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3.1. TIPOS DE PRESAS.

La clasificacin ms comn se basa en los materiales que constituyen la estructura de la presa.

3.1.1 Presa de fbrica:

Se entiende como presa de Fbrica: cualquier construccin o parte de ella, que se hace con piedra o ladrillo y argamasa.Hasta principios de siglo XX, muchas presas se construyeron de mampostera de piedra, pero actualmente el uso de este material ha quedado prcticamente descartado por la gran cantidad de mano de obra que se requiere, la lentitud de la construccin y la dificultad de su adecuado control, y su elevado costo. Slo se da el caso de su utilizacin en pequeas presas y en regiones o pases muy particulares.

3.1.2 Presas de Hormign:

Entre las presas de hormign se distinguen los siguientes tipos estructurales: gravedad, arco, contrafuertes y aligeradas. Segn el tipo de hormign utilizado se distingue las de hormign compactado a rodillo (HCR), que bsicamente es un hormign con menor contenido de cemento y gran rapidez constructiva, principalmente utilizadas en las de tipo gravedad.

i. Gravedad (PG)

Las presas de gravedad, macizas, aligeradas o de contrafuertes, se adaptan a los valles anchos, donde a poca profundidad existe roca de cimentacin de calidad razonablemente aceptable. Slo las de poca altura tambin pueden cimentarse en terrenos de aluvin.

La seccin transversal es de forma aproximadamente triangular y su estabilidad depende casi con exclusividad de su propio peso. Ejemplo: Piedra del guila

En trminos generales, la construccin de una presa de gravedad maciza resulta conveniente cuando la altura es reducida, de 15 a 20 m, o muy grande, ms de 120 m. Entre estos lmites, en principio, una presa de gravedad aligerada es ms econmica si el valle es ancho, o una de arco o arco-gravedad si la garganta rene condiciones topogrficas y geolgicas adecuadas.

El coronamiento de las presas de gravedad se puede utilizar como vertedero y, debido a esta ventajosa condicin, muchas veces se emplean como aliviaderos de la presas de materiales sueltos o de escollera, o de las presas de derivacin.

Las presas de gravedad tienen planta recta, poligonal o curva. Estas ltimas pueden ofrecer algunas ventajas respecto del costo y la seguridad.

Una variante de este tipo de presa son las construidas con lo que se conoce como Hormign Compactado a Rodillo, semejante a como se compacta un suelo para un terrapln de materiales sueltos. Su diferencia radica en el menor uso de cemento y en su velocidad constructiva.

ii. Arco Bveda (VA) Una presa de arco es una estructura de hormign de planta curva, que transmite la mayor parte del empuje del agua a las laderas de la garganta por el llamado efecto de arco, dependiendo esta accin principalmente de la curvatura de la presa. Las presas macizas de poca curvatura se consideran generalmente como presas de gravedad, aunque parte de la carga hidrosttica se transmita lateralmente por el efecto de arco. Ejemplo: Agua del Toro Las presas de arco son apropiadas en sitios donde la relacin entre la longitud del coronamiento de la presa y su altura no es demasiado grande, y la cimentacin est constituida por roca slida, capaz de resistir el empuje del arco. Puede ser de simple o doble curvatura, en cuyo caso se denominan presas bveda. Cuando una porcin apreciable de las solicitaciones es equilibrada por el peso propio de la estructura, se conocen como presas de arco-gravedad.

i. Contrafuertes. (CB)

Los principales elementos estructurales de una presa de contrafuertes son la pantalla y el contrafuerte. La pantalla, que puede estar formada por placas planas, arcos, o bvedas, se apoya en los contrafuertes, transmitindoles la carga. A su vez, los contrafuertes transmiten al cimiento la carga del agua y el peso de la estructura. Ejemplo: Escaba

El volumen de hormign de una presa de contrafuertes puede llegar a ser slo el 40%, o menos an, del que se necesita en una presa de gravedad maciza equivalente. Sin embargo, por lo general el ahorro de hormign se compensa con la mayor cantidad de mano de obra y encofrado, y la armadura metlica requerida en este tipo de presa. Las presas de contrafuertes son tanto ms econmicas cuanto mayores son su altura y la anchura del valle.

