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Las presas de relleno de tierra incluyen varios componentes, como el ancho de la cresta, el núcleo, el francobordo, el revestimiento y el sistema de drenaje, y se diseñan utilizando reglas generales o basándose en presas existentes con características similares. Cada componente de una presa de relleno de tierra debe diseñarse para condiciones de carga críticas.
Tabla de contenido
- Diseño de componentes de una presa de relleno de tierra
- 1. Ancho superior de la presa de relleno de tierra
- 2. El corazón de la presa de tierra
- 3. Capa exterior de la presa de relleno de tierra
- 4. Terraplén de la presa de relleno de tierra
- 5. Francobordo de la presa de relleno de tierra
- 6. Zanja de corte de la presa de relleno de tierra
- 7. Protección de taludes para presas de tierra
- 8. Sistema de drenaje de la presa de relleno de tierra
- Sistema de drenaje superficial
Diseño de componentes de una presa de relleno de tierra
1. Ancho superior de la presa de relleno de tierra
El ancho superior o de coronación de la presa debe ser suficiente para resistir las fuerzas sísmicas y la acción de las olas. La línea de filtración debe estar dentro del ancho de la presa cuando el depósito está lleno. El ancho de la parte superior de la presa se determina en función de la altura de la presa. A continuación se muestra la fórmula para el ancho superior de la presa para varias alturas.
Ancho = Alto/5 + 3 ——- (1)
ancho = 0.55 (alto)1/2 +H/5———-(2)
- Para presas de más de 30 m,
ancho = 1.65 (alto + 1.5)1/3———- (3)
ancho = 1.67 (alto) 1/2 ———- (Cuatro)
Se instalan pasamanos en el borde de la carretera para evitar que los automóviles se caigan.
Figura 1: Ancho superior de la presa utilizada como pavimento
2. El corazón de la presa de tierra
El núcleo central de la presa está hecho de material impermeable y actúa como una barrera para el flujo de agua de filtración a través de la presa. La resistencia al corte del material del núcleo debe ser menor que la del material de relleno. Si puede ocurrir una filtración capilar de agua para evitar esto, la altura del núcleo central debe ser de al menos 1 m por encima del nivel máximo del embalse y su espesor debe ser de al menos el 50% de la cabeza de agua máxima. En la siguiente tabla se muestran diferentes tipos de suelo clasificados según la gradación y su idoneidad para la estructura del núcleo.
Tabla: Idoneidad para diferentes tipos de suelo y construcción de núcleos
| tipo de suelo | compatibilidad |
| 15% del material (D85) es más grueso que 50 mm y el 50% del material (D50) es más grueso que 6 mm. | muy bien |
| arena, grava, mezclas finas arcillosas, D85 más grueso que 25 mm. Polvos finos constituidos por arcillas inorgánicas (arcillas con índice de plasticidad > 12) o arcillas de alta dureza plástica (arcillas con índice de plasticidad > 20). | bien |
| Grado moderado, grava, arena media a gruesa, baja cohesión y pocos finos, D85 más grueso que 19 mm, D50 Entre 0,5 y 3 mm. Arcillas de plasticidad media (arcillas con índice de plasticidad > 12) | justo |
| Es una arcilla con menor rugosidad y baja plasticidad. Índice de plasticidad 5-8, límite líquido > 25 Limo con plasticidad moderada a alta con pocos puntos ásperos por encima del índice de plasticidad 10. | pobre |
Figura 2: Núcleo y casco de presa de relleno de tierra
3. Capa exterior de la presa de relleno de tierra
La capa exterior también se denomina carcasa y su función es proteger el núcleo central de la presa. Cubre las laderas superior e inferior y está hecho de suelo permeable. La pendiente mantenida a ambos lados de la presa se determina en función del tipo de suelo utilizado.
Tabla: Talud lateral de presa de tierra para diferentes tipos de suelo
| tipo de suelo | Gradiente aguas arriba (H : V) | Pendiente aguas abajo (H : V) |
| homogénea y bien graduada | 2,5:1 | 2:1 |
| Lodo de curso homogéneo | 3:1 | 2,5:1 |
| arcilla limosa homogénea ( H < 15 m) | 2,5:1 | 2:1 |
| arcilla limosa homogénea ( H > 15 m) | 3:1 | 2,5:1 |
| arena con núcleo de arcilla | 3:1 | 2,5:1 |
| Arena con diafragma RC | 2,5:1 | 2:1 |
4. Terraplén de la presa de relleno de tierra
Las presas de relleno están provistas de bermas para realizar las siguientes funciones:
- Observe el estado de la protección de taludes.
- Para trabajos de mantenimiento y reparación.
- Aumente la longitud de la línea de filtración.
En el lado de aguas abajo, se instalarán diques a intervalos de 1 a 2 m de ancho y de 10 a 15 m de altura.
