PRESAS DE MATERIALES�SUELTOS: TIPOLOGÍAS�

Eduardo Salete

Quel que soit le soin que l’on prenne pour se documenter, il faudrait se garder d’en conclure qu’on sera à l’abri de tout risque, si l’on copie ce qui s’est fait ailleurs. Il est toujours très difficile de connaître exactement ce qu’ont fait les autres, et l’on risque de copier les fautes: s’inspirer uniquement des précédents conduit, en matière de barrages aussi bien que pour les autres ouvrages hydrauliques, à de lourdes erreurs.

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“Journal de Génie civil “ (1930)

André Coyne (1891-1960)

Ingénieur de Ponts et Chaussées

En las cerradas con presencia de terrenos arcillosos están indicadas las presas de “tierra” o de “escollera” y la “fábrica” debe reservarse para suplir a la piedra.

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Clemente Sáenz G. (1897-1973).

Ingeniero de Caminos C. y P.

PRESAS DE�MATERIALES�SUELTOS�

E. Salete

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• GENERALIDADES
• TODO UNO
• DESCRIPCIÓN
• DRENES
• NÚCLEO DIFERENCIADO
• DESCRIPCIÓN
• NÚCLEO VERTICAL Y NÚCLEO INCLINADO
• GRIETAS
• FILTROS
• ESCOLLERA CON PANTALLA DE HORMIGÓN
• DESCRIPCIÓN
• PANTALLA Y PLINTO
• ESCOLLERA CON PANTALLA FLEXIBLE
• DESCRIPCIÓN
• PROBLEMÁTICA
• ENSAYOS

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La presa

GENERALIDADES

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• Razones:
• Cimiento poco competente
• Costo

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• Vamos a construir una “montaña artificial”
• Hay que buscar el mínimo costo

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• Diferentes tipologías

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• Funciones de los materiales
• Impermeabilidad y
• Resistencia

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E. Salete

TIPOLOGÍAS: �“TODO UNO”

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• Se establece una red de filtración:
• Presiones intersticiales
• Talud > Talud estricto

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E. Salete

La permeabilidad debe ser K ≤ 10^-5 m/s

Puede haber ARENA pero los huecos deben estar rellenos con ARCILLAS o LIMOS (30-40%).

TIPOLOGÍAS: �“TODO UNO”

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• Necesidad de disponer drenes
• Talud sin drenaje 3 ~ 6 veces talud con drenaje

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E. Salete

TIPOLOGÍAS: �“TODO UNO”

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• Compactación por tongadas horizontales
• Anisotropía en la permeabilidad

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• Una solución es disponer drenes chimenea
• Inclinados
• Verticales
• Durante la compactación pueden colmatarse

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E. Salete

TIPOLOGÍAS: “TODO UNO”

E. Salete

TIPOLOGÍAS: “TODO UNO”

E. Salete

Presa de Finisterre (1977)

Río Algodor

Altura 33,50 m

Longitud coronación 681

Ancho de Coronación 8

Embalse 133 hm³

Ing. E. de Castro

Aliviadero

TIPOLOGÍAS: “NÚCLEO DIFERENCIADO”

• La función impermeabilizante la realiza un núcleo (arcilla, limos incluso con inclusión de elementos de cierto grueso).
• El núcleo será vertical o inclinado.
• El núcleo separa dos espaldones: aguas arriba y aguas abajo.

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• El espaldón de aguas abajo debería ser muy permeable.
• Pero hay que utilizar los materiales disponibles, aunque sean poco permeables. Si así fuera habría que disponer drenes.
• En general hay que poner filtros para impedir que los finos pasen de una zona a otra. Suelen ser imprescindibles entre el núcleo y el dren inmediato. Pueden no ser necesarios en otras zonas cuando su granulometría cumpla ya la condición de filtro.

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• En el espaldón agua arriba, una impermeabilidad alta puede exigir un talud más suave, para asegurar la estabilidad al descender bruscamente el nivel del embalse.

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• Ambos espaldones han de ser estables en todas las hipótesis:
• Durante la construcción
• A embalse vacío
• Con embalse lleno
• En desembalse rápido.

