Informe Infiltracion

Univ.: Huallpa Rosas Briggitte J. C.I.: 8596315 Docente: Ing. Roberto Rodriguez Aux.: Ramiro Portillo Fecha de entrega: P / 21 / 10 / 2019 Semestre: 2– 2019 Potosí - Bolivia

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ANÁLISIS DE INFILTRACIÓN

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1.- DESCRIPCION DE LOS TIPOS DE DRENES TIPO LATERAL, COLCHON, CHIMENEA, PRISMATICO (TEORIA)  Dren tipo Lateral

Como se observa en la figura este tipo de dren va hacia el costado de la presa de tierra en el talud de aguas abajo, su filtración puede ser determinada por el método de Scharffernak y Van Iterson  Dren tipo Colchón

Este tipo de dren manejan la filtración tanto a través del terraplén como de la fundación, previenen las sub presiones excesivas en el pie de la presa, ojo los colchones de drenaje aumentan los caudales de filtración por debajo del terraplén. Su filtración puede ser determinada por J. Kozeny. UNIV. HUALLPA ROSAS BRIGGITTE JOSSELINE

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 Dren tipo Chimenea

Este tipo de dren manejan es igual al tipo colchón, la filtración tanto a través del terraplén como de la fundación, previenen las sub presiones excesivas en el pie de la presa, ojo los colchones de drenaje aumentan los caudales de filtración por debajo del terraplén, con la diferencia de que tiene un dren vertical y continua en un dren tipo colchón. Su filtración puede ser determinada por Casagrande.  Dren tipo Prismático

Este tipo de dren prismático se utiliza en la parte del talud aguas abajo en la esquina inferior como se observa en la figura, donde su filtración es determinada por el método de Casagrande, para un águlo mayor a 30°.

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2.- CÁLCULO DE LA LÍNEA DE SATURACIÓN SUPERIOR PARA LA PRESA HOMOGÉNEA DISEÑADA EN LA PRÁCTICA ANTERIOR

La línea de corriente superior existe en todas las presas de materiales sueltos en las que hay flujo. Solo en casos particulares el flujo puede producirse exclusivamente a través de la cimentación. Es de gran interés determinar la línea de corriente superior, pues con ella se define el contorno de la red y se facilita la obtención de las líneas restantes. El desplazamiento de la línea de corriente superior depende de la geometría de la sección. En los suelos con permeabilidad relativas las líneas de corriente superior alcanzan posiciones idénticas. La estabilidad de la línea de corriente superior varía en la arcilla y en la arena aun si tienen la misma sección transversal. Para la determinación del flujo infiltrado a través de la presa depende del tipo de flujo que se presente, puede ser turbulento o laminar. La infiltración de un flujo no confinado a través de una presa homogénea presenta una superficie freática parabólica. Es de gran interés determinar la línea de corriente superior, pues con ella se define el contorno de la red y se facilita la obtención de las líneas restantes. Para dibujar la línea de corriente superior para el caso que se muestra en la figura primero debemos dibujar la parábola base. Su solución consiste en esencia, en adoptar como primera aproximación para la forma de la línea de corriente superior la parábola básica de Kozeny, para corregir como etapa siguiente, tanto la entrada como la salida al talud aguas abajo, a fin de lograr que la línea que se traza satisfaga ambas condiciones.

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Ahora bien, pasando a lo que es el trazado de nuestra línea superior de infiltración, es necesario tomar en cuenta algunos datos establecidos:

Como nuestro drenaje será tipo Colchón podemos ver que por tanto usare el método de J. Kozeny. Considerando que nuestra altura de aguas abajo será cero. Además, debemos contar con los datos de la geometría de nuestra presa de tierra homogénea:

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Nivel de aguas normales, contempla la altura del agua hasta volumen infiltración. Donde el nivel de aguas normales (N.A.M.), Comprende las alturas de azolves, reserva, volumen útil.

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CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA PRESA SIN TOMAR EN CUENTA LA ALTURA DE AGUAS ABAJO

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2.1.

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CARACTERIZACIÓN DEL TIPO DE DREN Y PRE-DIMENCIONAMIENTO.

Cabe señalar que el objetivo del drenaje es controlar la evacuación del flujo de filtración y reducir el volumen de material saturado de la presa, con lo cual se aumenta la estabilidad de la presa. No se utilizan los drenajes cuando los materiales del espaldón aguas abajo reúnen las condiciones de dren. Los drenes deben cumplir ciertos requisitos y son:   

Tener capacidad suficiente para evacuar el agua. No permitir el sifonamiento mecánico, por lo que debe tener capas de filtro. Debe permitir hacer observaciones sobre su funcionamiento.

