso del suelo secado en horno, a la que una gota de agua colocada sobre una superficie pareja del suelo, no es absorbida inmediatamente por éste, sino que se extiende por la superficie dándole una apariencia brillante.

ESFUERZO EFECTIVO: Es la fuerza media normal por unidad de área transmitida de grano a grano de la masa de un suelo.

ESFUERZO NEUTRO: Esfuerzo transmitido a través del agua intersticial.

ESFUERZO PRINCIPAL: Esfuerzo que actúa en una dirección normal a tres planos perpendiculares entre sí que se cortan en un punto en un cuerpo, en el cual el esfuerzo cortante es cero.

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS: Tratamiento químico o mecánico proyectado para aumentar o mantener la estabilidad de la masa de un suelo, o para mejorar sus propiedades estructurales.

ESTADO DE EQUILIBRIO ELÁSTICO: Es el estado de esfuerzo dentro de la masa de un suelo cuando la resistencia interna de la masa no se moviliza completamente.

ESTRUCTURA DE LOS SUELOS: La disposición y estado de agregación de las partículas de la masa del suelo.

ESTRUCTURA FLUCULENTA: Una disposición en las que las partículas de los suelos forman flóculos en vez de partículas aisladas.

ESTRUCTURA ALVEOLAR: Es la disposición de las partículas de los forman en las que representan una estructura relativamente suelta y estable parecida a la de un panal.

ESTRUCTURA DE GRANOS AISLADOS: Es una disposición compuesta de partículas de suelo individuales; es la estructura característica de los suelos de grano grueso.

EXPANSIÓN LINEAL: Es el aumento de una de las dimensiones de la masa de un suelo, expresado como porcentaje de esa dimensión en el límite de contracción, cuando la humedad aumenta desde el límite de contracción a cualquier humedad dada.

FACTOR DE ESTABILIDAD: Un número puro usado en el análisis de la estabilidad de un terraplén de tierra

Hc: altura crítica de un talud. g c : peso unitario efectivo del suelo c : cohesión del suelo.

FACTOR TIEMPO: Factor adimencional, utilizando la teoría de la consolidación, que contiene las constantes físicas de un estrato de suelo que influyen en su relación tiempo-velocidad de consolidación expresada como sigue:

en la que : k = coeficiente de permeabilidad. e = relación de huecos. t = tiempo transcurrido. av = coeficiente de permeabilidad. g w = peso unitario del agua. H = espesor del estrato drenado. cv = coeficiente de consolidación.

FAJA CAPILAR: La zona situada arriba del nivel de agua libre, en el que el agua se sostiene por efecto capilar.

FALLA AL CORTE: Falla en la que el movimiento causado por los esfuerzos cortantes de la masa de un suelo de magnitud suficiente para destruir o poner en gran peligro una estructura.

FALLA GENERAL AL CORTE: Falla en la que se moviliza la resistencia última del suelo a lo largo de toda superficie potencial de deslizamiento, antes de que la estructura soportada por el suelo se dañe por excesivo movimiento.

FALLA LOCAL AL CORTE: Falla en la que se moviliza la resistencia última al corte del suelo solo localmente a lo largo de la superficie potencial de deslizamiento, al mismo tiempo que la estructura soportada por el suelo sufre por excesivo movimiento.

FALLA POR LICUACIÓN: Es la falla en la que la masa del suelo se mueven distancias relativamente largas como si fuera un líquido.

FALLA PROGRESIVA: Falla en la que la resistencia última al corte se moviliza progresivamente a lo largo de la superficie de la falla.

FANGO: Es un suelo orgánico que tiene una consistencia muy blanda.

FLTRACIÓN: Es el movimiento lento del agua gravitacional a través del suelo.

FILTRO DE PROTECCIÓN: Consiste en una capa o capas de materiales permeables proyectadas y construidas de tal manera que permitan el drenaje, evitando al mismo tiempo el movimiento de las partículas de suelo debido a la circulación del agua.

FÍSICA DE LOS SUELOS: El conjunto organizado de conocimientos que se refieren a las características del suelo y métodos empleados en su determinación.

FLUJO EQUIVALENTE: Un fluido hipotético que tiene un peso unitario tal que producirá una presión contra el soporte lateral que se supone equivalente al producido por el suelo real.

FLUJO LAMINAR: Flujo en la que cada partícula de agua se mueve en una dirección paralela a la de cualquier otra, y en el que la pérdida de carga es proporcional a la primera potencia de la velocidad.

FUERZA DE FILTRACIÓN: Es la fuerza transmitida a los granos del suelo por la filtración.

FUERZA EFECTIVA: Es la fuerza transmitida a través de la masa de un suelo por las presiones intergranulares.

GRADIENTE HIDRÁULICO: Es la pérdida de carga hidráulica por unidad de distancia de flujo; dh / dL.

GRADIENTE HIDRÁULICO: Es el gradiente hidráulico al cual la presión intergranular en la masa de un suelo sin cohesión se reduce a cero por la corriente del agua hacia arriba.

GRADO DE CONSOLIDACIÓN: La relación, expresada como porcentaje de la intensidad de la consolidación de un tiempo dado dentro de una masa de suelo.

GRAVA: Partículas redondas o semiredondas de roca que pasan por las cribas de 3" y son retenidas por la criba NO. 4.

HORIZONTE: Una de las capas del perfil del suelo, que se distingue principalmente por su textura, color, estructura y contenido químico.

HORIZONTE A: Es la capa superior del perfil de suelos el cual se han deslavado los coloides orgánicos y otros materiales solubles.

HORIZONTE B: Es la capa de un perfil de suelos en la que se han acumulado el material deslavado del horizonte superior A.

HORIZONTE C: Material original inalterado del que se ha desarrollado el perfil del suelo superyacente.

HUMEDAD HIGROSCOPICA: Es la humedad de un suelo secado al aire.

HUMEDAD OPTIMA: Es la humedad a la que el suelo se puede compactar al máximo peso del material seco con un esfuerzo de compactación.

HUMUS: Es un material pardo o negro formado por la descomposición parcial de materia vegetal o animal; la porción orgánica del suelo.

INDICE DE COMPRESIÓN: La pendiente de la porción lineal de la curva presión-huecos construida en papel semilogarítmico.