E. Salete

CONSIDERACIONES GENERALES

TIPOLOGÍAS: �“NÚCLEO DIFERENCIADO”

E. Salete

Espesor de núcleo

• Muy estrecho: Poca impermeabilidad, posible fisuración.
• Muy ancho: Mayor talud y volumen de presa.

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Recomendaciones para núcleos de arcilla (Sherard)

• Espesor abajo ~ 50% de la altura.
• Espesor arriba 5 ~ 6 m

( UA C o E recomienda 7,5 m por facilidad de compactación)

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En el 90% de las presas españolas el espesor está entre 45 y el 50% de la altura.

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Para núcleos de limo el espesor debe ser mayor, pues este material no tiene cohesión siendo fácilmente arrastrable por la filtración.

James L Sherard

(1906 - 1994)

Civil Engineer

IMPERMEABILIDAD ⇾ NÚCLEO

RESISTENCIA ⇾ ESPALDONES

TIPOLOGÍAS: �“NÚCLEO DIFERENCIADO”

E. Salete

IMPERMEABILIDAD ⇾ NÚCLEO

RESISTENCIA ⇾ ESPALDONES

TIPOLOGÍAS: “NÚCLEO DIFERENCIADO”

E. Salete

TIPOLOGÍAS: “NÚCLEO DIFERENCIADO”�GRIETAS LONGITUDINALES.

E. Salete

• Se forman al llenar y vaciar el embalse.
• En general no son peligrosas, por no comunicar aguas arriba con aguas abajo.

Presa de canales

Fecha 1975-1980

Río Genil

Altura s/ cimientos 156

Altura s/ cauce 146

Longitud coronación 340

Ancho de Coronación 19

Ing. Guillermo Bravo

Guillermo Bravo

Ing. de Caminos C. y P.

TIPOLOGÍAS: “NÚCLEO DIFERENCIADO”�GRIETAS TRANSVERSALES.

E. Salete

• Pueden originar filtraciones.

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• Problemas en caso de erosión por la filtración.

TIPOLOGÍAS: “NÚCLEO DIFERENCIADO”:�GRIETAS HORIZONTALES.

E. Salete

• Difícilmente observables.
• Muy peligrosas.

TIPOLOGÍAS: “NÚCLEO DIFERENCIADO”

• Da presiones mayores que el inclinado en contacto con el cimiento (ventajoso para la impermeabilidad).
• Para igual volumen, el núcleo vertical da mayor espesor e impermeabilidad.
• Si se prevé la posibilidad de tener que inyectar el núcleo después de construida la presa, el vertical permite hacerlo desde coronación sin vaciar el embalse; no así el núcleo inclinado (salvo empleando sondas inclinadas, lo que da mayor longitud y es más caro y con posibilidad de salirse con la sonda fuera del núcleo, comunicando con el agua del embalse.

• Puede originar problemas de fisuración por deformación.
• Permite construir el resto de la presa con sus taludes naturales sin preocuparse del núcleo, cuya construcción puede ir retrasada en altura (muy ventajoso en regiones lluviosas).
• Con el núcleo vertical, en cambio, los espaldones han de preceder con una altura muy escasa al núcleo para que el vertido de material no lo tape.
• Permite inyectar el cimiento mientras se sigue construyendo el núcleo y el espaldón.
• Es más fácil la construcción de los filtros, al ser inclinados, lo que suele permitir hacerlos más estrechos.

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E. Salete

• En cuanto al volumen total de la presa, suele haber poca diferencia entre ambos tipos.
• El núcleo inclinado, en espaldones con cohesión, permite un talud más fuerte del paramento de aguas abajo que el núcleo vertical (libera mejor las presiones intersticiales).
• A cambio, el núcleo inclinado exige un talud aguas arriba más tendido (estabilidad desembalse rápido).
• Ambos efectos se suelen compensar ⇒ Volúmenes de presa similares.
• El volumen mínimo teórico se obtiene cuando el núcleo está en una posición tal que el coeficiente de seguridad al deslizamiento resulta ser el mismo en ambos paramentos .