3.1.3. Materiales sueltos (TE).

Las presas de materiales sueltos son muy comunes, principalmente porque su construccin emplea materiales locales en su estado natural o con una elaboracin mnima. Adems, las condiciones requeridas para su cimentacin no son tan estrictas como en los otros tipos de presas. Ejemplo: Yacyret.

Entre las presas de materiales sueltos se distinguen, segn el procedimiento de construccin, las presas compactadas y las de relleno hidrulico. En virtud de las economas logradas en el costo de las presas compactadas, como resultado del extraordinario desarrollo de los modernos equipos de excavacin, transporte y compactacin de suelos, actualmente casi no se utiliza el sistema de relleno hidrulico o semihidrulico.

El grupo de las presas compactadas comprende a las del tipo homogneo o heterogneo y las de escollera, segn los materiales predominantes que las forman y su distribucin en la seccin transversal. De acuerdo con la posicin de la pantalla impermeabilizadora, las presas compactadas se clasifican tambin conforme aquella se ubique en la parte central o agua arriba. Por otra parte, la pantalla puede hacerse de suelos impermeables (arcilla o limo), materiales bituminosos u hormign armado, usndose la primera con mayor frecuencia por ser ms homognea con el resto de la estructura.

La desventaja principal de una presa de materiales sueltos es que, si se excede la capacidad del aliviadero, puede ser daada y an destruida por la accin erosiva del agua que eventualmente vierta sobre ella. Por ello el aliviadero de las presas de materiales sueltos suele ubicarse fuera de ellas.

Cabe sealar que todas las presas de materiales sueltos resisten siempre por gravedad, an en caso de estructuras de acentuada curvatura.

v. Otros tipos.

Se han construido presas de tipos diferentes a los mencionados, pero en la mayora de los casos esto se debe a alguna exigencia local poco corriente o son de tipo experimental.

Algunas veces se ha empleado la madera, pero su costo y la gran cantidad de mano de obra requerida para su construccin, juntamente con la corta vida til de la estructura, hacen que las presas de madera sean antieconmicas.

Tambin se han construido presas metlicas, utilizando acero estructural.

4. PRESAS DE GRAVEDAD MACIZAS

ORIGEN Y DESARROLLO DE LAS PRESAS DE GRAVEDAD

La presa ms antigua de la que se tengan noticias fue construida en Egipto, ms de 4.000 aos A. de C., de mampostera sin cementar. Los arquelogos opinan que esta presa fue conservada en perfectas condiciones por ms de 45 siglos. An cuando no se conocen sus proporciones (relacin ancho de la base / altura), las ruinas de otras presas de la misma poca evidencian que los anchos de base eran de hasta cuatro veces la altura. Mejorando el proyecto y los mtodos constructivos, los romanos pudieron reducirla a la proporcin de 3/1.

La mampostera sin cementar slo era apropiada para la construccin de presas bajas y, en consecuencia, se debi desarrollar otra tecnologa. De acuerdo con las crnicas, primeramente se us mortero arcilloso para asentar las piedras; luego se descubri y us el mortero de cal. Ms tarde, la presa de mampostera fue reemplazada por los muros de hormign de gravedad maciza.

Numerosas innovaciones en el proyecto y la construccin, como la refrigeracin de la masa del hormign en bloques para disipar el calor de hidratacin, el uso de cenizas volantes, el hormigonado en bloques separados y muchas otras, hicieron posible la construccin de estructuras monumentales. Como ejemplo de ello valen las presas Hoover, EE.UU., de 221 m de altura, Grand Coulee, EE.UU., con un volumen superior a 8,4 millones de metros cbicos, y Grand Dixence, Suiza, de 281 m de altura.

En estas presas, y en todas las modernas, la relacin altura / base, supera ampliamente el valor de la unidad, estando en el orden de 1,25, o lo que es lo mismo, relacin ancho/altura de 0,8.

4.1. CONSIDERACIONES GENERALES.

Cualquier tipo de presa capaz de resistir las solicitaciones a las que esta sometida, independientemente del efecto de arco, puede ser considerada como una presa de gravedad. No obstante ello, esta denominacin se aplica a las presas de hormign de seccin transversal aproximadamente triangular y planta recta o ligeramente curva.

