4.4.4.1. Cimentación de las Presas. 4.4.4.1. Cimentación de las Presas.
Una gran presa es, casi siempre, una obra singular, adaptada a la morfología y Una gran presa es, casi siempre, una obra singular, adaptada a la morfología y
resistencia del cimiento, así como al régimen hidrológico del río. Tanto la presa como el resistencia del cimiento, así como al régimen hidrológico del río. Tanto la presa como el agua retenida en ella interactúan con una gran masa de terreno, de dimensiones muy agua retenida en ella interactúan con una gran masa de terreno, de dimensiones muy superiores, la mayoría de las veces, a las de la propia presa. El diseño y la construcción superiores, la mayoría de las veces, a las de la propia presa. El diseño y la construcción de una presa son, en
de una presa son, en principio, compleos y austados a cada caso, muy principio, compleos y austados a cada caso, muy difíciles dedifíciles de tipi!car. "ero e#isten ciertas reglas generales $ue pueden aplicarse, y de hecho se tipi!car. "ero e#isten ciertas reglas generales $ue pueden aplicarse, y de hecho se aplican, dentro de cada tipo de presas, utili%ando los precedentes de presas anteriores, aplican, dentro de cada tipo de presas, utili%ando los precedentes de presas anteriores, incluso para e#trapolarlos.
incluso para e#trapolarlos.
E#iste una &ta#onomía' de los diferentes tipos de presas, basada tanto en la forma E#iste una &ta#onomía' de los diferentes tipos de presas, basada tanto en la forma como en el material base para la construcción de la cortina de la presa( bóveda, arco) como en el material base para la construcción de la cortina de la presa( bóveda, arco) gravedad, gravedad *concret
gravedad, gravedad *concreto vibrado o vibrado convencional ++, concreto compactado conconvencional ++, concreto compactado con rodillo -++, relleno duro hard!ll, materiales sueltos *enrocamiento o suelos, con rodillo -++, relleno duro hard!ll, materiales sueltos *enrocamiento o suelos, con núcleo de arcilla E+-/, con cara de concreto +0-/, con cara asf1ltica 20-/, otros núcleo de arcilla E+-/, con cara de concreto +0-/, con cara asf1ltica 20-/, otros materiales varios *madera, metales, geosintéticos3. "or ra%ones técnicas y
materiales varios *madera, metales, geosintéticos3. "or ra%ones técnicas y
económicas, en cada época se ha tendido a preferir unos tipos de presas sobre otros. económicas, en cada época se ha tendido a preferir unos tipos de presas sobre otros. /e forma general se puede a!rmar $ue el arte de las presas tiende a evolucionar en el /e forma general se puede a!rmar $ue el arte de las presas tiende a evolucionar en el tiempo pre!riendo los tipos de presa $ue(
tiempo pre!riendo los tipos de presa $ue(
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• re$uieren menos mano de obra y pueden mecani%arse m1s, utili%ando lare$uieren menos mano de obra y pueden mecani%arse m1s, utili%ando la
tecnología disponible en cada época. tecnología disponible en cada época.
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• 4impli!can lo m1s posible la bús$ueda de materiales.4impli!can lo m1s posible la bús$ueda de materiales.
5ay unas condiciones generales para el terreno de cimentación de una presa de 5ay unas condiciones generales para el terreno de cimentación de una presa de cual$uier tipo(
cual$uier tipo(
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• 6a cimentación debe ser su!cientemente resistente *por sí misma o después de6a cimentación debe ser su!cientemente resistente *por sí misma o después de
tratada para $ue la presa sea estable tratada para $ue la presa sea estable
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• 4us deformaciones bao las cargas del agua y del propio peso de la presa deben4us deformaciones bao las cargas del agua y del propio peso de la presa deben
ser compatibles con las deformaciones de la propia presa. ser compatibles con las deformaciones de la propia presa.
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• 6a cimentación debe ser su!cientemente impermea6a cimentación debe ser su!cientemente impermeable *por sí ble *por sí misma o despuésmisma o después
de tratada para completar la función de
de tratada para completar la función de contención y almacenamiento de aguacontención y almacenamiento de agua de la presa.
de la presa.
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• En caso de sismo la presa debe mantener su función de retención del agua delEn caso de sismo la presa debe mantener su función de retención del agua del
embalse, aun$ue pueda sufrir algún
embalse, aun$ue pueda sufrir algún daño parcial.daño parcial.