NÚCLEO VERTICAL

NÚCLEO INCLINADO

TIPOLOGÍAS: “NÚCLEO DIFERENCIADO”

• Diseño del filtro:
• 1 . D₁₅ (filtro) > 5D₁₅ (material protegido)
• 2 . D₁₅ (filtro) < 5 D₈₅ (material protegido )
• 3 . Cuando el material protegido contenga un gran porcentaje de grava, en el filtro deberá retirarse el rechazo del tamiz de una pulgada.
• 4 . Los filtros no deben de tener más del 5 % de finos que pasan por el tamiz 200 y estos finos deben ser poco cohesivos.

Estas normas son conservadoras y adecuadas para cualquier tipo de material.

• Definiciones:
• D₁₅ es el tamaño del tamiz por el que pasa el 15% en peso del material.
• D₈₅ es el tamaño del tamiz por el que pasa el 85% en peso del material

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• En algunos casos no se encontrará material para realizar un único filtro y se requerirá más de una capa. En estas situaciones se sigue el mismo criterio y el filtro más fino se considera como material de base para la selección de granulometría del material más grueso.

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• Cuanto más delgado sea el filtro, tanto más exigentes debemos ser. Por eso se prefiere, normalmente, hacerlos anchos para ganar seguridad y facilitar la ejecución.

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E. Salete

Condiciones que debe cumplir un filtro:

• Debe ser de material mucho más permeable que el material que protege.
• Debe de ser suficientemente fino con el objeto de impedir el paso a través de los poros de las partículas del material protegido. (Terzaghi, 1922)

D₁₅ (filtro)/ D₈₅ (mat prot) < 5 < D₁₅ (filtro) / D₁₅ (mat prot)

FILTROS

Victor de Melo

(1927-2009)

Engenheiro Civil

TIPOLOGÍAS: “NÚCLEO DIFERENCIADO”

E. Salete

Portodemouros (1967)

91 m de altura

460 m coronación

297 hm3

Río Ulla

Producción eléctrica (Fenosa)

Proyecto: Guitar, De Miguel y Platero

Escollera gruesa

TIPOLOGÍAS: “NÚCLEO DIFERENCIADO”

E. Salete

Mularroya (2010-)

Río Grío

Recibe agua también del Jalón

(12,8 km túnel 2,90x2,90)

89,50 m de altura

Necesidad de adaptarse al material

disponible

Arcillas

Limolitas y arcillas

Gravas

Escollera

Filtro

Filtros

Dren

Arcilla

Limolitas y arcillas

TIPOLOGÍAS: “NÚCLEO DIFERENCIADO”

E. Salete

Presa de

Mularroya

TIPOLOGÍAS: “NÚCLEO DIFERENCIADO”

E. Salete

Núcleo de Limos

Valdepatao (2011-)

Barranco de Valdepatao

35,5 m de altura

481,9 m de coronación

8 m anchura de coronación

Malvecino (2003)

Barranco de Malvecino

Acequia de Cinco Villas

26 m de altura

710 m de coronación

Hidroeléctrico y regadío

PRESAS DE MATERIALES SUELTOS :�PRESAS DE ESCOLLERA �CON PANTALLA .

E. Salete

PANTALLA DE HORMIGÓN

PERFORACIÓN CORTINA DE INYECCIONES

EL PLINTO

J. Barry Cooke

(1915-2005)

Civil Engineer

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Concrete Face Rockfill Dam (CFRD)

PRESAS DE MATERIALES SUELTOS :�PRESAS DE ESCOLLERA CON PANTALLA .