Existen varios tipos de drenes, a continuación, se muestran algunos de ellos (fuente: Tipos de drenajes Rolando Armas. Presas de tierra):

El tipo de drenaje puede variar en diferentes áreas de la presa y su construcción debe seleccionarse sobre la base de la comparación técnico económico. En nuestro caso el Dren tipo Colchon DISEÑO DE DRENES TIPO COLCHON. El uso de este tipo de drenes se ha generalizado en presas altas los cuales se colocan cerca del centro de la presa. La ventaja de este tipo de dren es que corta cualquier filtración que ocurra a través de las capas horizontales permeables. UNIV. HUALLPA ROSAS BRIGGITTE JOSSELINE

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Este tipo de drenes interceptan a todas las capas de la presa y previenen la infiltración en el talud aguas abajo, reducen considerablemente la presión de poros. Siempre están combinados con drenes horizontales.

Las dimensiones de los drenes son función de la permeabilidad del material empleado y del caudal de las filtraciones a través de la presa y de la fundación. El material del filtro transición terraplén dren deberá tener una permeabilidad que sea 10 a 100 veces mayor que la permeabilidad del material impermeable del terraplén. Los drenes siempre debe estar protegido en todas sus caras por filtros. Lo recomendable para los espesores del dren y los filtros son los siguientes: Para un dren tipo chimenea, se recomienda que la altura del dren vertical sea equivalente a la altura del N.A.M. o que este como límite 1 a 2 metros por debajo de dicho nivel. Además la longitud del dren horizontal debe ser mayor o igual a 2/3 del valor de la base talud. Para el diseño de la presa se asumió una distancia a 2/3 de la base del talud suficiente para llegar a la línea de corriente superior. Los espesores pueden oscilar, para el dren horizontal entre 0.3 a 1 metro; para el dren vertical de 2 a 3 metros. En nuestro caso el espesor sera de 1m, por motivos de seguridad por infiltración. En resumen: (DREN TIPO COLCHÓN)  Espesor: 1 m  Longitud: 2/3*B2 m.

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2.2.

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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS DRENAJES A SER ASUMIDOS EN EL DISEÑO DE LA PRESA.

PREDIMENSIONAMIENTO TIPO COLCHON Para un dren tipo chimenea, se recomienda que la altura del dren vertical sea equivalente a la altura del N.A.M. o que este como límite 1 a 2 metros por debajo de dicho nivel. Además la longitud del dren horizontal debe ser mayor o igual a 2/3 del valor de la base talud. Para el diseño de la presa se asumió una distancia a 2/3 de la base del talud suficiente para llegar a la línea de corriente superior. Los espesores pueden oscilar, para el dren horizontal entre 0.3 a 1 metro; para el dren vertical de 2 a 3 metros.

Espesor = 1m

𝑳𝒅 =

𝟐 𝟐 ∗ 𝑩𝟐 = ∗ 𝟓𝟐, 𝟓 = 𝟑𝟓𝒎 𝟑 𝟑

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2.3.

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SECCIÓN TRANSFORMADA.

La anisotropía en el suelo es desde luego una condición frecuente, basta considerar que muchas de las estructuras de tierra a través de las que interesa estudiar el flujo se construyen compactando por capas, procedimiento que lógicamente conduce permeabilidades horizontales bastante mayores que las que se obtienen para el flujo en la dirección vertical, por lo tanto, es necesario realizar una transformación. La transformación se realiza dependiendo de las permeabilidades en cada dirección, a continuación, se muestra cómo se debe transformar. Para realizar la transformada se tiene los siguientes datos:

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2.4.

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PERMEABILIDAD DE LA SECCIÓN TRANSFORMADA.

La permeabilidad de la sección transformada está dada por la siguiente expresión: = √

2.5.

∗

LÍNEA DE CORRIENTE SUPERIOR (CÁLCULO DE COORDENADAS Y TRAZADADO DE LA L.C.S.).

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3. TRAZADO DE LÍNEAS DE FLUJO Y EQUIPOTENCIALES PARA EL CUERPO DE LA PRESA ASUMIENDO QUE LA FUNDACIÓN ES IMPERMEABLE.

Calculando tenemos

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4. TRAZADO DE LÍNEAS DE FLUJO Y EQUIPOTENCIALES PARA LA FUNDACIÓN DE LA PRESA ASUMIENDO QUE LA REPRESA O CORTINA DE TIERRA ES IMPERMEABLE.

Cálculo de caudal de infiltración por metro de ancho (método gráfico):

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5. TRAZADO DE LÍNEAS DE FLUJO Y EQUIPOTENCIALES DE FORMA CONJUNTA PARA LA FUNDACIÓN Y LA CORTINA.

Observación: Claramente se puede observar, que los resultados obtenidos por ambos métodos son aproximadamente iguales.

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6. CÁLCULO DEL CAUDAL TOTAL DE INFILTRACIÓN. Del perfil de la cortina se obtiene el ancho promedio de la presa, entonces:

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7. PROPONER SOLUCIONES ALTERNATIVAS PARA EVITAR LA INFILTRACIÓN PRODUCIDA EN EL CUERPO DE LA PRESA Y EN LA FUNDACIÓN.