-esumiendo podríamos decir $ue el terreno de cimentación debe ser su!cientemente -esumiendo podríamos decir $ue el terreno de cimentación debe ser su!cientemente resistente y su!cientemente impermeable. "or su parte la presa debe contener el agua, resistente y su!cientemente impermeable. "or su parte la presa debe contener el agua, con un
con un factor de seguridad su!ciente ante un desli%amiento global, y acomodarse a factor de seguridad su!ciente ante un desli%amiento global, y acomodarse a laslas deformaciones del terreno sin dear de prestar servicio. 6as necesidades, respecto a la deformaciones del terreno sin dear de prestar servicio. 6as necesidades, respecto a la resistencia del terreno y a la magnitud de su deformación admisible, son diferentes resistencia del terreno y a la magnitud de su deformación admisible, son diferentes para cada tipo de presa.
para cada tipo de presa.
/e forma general puede a!rmarse $ue las presas de concreto *y las de enrocamiento /e forma general puede a!rmarse $ue las presas de concreto *y las de enrocamiento con cara de concreto, +0-/ re$uieren cimentaciones, total o parcialmente, en roca con cara de concreto, +0-/ re$uieren cimentaciones, total o parcialmente, en roca mientras $ue las de materiales sueltos pueden cimentarse en suelos.
mientras $ue las de materiales sueltos pueden cimentarse en suelos.
4e acepta como norma de buena pr1ctica proponer los valores de las propiedades m1s 4e acepta como norma de buena pr1ctica proponer los valores de las propiedades m1s importantes del terreno de la cimentación de una presa re!riéndolas a ciertos índices importantes del terreno de la cimentación de una presa re!riéndolas a ciertos índices
de calidad *%oni!caciones geotécnicas, velocidad sísmica de las ondas ", grado de intemperismo.... Estas propiedades son principalmente la permeabilidad *e#presada frecuentemente en unidades 6ugeon, la resistencia a esfuer%o cortante del cimiento *en la mayoría de los casos la cohesión y ro%amiento del maci%o rocoso y7o de las untas predominantes y la deformabilidad del terreno.
4.4.4.1.1. Tipos de Cimentación: Rocas, Limo Arcillas, Saturadas, Dentellones, etc.
6a cimentación de la presa comprende el lecho del cauce así como los estribos. 6a cimentación debe proporcionar apoyo estable para el cuerpo de la presa en
condiciones de saturación y diferentes cargas actuantes *"eso de la presa, empue del agua almacenada, componente hori%ontal del sismo, etc.8 así como tener una elevada resistencia a la !ltración para evitar una pérdida e#cesiva de agua.
6as cimentaciones se pueden clasi!car en 9 tipos(
• b.: +imentación de roca.
• b.; +imentaciones grava y arena. • b.9 +imentaciones de limo y arcilla.
E#iste un cuarto tipo representado por los depósitos <uvioglaciares, <uvioaluviales, coluviales, aluvial. +ompuestos por lentes interestrati!cados o estratos irregularmente estrati!cados compuestos por capas de arena, arcilla, arena !na, gravas de e#tensión y espesor variables.
TRATAMI!T" D LA CIM!TACI"!
= El tratamiento mínimo para cual$uier cimentación consiste en la limpie%a del 1rea de cimentación de la capa super!cial org1nica y otros materiales inadecuados y si la capa super!cial es relativamente delgada, se limpia hasta la roca !a.
= +uando no se emplee un dentellón, siempre debe proyectarse una %ana para unir la %ona impermeable del cuerpo de la presa a la cimentación. El ancho mínimo es de >.? m.
CIM!TACI"! ! R"CA
. El principal problema $ue afecta las cimentaciones de roca, son las !ltraciones $ue ocurren a través del sistema de grietas, diaclasas, planos de estrati!cación y planos de fallas.
. 6as medidas correctivas $ue se adoptan para disminuir el <uo de agua a través de la cimentación son(
• +onstrucción de un colchón impermeable aguas arriba del pie de presa. • "antalla de inyecciones de una sola línea.
• 6as inyecciones por su costo deben aplicarse para casos especí!cos cuando se
tengan altas !ltraciones y no se pueda construir un colchón o blan@et impermeable.
PR"#LMAS ! LA CIM!TACI"! ! $RA%A & AR!A 2. "roblemas en cimentaciones de grava y arena
= "érdidas signi!cantes de agua a través de la cimentación. = 0enómenos de tubi!cación.
= 0enómenos de 6icuación de arenas limpias saturadas *generalmente !nas y
C. Tu'i(cacion
E#isten dos tipos de falla por tubi!cación(
En la primera, la falla ocurre por un levantamiento repentino de la cimentación en el pie aguas abao de la presa y generalmente ocurren en la primera ve% $ue se llena el vaso.
En la segunda, la falla ocurre por un proceso lento y acumulativo de erosión subterr1nea, después $ue la presa ha estado en servicio un tiempo.