INDICE DE CONTRACCIÓN: Es la diferencia numérica entre los límites de plasticidad y contracción.

INDICE DE FLUJO: Es la pendiente de la línea de flujo obtenida en la prueba del limite líquido, expresada como la diferencia entre las humedades a 10 golpes y a 100.

INDICE DE TENACIDAD: Es la relación del índice de plasticidad al índice de flujo.

INTERCAMBIO DE BASES: Es el proceso fisicoquímico por el cual una especie de iones absorbidos sobre las partículas de un suelo se reemplaza por otros de especie diferente.

ISOCRONA: Curva que muestra la distribución del exceso de presión hidrostática en un tiempo dado durante un proceso de consolidación.

KAOLIN: Es una variedad de arcilla que contiene un porcentaje elevado de kaolinita.

LEVANTAMIENTO: Movimiento de un suelo hacia arriba producido por la expansión de dislocamiento resultante de fenómenos como los siguientes: absorción de humedad, remoción de sobrecargas, hincado de pilotes, y efecto de la helada.

LEVANTAMIENTO POR CONGELACIÓN: Es la elevación de un pavimento debido a la acumulación de hielo en el suelo subyacente.

LICUEFACCIÓN: Es una gran disminución de la resistencia al corte de un suelo sin cohesión. La produce un colapso de la estructura por choque o por otro tipo de deformación, y está asociado con un aumento brusco por temporal de la presión intersticial. Incluye una transformación temporal del material en una masa líquida.

LÍMITE DE CONTRACCIÓN: Es la humedad máxima a la que una reducción de la proporción de agua no produce una disminución de volumen de la masa del suelo.

LÍMITE DE PEGADURA: Es la humedad mínima a la que un suelo se adhiere a una cuchilla de metal que se deslice a través de la superficie de la masa de un suelo.

LÍMITE LÍQUIDO: La humedad correspondiente al límite arbitrario de consistencia entre los estados líquido y plástico de un suelo.

LIMO: Material que pasa por la malla No. 200 que no es plástico o ligeramente plástico y que tiene muy poca o ninguna resistencia cuando se seca al aire.

LINEA DE FILTRACIÓN: Es la superficie superior del agua libre de la zona de filtración.

LINEA DE FLUJO: Es la trayectoria que sigue una partícula de agua a lo largo de su curso cuando se filtra en las condiciones de flujo laminar.

LODO: Es una mezcla de suelo y agua en estado líquido o sólido muy débil.

LOES: Es un depósito eólico uniforme de material limos, que tiene estructura abierta y relativamente una elevada cohesión, debida a la cementación por material arcilloso o calizo de los contactos entre los granos.

MASA ANISOTROPA: Masa que tiene propiedades diferentes en diferentes direcciones en un punto dado.

MASA HOMOGENEA: Masa que representa esencialmente las mismas propiedades físicas de todos los puntos.

MASA ISOTRÓPICA: Es una masa que tiene la misma propiedad en todas las direcciones.

MATERIAL DE PROCEDENCIA: Material del que proviene de un suelo.

MECÁNICA DE SUELOS: Es la aplicación de las leyes y principios de la mecánica y de la hidráulica y los problemas de ingeniería en los que se utiliza el suelo como material.

MÓDULO DE ELASTICIDAD: Es la relación del esfuerzo a la deformación en los materiales bajo determinadas condiciones de carga; numéricamente, a la inclinación de la tangente o secante de una curva esfuerzo-deformación.

MUESTRA INALTERADA: Una muestra de suelos que se ha obtenido por métodos en los que se han tomado todas las precauciones para disminuir a la alteración de la muestra.

PARTICULAS COLOIDALES: Partículas del suelo que son tan pequeñas que la actividad superficial tienen una influencia apreciable en las propiedades del agregado.

PERFIL DEL SUELO: Sección vertical de un suelo, mostrando la naturaleza y secuencia de los diferentes estratos, como su formación por depósito o interperismo, o por ambos.

PESO ESPECÍFICO APARENTE: Relación del peso del aire de un volumen dado de la porción impermeable de un material permeable y una temperatura determinada al peso del aire a un volumen igual del agua destilada a una temperatura determinada.

PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS: Relación del peso en el aire de un volumen dado de sólidos de un suelo a una temperatura determinada al peso en el aire de un volumen igual de agua destilada con temperatura determinada.

PESO UNITARIO: Es el peso por unidad de volumen.

PESO UNITARIO DEL AGUA: Es el peso de la unidad de volumen del agua; normalmente igual a 1 gr/cm3.

PESO UNITARIO DEL MATERIAL HUMEDO: Es el peso por unidad de volumen total de la masa de un suelo, sin tomar en cuenta el grado de saturación.

PESO UNITARIO EFECTIVO: Es el peso de un suelo el cual, cuando se multiplica por la altura de la columna del suelo de sobrecarga, produce la presión efectiva debida al peso de la misma sobrecarga.

PESO UNITARIO MÁXIMO: Es el peso unitario del material seco definido por el máximo de la curva de compactación.

PESO UNITARIO SATURADO: Es el peso unitario del material húmedo de la masa de un suelo cuando está saturado.

PESO UNITARIO SIN HUECOS: Es el peso de los sólidos por unidad de volumen de la masa de un suelo saturado.

PIEZOMETRO: Es un instrumento para medir la carga de presión.

PLASTICIDAD: La propiedad de un suelo que permite deformarlo más allá del punto en que pueda recuperarse sin agrietarse o sin cambio de volumen apreciable.

ESTADO PLASTICO: Es la variación de consistencia dentro de la que un suelo se muestra cualidades plásticas.

FLUJO PLÁSTICO: Es la deformación de un material plástico más allá del punto en que pueda recuperarse, acompañada de una deformación continua sin que se aumente el esfuerzo.

INDICE PLÁSTICO: Es la diferencia numérica entre el límite líquido y el límite plástico.

LIMITE PLÁSTICO: Es la humedad correspondiente a un límite de consistencia arbitrario entre los estados plásticos y semisólidos de un suelo.

PORCENTAJE DE COMPACTACIÓN: Es la relación expresada como porcentaje del peso de un suelo seco al peso máximo unitario obtenido en el laboratorio en la prueba de compactación.