La estabilidad esttica de una presa de gravedad depende casi totalmente del peso propio de la estructura, que a pesar de su imponente volumen, tiene un factor de seguridad relativamente bajo. Este hecho debe tenerse permanentemente en cuenta en todas las etapas del proyecto y la construccin de la obra.

Las presas modernas se presentan por lo general bajo la forma de un macizo de perfil triangular, con el paramento de aguas arriba vertical o casi vertical y el de aguas abajo inclinado de forma tal que en cada nivel horizontal el espesor sea de aproximadamente el 80% de la altura. La Fig. 4.1 presenta la composicin del peso de la estructura con el empuje hidrosttico sobre el paramento agua arriba y el diagrama de tensiones verticales correspondientes a estas solicitaciones sobre el suelo de cimentacin en los dos casos extremos: embalse vaco y embalse lleno.

Figura 4.1 Presa de Gravedad MacizaDebe tenerse en cuenta, adems, la accin suplementaria de la subpresin del agua que puede filtrarse bajo la base de la presa, en el contacto entre la roca y el hormign, tambin en todos los niveles de la obra a favor de la permeabilidad del hormign o de una fisura accidental y que acta en sentido desfavorable a la estabilidad de la estructura. La importancia de la subpresin se reduce considerablemente si se construye un rastrillo, (una pantalla de inyecciones que impermeabilice el terreno) y debajo del rastrillo una cortina de drenes agua abajo.

La presa de gravedad maciza es una estructura permanente adaptable a los tipos de emplazamiento ms diversos, pero su altura est limitada por la resistencia del cimiento. Cuando se construye sobre un terreno rocoso de buena calidad, la experiencia demuestra que se obtiene un margen de seguridad aceptable respecto del deslizamiento si la inclinacin de la resultante de las fuerzas actuantes con relacin a la vertical no sobrepasa un valor x tal que tg x = 0,75.

Sin embargo, una subpresin triangular, cuyo mximo valor en el pie de agua arriba fuera igual a la carga h dara tg 0,90, tornando indispensable reducir la subpresin con los medios indicados. Otro riesgo para la estabilidad de la obra puede provenir de una sobreelevacin accidental del nivel mximo del embalse, en el caso de que un error de apreciacin hubiera llevado a subestimar la crecida extraordinaria. Un incremento del 5% en el valor de h representa un aumento del 10% en la tg , de ah la necesidad de dimensionar con amplitud las obras de evacuacin de crecidas.En terrenos aluviales, la altura mxima posible de una presa de gravedad maciza normalmente no supera los 20 metros.

Fig. 4.2 SubpresinLa diferencia de los costos de construccin entre las presas macizas y las aligeradas o de contrafuertes depende en gran medida de las condiciones locales. La presa de gravedad maciza requiere menos cemento por unidad de volumen, menos encofrado, menos gastos de colocacin y no lleva armadura. Por su parte, la presa aligerada tiene mucho menos volumen de hormign, de modo que en sitos apartados, donde los materiales de construccin son caros, una presa aligerada puede resultar ms econmica que una maciza. A causa de que una presa de arco necesita mucho menos material que cualquier otro tipo de estructura de hormign, su costo de construccin generalmente es mucho menor, pero en cambio, los sitios particularmente adecuados para el emplazamiento de presas de arco son escasos.

PRESAS DE RCCLa presa de El Atance est situada sobre el ro Salado, afluente del Henares y subafluente del Tajo, en la provincia de Guadalajara, Espaa. Este embalse forma parte del Plan de Riegos del Henares y es propiedad de la Confederacin Hidrogrfica del Tajo.La presa es de gravedad de planta recta, ejecutada con hormign compactado con rodillo, con paramento aguas abajo escalonado. La longitud de coronacin es de 184,45 m y la altura mxima sobre cimientos es de 44,7 m, con una capacidad de embalse de 35,27 hm3.Las obras, adjudicadas a Dragados, comenzaron en julio de 1996 y finalizaron en octubre de 1997, con un presupuesto de 1.127 millones de pesetas