+omo es difícil determinar cu1ndo una tubi!cación va a producir falla, se recomienda proyectar la estructura para $ue no se produ%ca la tubi!cación.
• El ancho mínimo C es A m. para permitir la operación del e$uipo mec1nico. • En el caso $ue los dentellones no alcancen el material impermeable por ra%ones
económicas, se pueden construir dentellones de arcilla parciales, pero deben tenerse en cuenta lo siguiente(
• Un dentellón $ue se profundice el A? B de la profundidad del estrato
permeable, solamente reducir1 el ;AB de las !ltraciones. "ara reducir el A?B del volumen de !ltraciones es necesario profundi%ar hasta el D?B de la
profundidad del estrato permeable.
• Un dentellón parcial puede ser efectivo estratos super!ciales permeables de
una cimentación interestrati!cada. #lan)et de material impermea'le
.Es una capa construida como una prolongación de la %ona impermeable de la presa, hacia el lado aguas arriba. El blan@et o colchón se usa cuando el espesor del material permeable hace antieconómico llevar el dentellón hasta la roca o material
impermeable.
. 4e emplean también combinados con dentellones parciales.
.4on efectivos para disminuir el volumen de las !ltraciones, pero no se puede con!ar $ue reducir1n completamente las fuer%as de !ltración y evitar las fallas por
tubi!cación.
.El espesor del blan@et se puede considerar el :?B de la carga hidr1ulica sobre este, con un espesor mínimo de :.?? m.
.6a longitud ser1 calculada considerando el porcentae de disminución de pérdidas de !ltración $ue se desea obtener. 6a meor manera de calcular la longitud de un blan@et ser1 por tanteos, tra%ando redes de <uo con diferentes longitudes y determinando la e#tensión del blan@et $ue permita obtener la !ltración deseada.
. También, la longitud del Clan@et se obtiene aplicando la fórmula de /achler y +ambefort.
*iltros + #lan)et de drenae:
. 4e colocan aguas arriba de la cimentación permeable con el obeto de permitir la descarga de las !ltraciones y controlar la ocurrencia de fallas por tubi!cación. . 4e incluyen Clan@et hori%ontal de drenae en los siguientes casos(
• +imentaciones permeables relativamente homogéneas $ue no tienen
dentellones efectivos de arcilla.
• +imentaciones permeables cubiertas por capas delgadas impermeables.
Tienen la función de recoger y evacuar el agua de !ltración captada por el blan@et permeable a través de un tubo de descarga e#terior. 6os drenes son tubos de >' de di1metro mínimo.
/renes de talón y %anas de drenae
Tienen la función de recoger y evacuar el agua de !ltración captada por el blan@et permeable a través de un tubo de descarga e#terior. 6os drenes son tubos de >' de di1metro mínimo.
"ara evitar la ocurrencia de fenómenos de erosión interna se recomienda $ue la profundidad de los po%os debe ser igual a la carga hidr1ulica del reservorio.
4i el estrato impermeable es igual o mayor $ue la carga hidr1ulica del reservorio, no necesita tratamiento de la cimentación para evitar la tubi!cación.
4i el estrato impermeable es menor $ue la carga hidr1ulica del reservorio y adem1s es muy grueso para proyectar %anas de drenae, o la cimentación permeable est1
estrati!cada, entonces es necesario instalar po%os de drenae. TRATAMI!T" ! LA CIM!TACI"!
! LIM" & ARCILLA
6a solución m1s pr1ctica para las cimentaciones de limo y arcilla saturadas es diseñar presas con taludes m1s inclinados, con el propósito de aumentar la super!cie de
desli%amiento, y disminuir los esfuer%os cortantes $ue actúan en ella, para incrementar el factor de seguridad contra desli%amiento.
ateriales
Teniendo en cuenta los materiales disponibles, el proyectista debe estudiar varias secciones de presas considerando la inclusión de los suelos $ue podrían e#plotarse para la construcción.
El diseño de la estructura así como el an1lisis de los costos para cada caso, permitir1 seleccionar la alternativa económica.
"or eemplo, si se tienen dos tipos de materiales para conformar la estructura de la presa( una arena arcillosa y un limo de baa plasticidad8 el ingeniero proyectar1 una sección homogénea con la arena arcillosa, considerando un !ltro en el pie del talud aguas abao, lo cual debe dar a la estructura una aceptable estabilidad, si se asume $ue la cimentación es una roca sana poco agrietada.
/e otro lado el proyecto de la presa considerando el limo de baa plasticidad debe tener un !ltro vertical unido a otro en la base, dado $ue este material es susceptible a la tubi!cación.