PORCENTAJE DE SATURACIÓN: Es la relación, expresada como porcentaje, del volumen de agua en la masa en un suelo dado al volumen total del espacio intergranular.

POROSIDAD: Es la relación generalmente expresada como porcentaje, del volumen de huecos de una masa de suelo dada al volumen total de la masa del suelo.

PRESIÓN DE PRECONSOLIDACIÓN: Es la mayor presión a la que se ha sujetado a un suelo.

PRESIÓN HIDROSTÁTICA: Es la presión de un líquido bajo condiciones estáticas, es igual al producto del peso unitario del líquido por la elevación entre el punto dado y la elevación del agua libre.

PRESIÓN ACTIVA PRODUCIDA POR LA TIERRA: El valor mínimo de la presión de la tierra. Esta condición existe cuando una masa de suelo se le permite deformarse lo suficiente para que se movilice completamente su resistencia interna al corte, a lo largo de una superficie de falla potencial.

PRESIÓN PASIVA DE LA TIERRA: El valor máximo de la presión de la tierra. Esta condición existe cuando se comprime suficientemente una masa de tierra para que su resistencia interna al corte a lo largo de una superficie de falla potencial se movilice completamente.

PRUEBA DE COMPACTACIÓN: Es un procedimiento de laboratorio para la compactación, en la que un suelo con una humedad conocida se coloca en una forma especificada dentro de un molde de dimensiones dadas, que se sujeta a un esfuerzo de compactación cuya magnitud se controla, determinado el peso unitario resultante.

PRUEBA DE CONSOLIDACIÓN: Es una prueba en la que la muestra está confinada lateralmente en un anillo que se comprime entre placas porosas.

PRUEBA DE CORTE DIRECTA: Es una prueba de corte en la que el suelo en el que está aplicada una carga normal se sujeta a una fuerza de corte hasta que falle, moviendo una sección de la caja que contiene el suelo con relación a la otra.

PRUEBA DE CORTE POR TORSIÓN: Es una prueba de corte en la que una probeta relativamente delgada de sección circular o anular, generalmente confinada dentro de ellos, se sujeta a una carga axial y a corte producido por torsión. En las pruebas de corte por torsión ejecutadas en el lugar, las pruebas se pueden ejecutar oprimiendo una placa dentada circular o anular contra el suelo y medir su resistencia a la rotación bajo una carga axial.

PRUEBA DE MUESTRAS SIN CONSOLIDAR NI DRENAR: Es una prueba de suelo en la que la humedad de la muestra permanece prácticamente constante durante la aplicación de la presión de confinamiento y la fuerza adicional axial.

PRUEBA DE SACUDIMIENTO: Es una prueba que se usa para indicar la presencia de cantidades importantes de polvo de roca, limo o arena muy fina en un suelo de grano fino. Consiste en sacudir una pastilla de suelo mojado, con la consistencia de una pasta espesa en la palma de la mano; observando la superficie para ver si toma apariencia arenosa o lisa; luego se aprieta la pastilla; y se observa si ocurre un rápido secado aparente y el agrietamiento subsecuente.

PRUEBA LENTA PARA LA DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE POR MEDIO DE ASPAS: Es una prueba que se hace en lugar en la que se obliga a intruducirse en el suelo a una barra con aspas radiales delgadas en el extremo, determinándose la residencia a la rotación de la barra.

PRUEBA TRIAXIAL DE CORTE: Es una prueba en la que una muestra cilíndrica de suelo confinada cubierta por una membrana impermeable, se sujeta a una presión y luego se carga axialmente hasta que falle.

RADIO DE INFLUENCIA DE UN POZO: Distancia de un punto al punto más cercano al que la superficie piezométrica no baja cuando el bombeo ha producido el gasto máximo estable.

RED DE FLUJO: Es la representación gráfica de las líneas de flujo y las equipotenciales usada en el estudio de los fenómenos de la filtración.

REGIMEN TURBULENTO: Es el tipo de circulación en el que cada partícula de agua se puede mover en cualquier dirección con respecto a cualquier otra, y en el que la pérdida de carga es aproximadamente proporcional a la segunda potencia de la velocidad.

RELACIÓN DE AIRE-HUECOS: La relación de volumen de espacio lleno de aire al volumen total de huecos en una masa de suelo.

RELACIÓN DE CONSOLIDACIÓN: Es la relación de la magnitud de la consolidación a una distancia dada en la superficie de drenaje en un tiempo dado a la magnitud total de la consolidación obtiene en el punto en el que existe un incremento dado de esfuerzo.

RELACIÓN DE CONTRACCIÓN: Es la relación de un cambio de volumen dado, expresado como porcentaje del volumen del material seco, al cambio correspondiente de humedad arriba del límite de contracción, expresado como porcentaje del peso del suelo secado en el horno.

RELACIÓN DE ESTABILIDAD DEL SUELO: Es la relación de la fuerza por unidad de área necesaria para que penetre en la masa de un suelo un pistón circular de 19.35cm2 de sección con una velocidad de 0.07m/s a la necesaria para obtener una penetración correspondiente a un material estándar.

RELACIÓN DE HUECOS: Es la relación del volumen del espacio que ocupan los huecos al volumen de partículas sólidas en la masa de un suelo dada.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN: La carga por la unidad de área a la falla de una muestra prismática de un suelo, en una prueba de compresión simple.

RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN: Carga unitaria necesaria pera producir una producción especificada de un probador o instrumento.

RESISTENCIA ADMISIBLE: La presión máxima que se puede permitir sobre un suelo de cimentación, considerando todos los factores pertinentes con la correspondiente seguridad contra la rotura de la masa del suelo o movimiento de la cimentación de tal magnitud que la estructura se dañe. RESISTENCIA AL CORTE: Es la resistencia máxima de un suelo a los esfuerzos cortantes.

RESISTENCIA ULTIMA DEL TERRENO: Es la carga media por unidad de área necesaria para producir la falla por ruptura de una masa de suelo soportante.

ROCA: Material mineral natural que se presenta en grandes masas o en fragmentos.

ROCA MACIZA: Roca de espesor y extensión relativamente grande en su estado natural.