Figura 3: Terraplén en el lado aguas abajo de la presa de relleno de tierra
5. Francobordo de la presa de relleno de tierra
El francobordo es la distancia vertical desde la parte superior de la presa hasta la superficie del agua. La medida de la distancia vertical desde la altura normal de la piscina hasta la parte superior de la presa se denomina francobordo normal. El francobordo mínimo es la distancia desde el nivel máximo de agua del embalse hasta la parte superior de la presa. La distancia entre el francobordo normal y el francobordo mínimo se denomina cabeza de sobrecarga. Cualquier tipo de presa debe tener un francobordo adecuado para evitar el desbordamiento.
Tabla 1: Valores mínimos de francobordo recomendados por USBR para presas de tierra
| tipo de aliviadero | altura de la presa | francobordo mínimo |
| vertedero descontrolado | todas las alturas | 2-3m |
| aliviadero controlado | hasta 60m | 2,5 metros |
| aliviadero controlado | 60m o más | 3 metros |
Se proporciona un francobordo adicional de 1,5 m si la presa está ubicada en una región criogénica.
Figura 4: Francobordo de la presa de relleno de tierra
6. Zanja de corte de la presa de relleno de tierra
La pérdida de agua por infiltración de los cimientos y estribos de las presas de tierra puede evitarse mediante zanjas de cierre. Además, la erosión del suelo debido a la acción de las tuberías se puede evitar instalando ranuras de corte. A continuación se presentan algunas pautas a tener en cuenta al diseñar una zanja de corte para una presa de relleno de tierra.
- La línea central de corte debe estar dentro de la base del núcleo central impermeable.
- El ancho del fondo de la zanja de corte será de al menos 4 m.
- El material de relleno utilizado para la zanja de corte debe ser el mismo material utilizado para el núcleo impermeable.
- Se debe proporcionar un corte positivo para un sustrato impermeable continuo hasta una profundidad de al menos 0,4 m.
- Si se encuentran formaciones rocosas meteorizadas o agrietadas o agrietadas, se debe terminar la zanja de corte.
Figura 5: Zanja de corte
7. Protección de taludes para presas de tierra
Los lados aguas arriba y aguas abajo de las presas de tierra están sujetos a diferentes tipos de problemas y requieren protección de taludes para evitar esto. Las pendientes aguas arriba de las represas están constantemente sujetas a la acción de las olas del agua, lo que puede conducir a la degradación de la represa. Para evitar esto, se proporciona una capa de aislamiento de roca de 300 mm utilizando adoquines de piedra o piedras rellenas a mano. Consiste en una capa de filtro de 150 mm. Durante fuertes lluvias e inundaciones, la pendiente aguas abajo de la presa puede dañarse. La forma mejor y más económica de proteger las laderas río abajo es plantar pasto. El agua luego se desliza fácilmente fuera de la superficie.
Figura 6: Protección de taludes en ambos lados
8. Sistema de drenaje de la presa de relleno de tierra
Las presas de tierra requieren dos tipos de sistemas de drenaje, que son
- Sistema de drenaje interno
- Sistema de drenaje superficial
Sistema de drenaje interno
Se proporciona un sistema de drenaje interno para la eliminación segura de los lixiviados. Los materiales de filtro comúnmente utilizados en este sistema son arena, grava, etc. El lixiviado se trata en cuatro etapas:
- filtro de chimenea
- filtro horizontal
- puntera cerrada
- drenaje del dedo del pie
Los filtros de chimenea se instalan verticalmente o inclinados aguas abajo del núcleo. El espesor mínimo del filtro de la chimenea debe ser de 1 m. El lixiviado recogido por el filtro chimenea es recibido por el filtro horizontal y trasladado a la estopa de esclusa. Los filtros horizontales también deben tener al menos 1 m de espesor. Si la columna de agua es de 3 m o menos, no se requiere chimenea ni filtro horizontal. Rock tow recoge el agua del filtro horizontal y la transporta al filtro de remolque. La altura de la punta de la roca debe ser de al menos 1 m o el 20 % de la altura de la presa, la que sea mayor. No se requiere si la altura de la presa es inferior a 3 m. El todrain es el último de los sistemas de drenaje interno ubicado en el pie de aguas abajo de la presa. Recoge el agua de infiltración procedente de los dedos de las rocas y la conduce a zanjas de drenaje superficiales.
Figura 7: Sistema de drenaje interno
Sistema de drenaje superficial
Se proporciona un sistema de drenaje superficial para drenar las aguas pluviales de la superficie de la presa. En este sistema, se proporciona un drenaje abierto trapezoidal de 30 cm de profundidad en el talud de la presa de tierra en la unión de las bermas. Se mantiene una distancia de centro a centro de 50 m entre estos drenajes. El agua de lluvia recolectada se canaliza a través de una tubería de 15 cm de diámetro hasta un desagüe aguas abajo.
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