Las obras comenzaron con la construccin de la carretera de acceso a la zona de instalaciones y a la zona de coronacin del estribo izquierdo, donde se ubicaron las edificaciones definitivas para el control de explotacin, as como las provisionales de obra.En los meses siguientes se realiz el desvo provisional del ro y la excavacin de la presa (estribos, cimiento y cuenco amortiguador), llevndose a cabo estudios "in situ" de las caractersticas geotcnicas de la cerrada.Antes de comenzar el hormigonado del cuerpo de presa se realiz la preceptiva losa de ensayo para comprobar a escala real el comportamiento de las mezclas estudiadas, los procesos de extendido y compactacin del hormign, los tratamientos de juntas fras y calientes, el nivel de acabado obtenido en los paramentos, la realizacin de juntas transversales y de construccin, etc.El hormigonado del cuerpo de presa se plante considerando a sta como un solo bloque, sin juntas encofradas, trabajando de ladera a ladera en todo momento, lo que permite obtener las mximas ventajas del mtodo HCR, asimilando la construccin a la de una presa de materiales sueltos.Para dar continuidad a los trabajos en el cuerpo de presa se trabaj a relevos da y noche, sin paradas los fines de semana, reducindose al mnimo imprescindible el nmero de juntas fras. El ritmo medio obtenido fue de 4 tongadas de 0,3 m cada 24 horas, con un total de 53 das de trabajo efectivo para realizar el 100% del cuerpo de presa.Las cuatro juntas transversales de las que dispone la presa no supusieron ningn condicionante al ritmo de ejecucin, al materializarse mediante la hinca de una lmina de plstico en el hormign. Estas juntas van impermeabilizadas en el paramento aguas arriba mediante junta de hipaln y mortero sin retraccin, de 30 cm de anchura, sellada por medio de un tratamiento de resinas en un ancho de 1,8 m del paramento.Los paramentos se ejecutaron empleando un encofrado trepante. Se utilizaron mdulos de 5 m de longitud divididos en varios paneles de 0,6 m de altura, los cuales se iban trepando sucesivamente cada dos tongadas de 0,3 m.Para el transporte y colocacin del hormign se utilizaron 7 dmperes de 25 t, de los que 5 se dedicaron al transporte del hormign desde la planta hasta las cintas transportadoras de alta velocidad, y los otros dos se localizaban en el cuerpo de la presa. El equipo de cintas estaba formado por una tolva de recepcin y regulacin, dos cintas de 35 m y 42 m, que se complementaron con una tercera de 35 m en la parte final de la obra, y un brazo distribuidor con cinta telescpica de 20 m de longitud. El material se extendi mediante un bulldozer de 3,5 m de ancho de hoja, sustituido por otro de 2,4 m en el tercio final de la presa. El equipo de compactacin estaba constituido por dos rodillos tandem de 11,5 t y 2,5 t, este ltimo encargado de la compactacin de reas pequeas y zonas junto a encofrados

5. PRESAS DE GRAVEDAD ALIGERADAS

5.1. DESCRIPCION

Una presa de gravedad aligerada est compuesta por un conjunto de elementos estructurales contiguos de perfil aproximadamente triangular, dispuestos en direccin ms o menos paralela al eje del valle, que se ensanchan en el extremo de agua arriba en forma de cabeza o morro para constituir una pared continua, Fig. 5.1.

Fig. 5.1 Vista frontal y secciones tpicas de una presa de gravedad aligerada.

Secciones tpicas

A diferencia de las presas de gravedad macizas, el paramento de agua arriba de este tipo de estructura tiene una considerable inclinacin. Por esta razn, la componente vertical del empuje hidrosttico contribuye positivamente a la estabilidad esttica de la obra y permite, en consecuencia, reducir el volumen de hormign en una cantidad de peso equivalente. El orden de magnitud de la economa de material depende tericamente de la inclinacin del paramento, pudiendo llegar a ser igual a un porcentaje importante del volumen de la presa de hormign maciza equivalente. La reduccin es factible pues en esta ltima, salvo casos excepcionales, la resistencia del hormign se aprovecha mal (en una estructura de 100 m de altura, p.e., la tensin mxima de compresin slo alcanza a 28 kg/m2 en el pie de agua abajo y en el resto de la seccin es an menor).