ROZAMIENTO DE LA PARED: Resistencia al rozamiento movilizada entre un muro y el suelo en contacto con él.

ROZAMIENTO INTERNO: Es la porción de la resistencia al corte de un suelo, indicada por los términos p tanj en la fórmula de Coulomb s = p tanj . Esto se debe a la trabazón de los granos del suelo y la resistencia al deslizamiento entre los granos.

ROZAMIENTO SUPERFICIAL: Es la resistencia por rozamiento desarrollada entre un suelo y una estructura.

SENCIBILIDAD: Es el efecto de remoldear o la consistencia de un suelo cohesivo.

SENCIBILIDAD DE REMOLDEO: Es la relación de la resistencia a la compresión en maestra sin confinar inalterada de suelo a la resistencia a la muestra sin confinar del mismo suelo después de remoldearla sin confinar del mismo suelo después de remoldearla sin alterar la humedad.

SUBBASE: Es una capa que se utiliza en el sistema de un pavimento entre la subrasante y la base, o entre la subrasante y los pavimentos de concreto.

SUBPRESIÓN: Es la presión del agua que obra hacia arriba sobre una estructura.

SUBRASANTE: El suelo preparado y compactado para soportar una estructura o un sistema de pavimento.

SUBSUELO: El suelo situado debajo de una subrasante o terraplén. Es la parte de un perfil de suelos que queda abajo del horizonte.

SUELO COHESIVO: Es un suelo, no estando confinado, tiene considerable resistencia cuándo se ha secado al aire, y tiene una cohesión importante cuando está sumergido.

SUELO DE CIMENTACIÓN: Parte superior de la masa de tierra que soporta la carga de la estructura.

SUELO ORGÁNICO: Suelo con elevada proporción de materia orgánica. En general, los suelos orgánicos son muy compresibles y tienen muy poca resistencia para soportar cargas.

SUELO REMOLDEADO: Suelo al que se le ha modificado su estructura natural por manipulación.

SUELO RESIDUAL: Suelos producidos en el lugar por interperismo del material subyacente.

SUELO SIN COHESIÓN: Un suelo que, cuándo está confinado, tiene poca o ninguna resistencia cuándo está secado al aire, y que tiene poca o ninguna cohesión cuando está sumergido.

SUELO ( TIERRA ): Sedimentos u otras acumulaciones sin consolidar de partículas sólidas producidas por la desintegración física y química de las rocas, y que pueden o no contener materia orgánica.

SUELO TRANSPORTADO: Suelo acarreado del lugar de su origen por el viento, agua o hielo.

SUELOS EXCESIVAMENTE CONSOLIDADOS: Son los depósitos de suelos que han estado sujetos a presiones mayores que la actual producida por los suelos situados encima de ellos.

SUPERFICIE DE LA SUBRASANTE: Es la superficie de la tierra o roca preparada para soportar una estructura o sistema de pavimento.

SUPERFICIE ESPECIFICA: Es el área de la superficie de las partículas de un suelo contenidas en la unidad de volumen.

SUPERFICIE PIEZOMÉTRICA: Es la superficie en la que el agua subiría en una serie de piezómetros.

SUSPENSIÓN DE SUELOS: Mezcla muy diluida de suelo y agua.

TALUD CRÍTICO: Es el mayor ángulo de la horizontal con el que se sostiene sin soporte un banco inclinado de un suelo de una altura dada.

TALUD DETRITICO: Fragmentos de roca mezclados con un suelo al pie de un talud natural del cual se han separado.

TAMAÑO DE LIMO: Es la proporción del suelo más fina que 0.02 mm. y más gruesa que 0.002 mm ( 0.05 mm y 0.005 mm. en algunos casos )

TEPETATE: Mantos de suelos extremadamente densos.

TERMOOSMOSIS: Proceso por el que se hace correr el agua en las pequeñas aberturas de las masas de un suelo debido a diferencias de temperatura dentro de la masa.

TERRAPLEN: Depósitos artificiales de suelos naturales y de materiales de desperdicio.

TIERRA VEGETAL: Suelo superficial que contiene materia orgánica.

TIXOTROPÍA: Es la propiedad de un material que le permite endurecerse en un tiempo relativamente corto al estar en reposo, pero, por manipulación o agitación, cambiar a una consistencia muy blanda o a un líquido de elevada viscosidad, siendo el proceso completamente reversible.

TUBIFICACIÓN: El movimiento de las partículas del suelo provocado por las filtraciones que provocan la formación de conductos.

TURBA: Es una masa de materia orgánica fibrosa en varios grados de descomposición, generalmente de color pardo obscuro a negro o de consistencia esponjosa.

TURBERAS: Superficies a nivel, prácticamente sin árboles, con una vegetación densa que consiste, de modo principal, de yerbas. La superficie del suelo está cubierta con una capa de hierbas podridas parcialmente y de raíces, que por lo general están húmedas y blandas cuándo no están congeladas.

VALOR DE FLUJO:

Nf = tan2 ( 45º + f /2 )

VELOCIDAD DE DESCARGA: Gasto de agua a través de un medio poroso por unidad de área total perpendicular a la dirección de la circulación.

VELOCIDAD DE FILTRACIÓN: Es el gasto del agua de filtración que pasa por un medio poroso por área unitaria del espacio de los huecos, perpendicular a la dirección del flujo.

ZAPATA DE CIMENTACIÓN: La porción de una cimentación de una estructura que transmite las cargas directamente al suelo.

CAPITULO VI ANALISIS DE ESTABILIDAD

6.1 INTRODUCCIÓN

La sección típica de las presas rígidas es la forma trapecial con cimacio en la corona como lo indica esquemáticamente la fig. VI.1. La geometría del cimacio se aproxima a la forma parabolica de un chorro de agua con caída libre.

El objeto de diseñar así, a las estructuras en generales no proporcionar presiones bajas entre la lámina vertiente y el paramento de aguas abajo, con el cual se evitan fenómenos de cavitación y corrosión y además cierto tipo de esfuerzos de la cortina. Los taludes de aguas abajo y aguas arriba y la cortina se fijan al verificar la estabilidad de la misma.    

Fig. VI.1 Sección típica de cortina vertedora rígida.

