Tecnicas basicas de Diseño de Presa de Tierra

1. TECNICAS BASICAS DE DISEÑO DE PRESA DE TIERRA
CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA
Una de las primeras tareas en el Diseño de una Presa, es la definición del tipo de Presa. La
mejor selección del tipo de presa para un lugar en particular considera: las diferentes
características a cada tipo, físiografía del lugar, ubicación de material, la adaptación al
propósito de la presa al que se supone será útil y su costo. La selección final del tipo de
presa será generalmente hecha después de considerar todos esos factores. Usualmente el
factor más importante en la selección del tipo de presa será en el costo de construcción.
Es indudable, que uno de los factores que encarecen el costo de la presa, es la
disponibilidad de materiales que se requieren. Las investigaciones hechas para la
identificación de los lugares de préstamo de materiales, para el núcleo impermeable, roca
para la protección de los taludes, filtro para la carpeta de drenaje y agregados para el
concreto, han permitido verificar la selección de una presa de tierra zonificada con material
disponible en la Zona.
Información básica
1.- Sección geofísica del eje de la presa.
2.- Plano topográfico de zonas de emplazamiento.
3.- Resultado de ensayos de Mecánica de Suelos cantera impermeable.
c.1. Clasificación SUCS
c.2. Límites de plasticidad (Attemberg), peso específico
c.3. Proctor
4.- Informe del estudio geológico y geotécnico.
5.- Informe de Hidrología.
Ancho de la Corona
El ancho de la corona de la presa depende de muchos factores tales como:
1.0 La naturaleza de los materiales del terraplén.
2.0 Altura y importancia de la presa.
3.0 Posibles requerimientos de las estructuras.
4.0 Su plasticidad del material en la construcción.
El ancho de cresta o coronación de la presa se realiza mediante la relación empírica:







5
3
H
b
Altura de presa
Los datos utilizados para la determinación de la altura de la presa son los siguientes:
1.0 Plano topográfico de la zona de embalse.
2.0 Curva Altura – Volumen de la laguna Cocaña.
3.0 Simulación de embalse Cocaña.
La altura de una presa, referida en este acápite como altura total, está íntimamente
ligada con el Volumen Total mas un borde libre, referenciada a la presa mediante la
Curva Altura - Volumen.

2. El Volumen total del embalse depende de diferentes volúmenes entre los cuales
podemos citar:
1.0 Volumen Util.
2.0 Volumen Muerto por Cota de Derivación y Sedimentación.
3.0 Volumen de sobre elevado de crecidas
Tapetes de drenaje horizontal
Se ha considerado un tapete de drenaje horizontal de manera como prevenir el escape
de las partículas finas tanto del cuerpo de la presa como de la cimentación (fenómeno
de tubificación), además de proporcionar suficiente peso para prevenir la supresión y
una adecuada conducción de la cantidad total de la filtración hacia aguas abajo. Su
diseño se basa en los requerimientos de diseño de filtros.
El diseño de filtros se basa en consideraciones granulométricas (Terzaghi, entre otros).
La granulometría resultante del material de filtro es obtenida en función del material de
suelo a la que va a proteger de la tubificación. Las formulas y cálculos se basan en el
uso de las granulometrias de los filtros y suelos.
El tapete de drenaje contiene material de filtro su espesor mínimo de acuerdo al
BUREAU OF RECLAMATION es de 3 pies = 90 cm. Además por seguridad se ha
adicionado un filtro inclinado, para controlar el total de las filtraciones.
Sección de Presa
Basado en los acápites anteriores se señala a continuación las características de la
sección de la presa:
 Materiales de la Cortina y Cimentación
 Núcleo máximo impermeable CL, de taludes aguas arriba y aguas abajo de
1.5:1 y 1:1 respectivamente.
 Espaldones de material granular SC o GW, GP de taludes aguas arriba 3:1 y
aguas abajo de 2.5:1.
 Protección de enrocado de 0.9 m al talud aguas arriba, colocado al volteo y
acomodado con tractor oruga.
 Protección de enrocado de 0.25 m al talud aguas abajo. Colocado
manualmente.
 Trinchera impermeable de 5.0 m de ancho de material impermeable CL, con
taludes de 1:1 tanto aguas arriba como aguas abajo.
 Carpeta de drenaje aguas abajo de 0.9 m de altura, constituido con material de
filtro.
Diseño del Filtro
Los objetivos del filtro, son los de evitar la erosión de las partículas finas del suelo y
además de conducir la descarga de filtración y disminuir su longitud de recorrido.
La erosión de las partículas finas esta asociada a la tubificación, por tanto su diseño
es muy importante.
Las condiciones para diseño, para que el filtro impida las entradas de partículas son
principalmente de carácter granulométrico (Terzagui, US Corps of Engineers).
Dichas condiciones relacionan la granulometría del material de filtro con la del
material que va a ser protegido.
Su diseño se basa en las siguientes relaciones.

3. 5
)(
)(
85
15

SueloD
FiltroD
40
)(
)(
5
15
15

SueloD
FiltroD
25
)(
)(
50
50

SueloD
FiltroD
2
...
)(85

DrenajedetuboAbertura
FiltroD
Donde: D15, D50, D85, son los tamaños de las partículas correspondientes a una
distribución granulométrica para los porcentajes en peso de 15, 50 y 85 que pasan
respectivamente.
Las expresiones dadas anteriormente aseguran, no solo el arrastre de las partículas
finas, si no que, también la permeabilidad del filtro, la cual debe ser mayor a la del
suelo. Por lo que el material que se utilice tendrá que cumplir con estas condiciones.
Además debemos verificar que el Coeficiente de uniformidad cumpla la siguiente
condición:
20
10
60

D
D
Cu
Estabilidad de Taludes
Se ha realizado un análisis de estabilidad del talud aguas arriba para condiciones de
carga hidráulica máxima y condiciones de tráfico. El método usado es el método de
Bishop. Los valores usados de los parámetros de cohesión y ángulo de fricción
interna, para el material del núcleo se han realizado los ensayos de: Corte Directo,
Ensayo Triaxial UU y CD. En el caso de la cimentación no ha sido posible tallar una
muestra inalterada, por lo que se ha tomado valores de la literatura basada en
resultados de laboratorio de acuerdo a la clasificación SUCS (Design of Small
Dams- Chapter 5 pag 96- table 5-1). Para mas detalle de los ensayos de mecánica
de suelos ver el Informe de Geología y Geotécnia.
Cálculo de la descarga con el nivel mínimo
El ingreso al conducto de descarga muestra entradas con aristas rectangulares, y la
sección rectangular y con una altura mínima del nivel de agua (NAMI).
La descarga bajo la compuerta en estas condiciones será calculada de acuerdo a la
siguiente relación:
'2** GHBCGoQ 
Donde: Q, es el caudal que atraviesa la compuerta; C coeficiente de descarga y
que depende de la abertura de la compuerta, forma, etc.,; Go, abertura de la
compuerta; B, ancho de la compuerta; y H’ = H - Go, carga de agua efectiva.