En las presas de gravedad aligeradas el problema de la subpresin se presenta de una manera mucho ms favorable que en las macizas porque, al nivel de los cimientos, el macizo rocoso est descubierto y puede drenarse fcilmente. Como mximo, la subpresin se ejerce sobre la superficie de las cabezas de agua arriba.

La participacin del peso del agua es favorable a la seguridad de la obra en la eventualidad de una sobreelevacin rpida del nivel del embalse pues, en este caso, la componente vertical estabilizadora del empuje hidrosttico aumenta la misma proporcin que su componente horizontal y simultneamente con sta.

El campo de aplicacin ms conveniente para este tipo de estructuras se encuentra en los valles anchos a condicin, de que, como en todas las presas de hormign, la roca de cimentacin sea de buena calidad.

6. PRESAS DE CONTRAFUERTES

6.1. CONSIDERACIONES GENERALES

Existen dos tipos fundamentales de presas de contrafuertes: de pantalla y de bvedas mltiples. Ms recientemente ha aparecido el tipo de pantalla en cpula.

El paramento de aguas arriba es muy tendido, para aprovechar al mximo el efecto estabilizador del prisma de agua que carga sobre l.

6.1.1. Presas de pantalla plana

La gran importancia relativa de la cabeza, hace poco ventajoso el empleo de las presas de gravedad aligeradas en presas bajas. Como en stas, adems, las presiones son relativamente moderadas, puede recurrirse a un mayor aligeramiento de las formas, para ptima utilizacin del material, que resulta tambin sobrado en presas de gravedad aligeradas para alturas menores de unos 30 metros. (Fig. 6.1)

Fig 6.1

Los contrafuertes clsicos de las presas aligeradas tienen una gran cabeza aguas arriba, porque a ella se fa la impermeabilidad, y la transmisin de los empujes al contrafuerte; y dado que la cabeza trabaja en parte como mnsula, su canto debe ser grande, y su luz ilimitada. Estas dos condiciones reducen la economa que se puede lograr. (Fig. 6.2)

En estos casos entonces, se puede reducir la cabeza a un tamao indispensable como para apoyar en ella una losa de hormign armado, la pantalla, estructura de contencin del agua que transmite el empuje hidrosttico a los contrafuertes. Estos a su vez, si resultaran demasiado delgados, podran armarse. Y si su esbeltez fuera excesiva (mayor de 12 ~ 15) debera incluso arriostrrselos por medio de vigas horizontales. (Fig. 6.3).

Este tipo de presa se emplea poco porque en general los espesores excesivamente delgados no convienen en las obras hidrulicas pues dan lugar a grietas, fugas y mala conservacin de la presa respecto de los elementos de mayor masa.

La idea de estas presas se debe al ingeniero sueco Ambursen, con cuyo nombre tambin se las conoce.

Es obvio que debido al poco peso de la estructura estas presas han de tener un talud de agua arriba del orden de 45 (1:1), o an ms tendido.

En la Republica Argentina:

Cruz de Piedra, altura: 45 m (Pcia. de San Luis) Escaba, altura: 83 m (Pcia. de Tucumn)

6.1.2. Presa de Bvedas Mltiples

Las presas de pantalla plana tratan de salvar el inconveniente de las dimensiones importantes de la cabeza sustituyendo las mnsulas por placas, pero eso slo se puede hacer para presiones relativamente pequeas, porque si no, las grandes flexiones exigiran cantos exagerados y losas muy armadas, con la consiguiente repercusin econmica, y adems, con graves inconvenientes de conservacin, pues las grietas y fugas seran inevitables.

Para mantener una separacin grande entre los contrafuertes, base de un ahorro importante, y la presin hidrosttica es alta, hay que sustituir las placas por bvedas. (Fig. 6.4).

Estas se pueden trabajar con grandes luces, an con espesores pequeos, y sin tracciones exageradas, esto es, sin peligro de grietas y fugas.

Este tipo de presa es en realidad una combinacin entre contrafuertes y bvedas. Estas resisten la carga del agua y la transmiten a los contrafuertes. El valle queda as, dividido en varias presas de arco apoyadas sobre estribos artificiales.