6.2 FUERZAS QUE ACTUAN:

1 . - Peso propio.

2 . - Presión hidrostática.

3 . - Subpresión.

4 . - Empuje de sedimentos o azolves.

5 . - Fuerzas sísmicas.

6 . - Peso del agua sobre el paramento de aguas arriba.

7 . - Presión negativa entre el manto de agua y el paramento de aguas abajo.

8 . - Rozamiento del agua con el paramento de descarga.

9 . - Choque de olas y cuerpos flotantes.

10 . - Presión del hielo

11 . - Relación del terreno

1 . - PESO PROPIO: Se calculará de acuerdo con el material del banco empleado, pero para fines de anteproyectos, se consideran los siguientes valores, que suelen ser conservadores.    

2 . - PRESION HIDROSTATICA ( Ea ).

Se considera la presión del agua que actúa sobre el paramento de aguas arriba de la cortina.

Cuando el paramento de arriba no sea vertical el empuje del agua que obra normal a ese paramento se descompone para efectos de cálculo de un empuje horizontal y una componente vertical que viene siendo el peso de la cuña de agua. Es claro que el peso del agua se elimina cuando se tiene un talud vertical.

Si la condición de estabilidad de la cortina es derramado con el gasto máximo de diseño, el diagrama de presiones deberá ser el 1 - 2 - 3 - 4 cuyo valor de empuje es:

Ea = p1 + p2 /2 ( H T - H )

P1 = WH ; P2 = W HT

Donde:

P1 = Presión paramento aguas arriba. P2 = Presión paramento aguas abajo. Ea = Presión hidrostática. Ht = espesor de tierra o sedimentos. H = Altura del N.A.M.E. W = Peso específico del agua

El punto de aplicación de este empuje se localiza en el centroide del diagrama trapecial, es decir:

X = h/3 (( 2P1 + P2 ) / P1 + P2 )

Cuando el nivel de agua se considera hasta la cresta vertedora, el diagrama que debe de tomarse será, a b c a, cuyo valor de empuje es:

Ea = Wh2/2

El peso del agua sobre el paramento aguas arriba, cuando este es inclinado favorece a la estabilidad de la cortina y su valor será el área 0-2-4 multiplicada por el peso específico del agua y aplicada a su resultante en el centro de gravedad de la figura VI.2

3 . - SUBPRESIÓN

Es una presión debida al agua de filtración que actúa en la cimentación de la cortina con sentido de abajo hacia arriba, y por lo tanto, es desfavorable a la estabilidad de la cortina.

Para determinar su valor en la cimentación de las presas, se debe de estudiar primeramente lo que se llama " longitud de paso de filtración ". También se indicaran las medidas tendientes a disminuir el valor de la subpresión.

4 . - EMPUJES DE TIERRAS, SEDIMENTOS O AZOLVES ( Et ): Debido a los azolves y acarreos en general, que deposita la corriente de aguas arriba de la cortina, se tendrá una presión sobre el paramento correspondiente que deberá tomarse en cuenta.

Aún cuando existe el canal desarenador, no es posible evitar la mayoría de los casos el depósito de esos materiales, sobre todo el terreno del cauce y también en el margen que no tenga desarenador.

El empuje de estos materiales se valúa en forma aproximada empleando la fórmula de Rankine:

ET = 0.5 g ht2 tan2 ( 45 - f /2 )

donde :

Et = Empuje activo de tierras o sedimentos en Kg. ht = Espesor de tierra o sedimentos, en m. f = Angulo formado por la horizontal y el talud natural de los acarreos. Para la grava f = 34º aproximadamente. g = Peso del material sumergido en el agua.

Este peso g se calcula con la siguiente expresión :

g = g ´ - w ( 1-K ) .

donde :

g ´ = Peso del material fuera del agua o seco en Kg/cm3 w = Peso específico del agua 1,000 Kg/cm3 K = Porcentaje de vacíos del material ( K = 0.30 )

Ahora bien, el depósito de acarreos sobre el paramento de aguas arriba de la cortina, puede formarse en una sola temporada de lluvias, o bien por las características del río, dicho depósito, tarda en algún tiempo en formarse.

Por otra parte los azolves acumulados llegan a tener cierto grado de impermeabilidad, lo cual permite que el recorrido de infiltración, después de formarse el depósito, aumente, comparado con el recorrido inicial que se calculo considerando el terreno natural. Al aumentarse el recorrido de infiltración, disminuye en cierto grado el valor de la subpresión, de acuerdo a la teoría de Blake, y esto es favorable a la estabilidad de la cortina.

Por otra parte, también se tendrá un empuje horizontal que va en contra de la estabilidad de la cortina.

Por lo anterior al analizar o verificar la estabilidad de la cortina, se debe de considerar :

a ) Subpresión , según paso de filtración, con el punto inicial de recorrido, en el nivel superior de azolves.

b ) Subpresión, según el paso de filtración, con el punto inicial de recorrido, en el nivel superior de azolves y empuje de sedimentos.

5 . - FUERZAS SÍSMICAS Como en la mayoría de los proyectos las cortinas suelen ser de poca altura y relativamente de poco peso la fuerza debida de los temblores es despreciable.

Cuando las cortinas llegan a tener altura considerable, el efecto de los temblores deberá tratarse como las cortinas altas para presas de almacenamiento.

6 . - PESO DEL AGUA SOBRE EL PARAMENTO DE AGUAS ABAJO Este peso, es relativamente pequeño y en general suele despreciarse, porque además, actúa a favor de la estabilidad de la cortina.

Su valor, teóricamente se anula, cuando se diseña la cortina con un cimacio Creager o parabólico ya que en estas condiciones, teóricamente la lámina vertiente no ejerce ninguna presión sobre la cortina, puesto que el perfil del cimacio se aproxima a la trayectoria del chorro.

7 . - PRESION NEGATIVA ENTRE EL MANTO DE AGUA Y EL PARAMENTO: Se presenta cuando el manto del agua que se despega del paramento de aguas abajo y no se halla previsto una buena aireación de dicho manto.

