a. Espaldones.
Los espaldones tienen por objeto transmitir a la presa resistencia y estabilidad, así como protegerla frente a la erosión. (Gonzáles et al. 2006).
b. Núcleo.
Los núcleos se construyen para impedir el paso del agua a través del cuerpo de la presa. (Gonzáles et al. 2006).
44
El núcleo, al que se fía la impermeabilidad de la presa y la liberación de presiones en el espaldón aguas abajo, es un elemento delicado, pues sus características no sólo dependen del material, si no de la humedad y otras circunstancias; y su diferencia con el resto de los materiales de la presa da lugar a deformaciones diferenciales, origen de tensiones y consiguientes fisuras que, erosionadas por el paso del agua, pueden llevar al sifonamiento. De hecho, es posible que un gran número de los sifonamientos hayan tenido su origen en fisuras del núcleo. (Vallarino 2006).
c. Dentellón o prolongación del núcleo.
La prolongación del núcleo a través de los acarreos hasta encontrar una capa suficientemente impermeable es el procedimiento más directo, sencillo y seguro de impermeabilización, pero tiene un límite práctico de profundidad, alrededor de los 10 m. La excavación puede hacerse dejando los taludes naturales…., pero esto lleva a un gran volumen en cuanto la profundidad es importante, volumen que hay que rellenar con el material del núcleo y en parte con el mismo sacado de la excavación. Cuando la profundidad es moderada, puede hacerse el relleno con el material del núcleo, aunque sobre espesor arriba… Pero cuando la profundidad es grande, suele ser preferible prolongar el núcleo con paredes verticales o inclinadas y rellenar el resto con el mismo material escavado, consolidando debidamente… las paredes del núcleo prolongado se pueden mantener con tablas o chapas, o bien utilizando como encofrado el propio relleno exterior, realizado por tongadas de unos decímetros de altura lo mismo que se hace con el núcleo de la presa. (Vallarino 2006).
Es a menudo posible excavar una trinchera para penetrar con el núcleo impermeable de una presa de materiales sueltos hasta la roca del basamento o hasta los estratos menos permeables del terreno. (Prialé 2012).
d. Borde libre.
Distancia vertical entre los niveles de almacenamiento máximo y el coronamiento de la presa. Será el Borde Libre Normal cuando se mide desde el NAMO y será el Borde Libre Mínimo cuando se mide desde el NAME.
45
Distancia esta última que deberá ser suficiente para absorber la altura de las olas originadas sea por el viento o por sismos, según y conforme corresponda a la utilizada en el diseño. (Prialé 2012).
- Altura de ola por viento. La determinación racional del borde libre requiere la determinación de la altura y del efecto de las olas. La altura de las olas generadas por los vientos en un vaso depende de la velocidad de los mismos, de su duración, del fetch (distancia sobre la que el viento puede actuar sobre una masa de agua. Generalmente, se define como la distancia normal de la playa de barlovento hacia la estructura que se proyecta), de la profundidad del agua y de la anchura del vaso.
El borde libre normal debe basarse en una velocidad de 161 km/hr y el borde libre mínimo en una velocidad de 80.5 Km/hr
(Bureau of Reclamation 1966).
El cálculo de la ola por viento se puede determinar con la siguiente expresión.
𝐻𝑜 = 0.76 + 0.34(𝐹)1/2− 0.26(𝐹)1/4
Donde:
Ho : Altura de ola por viento (m)
F : Fetch (Km)
(Stevenson, citado por Priale 2012)
El siguiente cuadro 4.8 da una lista de las magnitudes mínimas recomendadas para los bordes libres normales y mínimos sobre terraplenes cubiertos por enrocamiento; el proyecto de la presa debe satisfacer los requisitos que sean más críticos.
46
Cuadro 4.8: Valores de bordes libres recomendados. Fetch, en Kilómetros Borde Libre normal, en
metros.
Borde Libre mínimo, en metros. Menor de 1.6 Km 1.22 0.91 1.61 1.52 1.22 4.02 1.83 1.52 8.05 2.44 1.83 16.09 3.05 2.13
Fuente: Adaptado de Bureau of Reclamation 1966.
- Altura de ola por sismo. Se define como la ola generada por un sismo, y se puede calcular
empleando la fórmula de la (Instrucción española de presas, citado por Prialé 2012).
-
𝐻𝑆 = 𝐾 𝑇
2𝜋(𝑔. ℎ)1/2
Donde:
K : (Aceleración horizontal)*(Coeficiente del terreno)
T : Período natural del terremoto (seg)
h : Altura máxima del embalse (m).
g : Aceleración de la gravedad (m/seg.seg).
(Prialé 2012).
Perfiles de suelo. Los perfiles de suelo se clasifican tomando en cuenta la velocidad
promedio de propagación de las ondas de corte (𝑉⃗ s), o alternativamente, para suelos
granulares, el promedio ponderado de los 𝑁̅60 obtenidos mediante un ensayo de penetración
47
(𝑆 u) para suelos cohesivos. Estas propiedades deben determinarse para los 30 m superiores
del perfil de suelo medidos desde el nivel del fondo. Los perfiles de suelos son cinco:
Perfil Tipo So: Roca dura. A este grupo pertenecen las rocas sanas.