E. Salete

PANTALLA DE HORMIGÓN

Barry Cooke, escalando la losa de la presa de Yacambú a los 90 años de edad

Presa Limón (Perú)

2010

43 m de altura

320 m coronación

400 Gwh/año

150.000 ha

Río Huancabamba

Junta vertical

Plinto y bordillos

PRESAS DE MATERIALES SUELTOS .�

E. Salete

PANTALLA MEMBRANA y

PANTALLA ASFÁLTICA

Martín Gonzalo

1987

55,67 m altura

240 m coronación

Grauwacas

Arroyo Martín Gonzalo

Junta vertical

Asfalto: Casi «a la carta»

(E entre 1 y 10)

PRESAS DE MATERIALES SUELTOS :�

E. Salete

PANTALLA MEMBRANA y

PANTALLA ASFÁLTICA

PRESAS DE MATERIALES SUELTOS :�

• Mezcla bituminosa en caliente: combinación de un ligante hidrocarbonado y áridos (incluyendo el polvo mineral) y eventualmente aditivos, de manera que todas las partículas del árido queden recubiertas por una película homogénea de ligante. Su proceso de fabricación implica calentar el ligante y los áridos (excepto eventualmente el polvo mineral de aportación) y se pone en obra a temperatura muy superior a la del ambiente.

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• Áridos: partículas minerales procedentes del machaqueo de gravas o rocas que suelen suministrarse en varias fracciones con granulometrías bien definidas.

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• Betún: ligante hidrocarbonado que viene definido por su penetración.

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• Polvo mineral: parte del conjunto de fracciones granulométricas cernida por el tamiz 0,063 mm (UNE-EN 933-2).

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• Riego de imprimación: aplicación de un ligante bituminoso sobre una base no asfáltica que sirva de preparación para cualquier tratamiento. El objeto de la imprimación es obtener los huecos capilares por penetración del material, consiguiendo así la impermeabilización de la superficie y facilitar la adherencia con el tratamiento posterior o la extensión de una capa bituminosa superpuesta.

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• Riego de adherencia: aplicación de un ligante bituminoso sobre una superficie bituminosa existente, previamente a extensión sobre esta de otra capa bituminosa, para asegurar una perfecta unión entre la capa antigua y la nueva capa.

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• Fibras de celulosa: adición utilizada para dar estabilidad a la mezcla de la capa impermeable. No influye en las características químicas de la mezcla, pero si en las físicas, disminuyendo la fluencia la mezcla y posibilitando su puesta en obra pese a la dotación de betún.

E. Salete

PANTALLA MEMBRANA y

PANTALLA ASFÁLTICA

TÉRMINOS

PRESAS DE MATERIALES SUELTOS :�

• Recepcion de material a la entrada de la coronación del cuerpo de presa.
• Vertido de material en la tolva de alimentación del cabestrante.
• Vertido desde la tolva del cabestrante al carro de suministro de la extendedora.
• Alimentación de la tolva de la extendedora con el carro de suministro.
• Extensión del material en el cuerpo de presa.
• Compactación.

E. Salete

PANTALLA MEMBRANA y

PANTALLA ASFÁLTICA

PROCESO

Extendedoras y cabestrante

Compactadoras

Juntas en caliente (entre banda y banda de trabajo): este tipo de juntas se generan en el contacto de bandas continuas de ejecución en días seguidos. Se aplica un riego de adherencia en la banda ejecutada en el día anterior o ese mismo día y se dispone la banda de trabajo a continuación.

E. Salete

PRESAS DE MATERIALES SUELTOS :�

Juntas en frio (entre bandas ejecutadas con mas de 4 días de diferencia): se realiza un precalentamiento de la superficie de contacto de la banda ejecutada con anterioridad, a continuación se aplica un riego de adherencia y la mezcla asfáltica de la nueva banda. Después se realiza una compactación con martillo eléctrico.

PANTALLA MEMBRANA y

PANTALLA ASFÁLTICA

E. Salete

PRESAS DE MATERIALES SUELTOS :�

Juntas con paramentos verticales de hormigón (junta de cobre): este tipo de juntas se generan entre la pantalla asfáltica y paramentos verticales como obras de fabrica, estructuras in situ, obras prefabricadas de hormigón. En nuestro caso a ambos lados del desagüe de fondo y en el lado izquierdo del aliviadero (contacto aliviadero-cuerpo de presa).

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Es necesario realizar en el área de contacto de la pantalla con el paramento vertical un ligero abujardado de la superficie (entre 2-5 mm) para posteriormente anclar a este paramento el conjunto lamina de cobre + neopreno +chapa de acero para fijación + producto de sellado

PANTALLA MEMBRANA y

PANTALLA ASFÁLTICA