Esta presión es debida al vacío que se produce bajo la lámina vertiente, cuando el aire en sitio es arrastrado por la corriente y cuando su magnitud es despreciable en la mayoría de los casos; en otros su valor puede ser tal que ocurran fenómenos de cavitación, corroyendo el paramento de la cortina. En vez de considerar el valor de esta presión en la revisión estructural de la cortina, lo viable es evitar que tengan en el sitio señalado presiones negativas y obviamente esto se logra construyendo un perfil parabólico adecuado.  

8 . - ROZAMIENTO DEL AGUA CON EL PARAMENTO DE DESCARGA : Su valor es pequeño y despreciable, prácticamente se hace nulo por la forma que se adopta para el perfil del dique vertedor.

9 . - CHOQUE DE LAS OLAS Y CUERPOS FLOTANTES Debido al poco "fetch" que se tiene en algunas presas y la poca altura; los fenómenos de oleaje son pequeños y la acción dinámica de las olas no se toman en cuenta. Tampoco el choque de los cuerpos flotantes.

Fig VI.3 Representación gráfica del fetch.

 

10 . - PRESIÓN DEL HIELO La presión del hielo es producida al dilatarse la lámina de hielo combinada con el arrastre del viento.

Es difícil valuar esta presión, por que es función de muchos factores y así se dice que su magnitud depende del espesor de la lámina congelada, de la rapidez con la que se eleva la temperatura, fluctuaciones del nivel del agua, velocidad del viento, así como la inclinación del paramento aguas arriba de la cortina. En México no se consideran esta fuerza por que las heladas no son tan intensas como para congelar el agua de las presas.

11 . - RELACIÓN DEL TERRENO Para que exista la estabilidad de la cortina, bajo cualquier condición de fuerzas horizontales y verticales, que actúan en ella se deberá oponer otra producida por la relación del terreno, que deberá ser igual y contraria a la resultante de la combinación de todas las demás cargas que actúen sobre la cortina. El terreno deberá tener capacidad de carga mayor a la solicitada.

6.3 RECORRIDO DE FILTRACIÓN

La mayoría de las cortinas tanto rígidas como flexibles, corresponden a cortinas sobre cimentación permeable, esto es debido a que se desplantan a poca profundidad del cauce y por lo general en el lecho de los ríos se encuentran materiales como; grava, boleos y cantos rodados que son bastante permeables.

Como las cortinas de poca altura, sus esfuerzos en la cimentación son también relativamente pequeños y pueden ser absorbidos por los estratos superficiales del cauce, por lo que no siempre hay necesidad de prolongar la cortina hacia abajo hasta encontrar un estrato rocoso y casi impermeable y de resistencia muy alta.

Al tener en la cimentación de las cortinas materiales permeables, el agua filtrada produce una presión hacia arriba o subpresión que obra en contra de la estabilidad de la cortina.

La subpresión y el peso propio de las cortinas se combinan dando lugar a un efecto de flotación y por esto a este tipo de cortinas, suelen llamarse flotantes.

Las filtraciones de una cortina dependen fundamentalmente de la carga hidráulica que las origina y de las características físicas de los materiales, por donde el agua efectúa su recorrido de filtración.

Cuando la velocidad del agua filtrada llega a ser suficiente para lavar o arrastrar los materiales de cimentación se origina el fenómeno de tubificación el cual produce asentamientos, disloques, etc. , en general afecta seriamente la estabilidad de la estructura.

Por lo anterior las cortinas sobre la cimentación permeable deberán diseñarse con recorrido de filtración suficientes a fin de que el agua bajo la estructura tenga siempre velocidades bajas para evitar cualquier posibilidad de tubificación.

Aunque se acepten filtraciones en presas, no es por demás recordar que su magnitud en algunos proyectos, pueden ser incrementada notablemente, una vez que se haya construido la cortina, puesto que la carga hidráulica aumente al represarse el agua y por ello en algunas ocasiones, será necesario verificar que el gasto de filtración no afecte al que se pretende derivar.

Esto será más importante a medida que la diferencia entre el gasto de derivación y el gasto de la corriente, sea menor.

El volumen de filtración se calcula empleando la fórmula que expresa la Ley de Darcy :

Q = K i A

donde :

Q = Gasto de filtración en m3 /seg. K = Coeficiente de permeabilidad i = Pendiente hidráulica H / L Carga hidrostática / Long. Rec. de filt. A = Area bruta de la cimentación a través de la cual se produce la filtración sen cm2

Para un problema dado, el coeficiente de permeabilidad deberá determinarse de acuerdo a los métodos establecidos por la mecánica de suelos. La figura anterior muestra los rangos del valor de este coeficiente para varios tipos de suelos y se incluye con el fin de dar una idea aproximada del valor de este concepto. Como se puede observar la permeabilidad varia incluso para el mismo tipo de material.

Para aumentar la longitud de filtración en las cortinas se emplean dentellones, ya sea de concreto o de arcilla, delantales o tapetes de arcilla compactada o mampostería.

Con un sistema de lloraderos se consigue teóricamente cortar el recorrido de filtración hasta el término de la longitud, calculada como necesaria según el criterio empleado, lográndose con ello abatir el diagrama de subpresión.

La magnitud de la fuerza de subpresión que origina las filtraciones en una cortina, se pueden calcular mediante las redes de flujo que se establece en mecánica de suelos; sin embargo, en la mayoría de los casos no se disponen de datos relativos al coeficiente de permeabilidad de los materiales de cimentación y por otra parte un estudio riguroso de las características de estos materiales no es justificable, desde el punto de vista económico para estos proyectos.

Por lo anterior, para el análisis del paso de filtración y subpresiones en las presas, se ha adoptado dos procedimientos empíricos que llevan el nombre de sus autores y son: el método de E. W. Lane, y el de Blight. Estos dos procedimientos han sido empleados en varios proyectos y los resultados han sido satisfactorios.

Las conclusiones más importantes que estableció Lane para el recorrido de la filtración son las siguientes:

I . - La longitud de filtración compensada de la sección transversal de una cortina es igual, a la suma de las longitudes verticales de filtración (Lv) más un tercio de la suma de las longitudes de filtración horizontales ( 1/3 Lh ).

L = 1/3 Lh + Lv = longitud de filtración compensada.  

Se consideran como distancias verticales y horizontales las que tienen una inclinación mayor de 45º y menor de 45º respectivamente.