Perfil Tipo S1: Roca o suelos muy rígidos. A este tipo corresponden las rocas con diferentes
grados de fracturación, de macizos homogéneos y los suelos muy rígidos como arcilla muy compacta.
Perfil Tipo S2: Suelos intermedios. A este tipo pertenecen los suelos medianamente rígidos
como arenas densas, arenas gruesas a media o grava arenosa medianamente densa. Así como suelos cohesivos compactos.
Perfil Tipo S3: Suelos Blandos. Corresponden a este tipo los suelos flexibles como arena
media a fina, grava arenosa o suelos cohesivos blandos.
Perfil Tipo S4: Condiciones excepcionales. A este tipo corresponden los suelos
excepcionalmente flexibles y los sitios donde las condiciones geológicas y/o topográficas son particularmente desfavorables, en los cuales se requiere efectuar un estudio específico para el sitio.
Condiciones adicionales. En los casos en los que no sea obligatorio realizar un Estudio de Mecánica de Suelos (EMS) o cuando no se disponga de las propiedades del suelo hasta la profundidad de 30m. se permite que el profesional responsable estime valores adecuados sobre la base de las condiciones geotécnicas conocidas.
Parámetros de sitio. Deberá considerarse el tipo de perfil que mejor describa las condiciones locales, utilizándose los correspondientes valores del factor de ampliación del suelo S dados en el cuadro 4.9.
48
Cuadro 4.9: Factores de suelo “S”.
Zona\Suelo S₀ S₁ S₂ S₃ Z₄ 0.80 1.00 1.05 1.10 Z₃ 0.80 1.00 1.15 1.20 Z₂ 0.80 1.00 1.20 1.40 Z₁ 0.80 1.00 1.60 2.00 Fuente: Tomado de MVCS 2016.
Período natural del terremoto. Es un valor variable de acuerdo al tipo de terremoto, el cual presenta un espectro de períodos, de los cuales existe un período predominante. Depende de la distancia al epicentro, de la magnitud del sismo y del tipo de suelo. Y esta expresado en segundos. (MVCS 2016).
e. Ancho de la corona.
La anchura de la corona depende de consideraciones como las siguientes: (1) de la naturaleza de los materiales para los terraplenes y de la distancia mínima de filtración admisible a través del terraplén con el agua al nivel normal del vaso, (2) de la altura y de la importancia de la estructura, (3) de la posible necesidad de utilizarla como tramo de un camino y (4) de la factibilidad de su construcción. El ancho mínimo de la cresta debe ser aquel con el que se obtenga una pendiente segura de filtración a través del terraplén cuando el vaso se encuentra lleno. (Bureau of Reclamation 1966).
Fórmulas empíricas para sistema métrico. Reglamento Japonés
𝐴𝐶 = 1.65(ℎ)1/2 𝐴𝐶 = 1.1(𝑍)1/2+ 1 𝐴𝐶 = 3.6(𝑍)1/3− 3
Donde:
H = Altura máxima de agua en el embalse Z = Altura máxima de la presa desde el cauce
49 Reglamento Español
𝐴𝐶 = 𝑘(3 + 1.5(𝑍 − 15)1/3)
Donde:
k = 1 (zonas no sísmicas) y k = 1.3 (zonas sísmicas) (Prialé 2012).
f. Trazado de la línea de saturación.
La línea de saturación existe en todas las presas de materiales sueltos en las que hay flujo a su través. Sólo en casos particulares (zampeados, por ejemplo) el flujo puede producirse exclusivamente a través del cimiento y ser cautivo. Por ello tiene gran interés determinar esa línea de saturación, pues con ella se define el contorno de la red y se facilita la obtención de las líneas restantes.
Para definir la línea de saturación con aceptable fidelidad. Aquí se expondrá la solución de Casagrande (entre 1925 y 1940).
De sus propias experiencias y cálculos deduce que la línea de saturación en un dique trapecial homogéneo es bastante próxima a una parábola de foco O en el píe del talud aguas abajo, y
arranque en un punto Ao tal que AAo = 0.3BA1 (fig. 4.12). Además, el punto Co de
50
Figura 4.12: Línea de saturación a través de la presa.
Fuente: Tomado de Vallarino 2006.
Para taludes cuyo ángulo de inclinación sean mayores a 60º (α > 60º) Casagrande da un gráfico (fig. 4.13) para determinar el desplazamiento Δa = CCo del punto de salida respecto al de intersección de la parábola con el talud. Obsérvese que para un talud vertical (α = 90º), Δa = a/3, y para α = 180º el punto de contacto coincide con el de la parábola, como es lógico, puesto que sería el caso de un dren horizontal en una presa homogénea. (Vallarino, 2006).
Figura 4.13: Relación del ángulo de talud y desplazamiento de Δa.
51