Todas las presas de tierra sufren filtraciones de agua a través del terraplén, la fundación y los estribos Existen actualmente varias soluciones que evitan o reducen considerablemente la infiltración en el cuerpo de la represa como en su fundación. a) Soluciones para el cuerpo de la presa Para evitar la infiltración en el cuerpo de la presa, bastara con revestir el talud, a continuación se muestra maneras de revestir los taludes, la primera parte fue extractada del libro Presas de Tierra de Rolando Armas (paginas 16-19). Revestimiento de taludes Los factores que influyen en el tipo de revestimiento son: 

Altura de oleaje



Fluctuaciones del nivel de embalse



Material de la presa



Condiciones climáticas



Importancia de la obra

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Se extienden hasta una distancia por debajo del nivel mínimo de agua igual a la altura de ola máxima en esas condiciones, pero no menor a 2 metros. Se utilizan los siguientes tipos de revestimiento: 

Enrocamiento sobre capas de filtro



Losas de hormigón sobre arena, prefabricadas o fundidas en sitio



Hormigón bituminoso



Estabilización con cemento



Césped (en presas muy pequeñas) A esto podemos añadir, geo membranas, esto para evitar la infiltración a través del

cuerpo de la presa. El tipo de revestimiento debe definirse a partir de la valoración técnica y económica de las variantes, teniendo en cuenta la utilización máxima de los medios de mecanización y materiales locales, el carácter del suelo del cuerpo de la presa, la agresividad del agua y la durabilidad del revestimiento en las condiciones de explotación. El espesor del enroscamiento debe aprobarse teniendo en cuenta la aprobación del deslave parcial de las partículas finas fuera del enroscamiento bajo influjo de oleaje, el desplazamiento de rocas grandes, una cierta compactación del material de revestimiento, así como también la experiencia de explotación de revestimientos análogos. Los refuerzos de hormigón armado monolítico para los taludes deben preverse, como regla, en secciones con dimensiones no mayores de 45 X 45 m, separadas unas de otras por una junta de dilatación. Las secciones del refuerzo se recomienda proyectarlas en forma de losas separadas con tamaño de 5 X5 m y más. El aumento de la longitud de las secciones y del tamaño de losas es admisible con la argumentación correspondiente, dentro de cada sección la armadura debe ser continua. Para la protección podemos emplear: 

Núcleos y diafragmas



Pantallas y delantales UNIV. HUALLPA ROSAS BRIGGITTE JOSSELINE

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

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Geo membranas Actualmente se viene utilizando las geos membranas que son hojas delgadas de

materiales poliméricos utilizadas como barreras impermeables en recubrimientos y cubiertas de almacenamiento de materiales sólidos y líquidos. También este puede utilizarse en presas de tierra. Para sujetar esta geo membranas se utilizará el sistema INGETALUD, que consiste en un conjunto de bloques de hormigón en masa unidos mediante cables, formando mantas que solo permiten articular en el sentido longitudinal del conjunto, y que proporcionan una sencilla puesta en obra. Las dimensiones de las geo membranas, se encuentran en catálogos. Se ha de revestir desde a corona, hasta una distancia de 30 m aguas arriba y se ha de colocar INGETALUD en la corona para que sujete a la geo membrana, una distancia del talud aguas arriba igual a la altura de revancha u oleaje, también se ha de colocar al pie de la presa y al terminar el revestimiento. b) Soluciones para el terreno de fundación Generalmente se emplean dos tipos de estructuras para evitar la infiltración en el terreno de fundación. Dentellón Es un elemento que evita el paso excesivo del agua a través de la fundación, y tiene forma prismática. Cortina de inyección Son elementos en forma de pantalla que al igual que el dentellón evitan la infiltración en el terreno de fundación. Colchones de drenaje Manejan la filtración tanto a través del terraplén como de la fundación. Zanja o pantalla impermeabilizante Pueden ser de suelo impermeable compactado, relleno fluido o concreto. UNIV. HUALLPA ROSAS BRIGGITTE JOSSELINE

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Pantalla total Atravesando todo el manto permeable. Pantalla parcial Su efectividad depende de la profundidad. Para que sea efectiva bajar a un manto de menor en el pie berma, en el pie de la presa para mitigar efectos de las sub presiones debe adicionarse sub drenajes en el pie del talud. Revestimiento de la superficie de la fundación Con un suelo suficientemente impermeable o arcilloso como para realizar la función de estanqueidad, en función de las características geotécnicas del suelo se establecerá el espesor de revestimiento necesario, adoptándose normalmente valores del orden de 50 cm. Este sistema puede utilizarse en los casos en que exista un tipo de suelo conveniente y adecuado a una distancia corta de la obra, que haga económicamente rentable su utilización. Colocado de inyecciones Se perfora y se inyecta un impermeabilizante especialmente efectivo para rellenar juntas o cavernas en roca.

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