II . - La relación de carga compensada ( C ) es igual a la longitud total de filtración compensada ( L ) dividida entre la carga hidráulica efectiva ( H ) o sea :

C = L / H Por lo tanto C = 1/3 Lh + Lv / H

III . - Cuando se emplean drenes con filtros invertidos, aliviaderos, o tubos de drenaje como medios para contrarrestar las filtraciones subterráneas los valores que se recomiendan para la relación de carga de filtración ( C ) pueden reducirse hasta un 10%.

IV . - Deberá tenerse cuidado durante la construcción de la cortina para que los dentellones, se unan directamente con sus extremos a fin de que el agua no pueda flanquearlos.

V . - El valor de la subpresión que se debe emplear en un proyecto, puede estimarse considerando que la caída de presión del agua del vaso a la descarga, a lo largo de la línea de contacto entre la cortina y la cimentación, es proporcional a la longitud total de filtración compensada.

Sx = (( Hx - ( Lx / L ) H ) Wa

Donde :

Sx = Subpresión a una distancia " x " . Hx = Carga hidráulica , en el punto " x " = H + H´. Lx = Longitud compensada hasta un punto " x " . L = Longitud compensada total del paso de filtración. H = Carga efectiva que produce la filtración, igual a la diferencial del nivel

hidrostático entre aguas arriba y aguas abajo de la cortina. H´ = Desnivel entre el agua abajo de la cortina y el punto en estudio. Wa = Peso volumétrico del agua.

Tabla de carga de filtración "C"

 

6.4 CRITERIO DE LANE

6.5 ESPESOR DE UN DELANTAL RÍGIDO

Para asegurar la seguridad de los delantales y sampeados, el espesor de los mismos se calcula verificando que su peso, en cualquier punto sea por lo menos igual al valor de la subpresión en dicho punto.

Es decir que si Wm es el punto volumétrico del material del que está hecho el delantal, ( e ) el espesor de la sección en ese punto y SX y la subpresión considerada en un ancho unitario; la igualdad de equilibrio será:

e = Wm = SX ; Teóricamente.

Por lo tanto el valor del espesor, para fines prácticos será:

e = 4/3 SX / Wm

En el caso de considerar el caso de tener un tirante de agua, sobre la sección que se está analizando fig VI.4. el espesor valdrá:

e = 4/3 (SX - H2 Wa ) / Wm

donde :

H2 = Tirante de agua en la sección considerada. Wa = Peso volumétrico del agua.

Fig VI.4. Paso de filtración criterio de E. W. Lane.

 

Lv = ( 1 - 2 ) + ( 3 - 4 ) + ( 5 - 6 ) + ( 7 - 8 ) LH = ( 2 - 3 ) + ( 4 - 5 ) + ( 6 - 7 ) L = C H = 1/3 LH + Lv ; C = ( 1/3 LH + Lv ) / H Lx = 1/3 (( 2 - 3 ) + ( 4 - x ) ) + ( 1 - 2 ) + ( 3 - 4 ) Sx = ( Hx - ( H / L ) Wa = ( ( H + H´ - ( H / L ) Lx ) ) Wa

6.6 CRITERIO DE BLIGTH

Bligth le da la misma efectividad a los recorridos horizontales que a los recorridos verticales y recomienda para C, ( C = L / H ) que es la relación entre la longitud del paso de filtración y la carga.

Condiciones de estabilidad: El análisis de estabilidad de una cortina rígida, de poca altura, se concreta al cálculo de un muro de retención considerando las fuerzas que se han descrito anteriormente y verificando que se cumplan los tres requisitos fundamentales de estabilidad.

I . - Volteamiento

Teóricamente se evita, pasando la resultante dentro de la base; sin embargo se aconseja que caiga dentro del tercio medio de esta o bien que el cociente de dividir la suma de los momentos de las fuerzas verticales (S MFV ) entre la suma de los momentos de las fuerzas horizontales ( S MFH ) sea igual o mayor que el coeficiente de seguridad que se adopte.

S MFV / S MFH > 1.5

2 . - Deslizamiento

Se evitara esta falla cuando el coeficiente de fricción de los materiales en contacto, o sea mayor que el cociente de dividir las fuerza horizontales entre las verticales que actúan en la estructura, y despreciando la resistencia al esfuerzo cortante de los materiales en el plano de deslizamiento, es decir :

S FH / S FH > m

siendo m el coeficiente de fricción.

Si se considera la resistencia al esfuerzo cortante, la condición que se deberá cumplir para evitar esta falla; es dada por la siguiente expresión.

( S Fv m + r s A ) / S FH > K

donde :

m = Coeficiente de fricción. r = Relación del esfuerzo cortante medio al máximo en el plano de deslizamiento. s = Resistencia unitaria al esfuerzo cortante del material A = Area de la sección que se está analizando. K = Factor de seguridad cuyo valor se recomienda que esta comprendido entre 4 y 5.

En la práctica se acostumbra que:

S Fv / S FH> 2 ó 2.5

siendo 2 ó 2.5, el coeficiente de seguridad de deslizamiento.

3 . - Esfuerzo de los materiales.

Se puede presentar una falla de los materiales cuando los esfuerzos a que se estén trabajando, sean mayores que los especificados como admisibles para ellos.

Por lo tanto, esta falla se evitará verificando en cualquier sección de la estructura, se tengan esfuerzos menores que los permisibles. Particularmente, en el plano que se desplante de la estructura, se deberán tener esfuerzos de compresión solamente, ya que el terreno no admite tensiones. Este se consigue haciendo que la resultante de las cargas pase por el tercio medio de la base de sustentación.

Hay que recordar que, para un muro cualquiera, el esfuerzo, debido a un sistema de cargas horizontales y verticales están dado por la siguiente expresión:

f = 

Y que, el valor de los esfuerzos máximos, se obtiene para cuando:

Sustituyendo estos valores en la expresión general del esfuerzo, se tiene :

fmax = ( S Fv / bh ) + ( S Fv e (h/2))/ bh3 / 12

fmax =( S Fv / bh ) + 6S Fv e / bh2

Por lo tanto :

fmax = S Fv / S bh ( 1 + 6e / h )

fmin = S Fv / S bh ( 1 + 6e / h )

donde :

f = Esfuerzo del material en la base de la cortina kg/cm2 A = Area de la sección considerada de ancho unitario, cm2 x = Distancia del eje neutro a la fibra considerada, en cm. IX = Momento de inercia de sección , en cm4 e = Excentricidad de la resultante, en cm. b = Ancho unitarios de la sección en ( 1 metro ) h = Longitud de la sección analizada en cm.

Observando los diagramas de esfuerzos, que se pueden presentar Fig. VI.5 se ve que el diagrama (a) indica únicamente esfuerzos de compresión, es decir que el esfuerzo de tensión, originado por el momento, fue menor que la compresión producida por las cargas verticales.

En el diagrama (b) los esfuerzos de compresión y tensión resultaron ser iguales y finalmente el diagrama © los esfuerzos originados por el momento flexionante resultan ser mayores que los esfuerzos debidos a las cargas verticales. De lo anterior se concluye para que se tenga, esfuerzos de compresión únicamente, como límite deberá tener:

Por lo tanto:

Fig. VI.5 Diagramas de esfuerzos posibles en un muro de retención.

Es decir que, para que tengan únicamente esfuerzos de compresión la resultante de sistemas de fuerzas, deberá pasar cuando más la sexta parte de la base, es decir, el punto de aplicación de la resultante, deberá estar dentro del tercio medio de la base.

En ocasiones las cortinas de mampostería resultan con esfuerzos de tensión lo cual teóricamente no se deben de permitir, no obstante por razones prácticas, se admitirán estas tensiones siempre y cuando no rebasen un valor igual al 10% de la compresión de la mampostería.

6.7 ANÁLISIS DE UNA CORTINA DE CONCRETO

Se analizara una cortina de sección típica en nuestro medio solamente en los análisis de estabilidad para verificar su comportamiento a los empujes del agua y de todos los factores que intervienen en ella, para poder diseñar posteriormente la altura y la base que se está proponiendo.

Se presentan una serie de fórmulas, para darnos un panorama más amplio del análisis para el funcionamiento de la cortina.

Ea = P1 + P2/2 ( HT + H ) Empuje activo de la cortina P1 = wh Presión superior del agua P2 = whT Presión inferior del agua Ea = wh2 / 2 Empuje activo del material x = 1 / 3 h. Distancia de los empujes Empuje de tierras y sedimentos:

Et = 1 / 2 g HT2 Tan2 ( 45 - f / 2 )

Fuerzas sísmicas.

Qmax = 50 m3 / seg. Gasto máximo.

g H2O = 1000 Kg / m3 Peso volumétrico del agua.

g v Azol = 1900 Kg / m3

Peso vol. del azolve vertical. g h Azol = 1360 Kg / m

3 Peso vol. del azolve horizontal.

g CONCR = 2200 Kg / m3

Peso volumétrico del concreto. VVIENTO = 120 Km / h Velocidad del viento. Fetch = 1.78 Km. Longitud del fetch.

Primer tanteo, de la altura de la ola ( fórmula de wolf )

Ho = (0.005 v - 0.068 )

Ho = ( 0.005 * 120 - 0.068 ) 

Ho = 0.7098 m.

Cálculo del bordo libre:

BL = 2.33 Ho

BL = 2.33 ( 0.7098 )

BL = 1.6538 m.

Calculo del N.A.M.E.

Q = CLH3/2

; Para presas ( 1.7 < C < 2 )

Despejando H ;

H = Q / CL2/3

H = 50 / 2(100 ) 2/3

H = 0.3969 m.

ESQUEMA DE LA PRESA:

TABLA DE CALCULOS DE LA CORTINA

1ª CONDICION

S Fact < S Fres S Fact = S Fh = 597.08 TON. S Fres = S Fv = 1053.16 TON.

597.08 < 1053.16 ; no hay volteo.

Factor de seguridad contra volteo :

Fs =  =  = 5.4048 ;

si se cumple las condiciones de estabilidad por gravedad y diseño.

Resistencia al rozamiento : m = 

m =  = 0.5669 REAL.

Resistencia a la fricción : Rf = m S Fv

Rf = 0.5669 x 1053.16 Rf = 597.08 TON.

FsR =  =  = 1.7639 ;

Se recomienda poner dentellones al principio y en el transcurso de la base.

Empuje de los azolves: Teniendo en cuenta que casi todas las corrientes llevan una cantidad apreciable de material tanto en sus gastos normales, como en los máximos y cuando los materiales se interceptan en la cortina dichos materiales entran eventualmente en el vaso depositándose aguas arriba de la presa.

I . - Deposito de material de acarreo ( Cantos rodados, gravas, etc. ) II .- Depósito de material de acarreo en suspensión ( gravas y arenas ) III . - Depósito de material fino en suspensión ( arenas, arcillas, limos )

RESISTENCIA AL CORTE :

Rc =  > 2

donde :

b = área de la sección de ancho unitario. 2 = 2 kg/cm2 = 20 ton/m2

Rc =  = 2.32

Rc = 2.32 > 2 ; correcto

Comprobación de que no se producirán esfuerzos de tensión en el cuerpo de la cortina.

Como condisión se tendrá que que R de todas las fuerzas deberá caer dentro del tercio medio de la base de la sección de la cortina y se asegura que no hay tensiones dentro de la cortina.

MR = Rd

d = MR / R = 

d = 

d = - 16.52 m.

tan q =  = 2.2271

q = tan-1 1.76

q = 60.4493º

x =  = 18.9924 m

18.99 > 13.23 R queda dentro del tercio medio, condición para que el cuerpo de la cortina no soporte tensiones.

Calculo de esfuerzos: Los esfuerzos que se produzcan se determinaran con la fórmula de la escuadría como sigue.

f = N/A + 6e/b

donde :

N = Fuerzas verticales producidas por la sección de la cortina inc. peso propio.

A = Area de la base de la cortina. e = Excentricidad. b = base de la cortina.

e =  m

f = 1053.16/39.69 + ( 6 * 0.855/39.69) f1 = 29.9656 Kg/cm2 f2 = 23.1037 Kg/cm2 f1 y f2 Esfuerzos en la base de la cortina

Diagrama de cálculo de esfuerzos