Cada dos bvedas apoyan simtricamente en el contrafuerte por lo que las cargas sobre ste son axiales.

Slo cuando dos arcos adyacentes son de distinta altura, la parte baja de uno de los arcos apoya sin compensacin en la parte inferior del contrafuerte. Pero en este caso, el desequilibrio queda absorbido por el cimiento, precisamente porque la diferencia de altura provoca la existencia de un escaln en el cimiento.

Tambin se da un caso de desequilibrio en los esfuerzos de las bvedas sobre el contrafuerte cuando por alguna razn las luces contiguas no son iguales.

Este tipo de presa es particularmente indicado en valles anchos, y en general, de altura uniforme y reducida, pues en ellos se pueden conseguir importantes economas.

Si el valle presenta alturas muy variables no resulta indicado, pues la esencia de este tipo es hacer un sistema de bvedas y contrafuertes que se repitan varias veces. Si la altura es grande, las condiciones exigidas por la resistencia de los contrafuertes puede llevar a un gran ancho de stos o a escasa luz, con un costo similar a la presa de contrafuertes y pantalla. Las alturas normales suelen estar comprendidas entre 30 y 60 m.

Hay que tener en cuenta que en estas presas el costo por unidad de volumen es bastante mayor que en las de contrafuertes clsicos por lo cual, para que sean econmicas, se requiere un ahorro de volumen importante, respecto de aquellas.

En general no es un tipo muy usado porque las condiciones ya mencionadas limitan su empleo. Adems su seguridad transversal es menor, lo mismo que su impermeabilidad. Su proyecto y su ejecucin, son tambin, ms complicados.

6. PRESAS DE ARCO

6.1 CONSIDERACIONES GENERALES

6.1.1 Definicin

Una presa de arco es una estructura maciza de hormign o fbrica, curvada hacia aguas arriba, que transmite la mayor parte del empuje del agua a las laderas de la garganta por el llamado "efecto de arco", en una proporcin que depende principalmente del grado de curvatura. Los parmetros geomtricos principales pueden verse en la figura 1, donde L es la cuerda, R es el radio y es el ngulo central.

Figura N1

Las presas de poca curvatura se consideran generalmente como presas de gravedad, aunque parte de la carga hidrosttica se transmita lateralmente por el efecto de arco.

Mientras que en las presas de gravedad la estabilidad esttica est asegurada exclusivamente por el peso de la estructura, y la estabilidad elstica es relativamente importante, excepto en muros de gran altura, en las presas de arco, la estabilidad elstica tiene primordial importancia y a su vez la estabilidad esttica depende del efecto de arco.

Algunas presas antiguas fueron hechas de fbrica, pero en la actualidad, prcticamente todas las presas de arco se construyen de hormign. El volumen de una presa de este tipo es del orden de 1/3 a 1/2 del de una presa de gravedad maciza equivalente, proporcionando una gran economa en condiciones de seguridad altamente satisfactorias.

En la figura siguiente pueden verse las caractersticas principales de la presa Agua Del Toro, construida en la Provincia de Mendoza, Argentina. Aqu puede apreciarse el pequeo espesor de la estructura frente a la altura de la misma y su relativamente menor proyeccin en planta incluyendo el efecto de doble curvatura.

Presas de Materiales SueltosSon presas de gravedad en las que materiales provistos por la naturaleza no sufren ningn proceso qumico de transformacin, siendo tratados y colocados mediante procedimientos de compactacin propios de la mecnica de suelos. En su composicin intervienen, piedras, gravas, arenas, limos y arcillas, siendo denominadas como presas de escollera cuando ms del 50 % del material est compuesto por piedra y presas de tierra cuando son materiales de granulometras ms pequeas.Cuando todo el material que componen las presas de materiales sueltos tiene las mismas caractersticas, se denominan homogneas, pudiendo tratarse de materiales ms o menos impermeables. O bien pueden ser heterogneas, que son las ms comunes, cuando se colocan diferentes materiales zonificados, con ncleo impermeable y materiales ms permeables a medida que nos alejamos del centro de la presa. La impermeabilidad puede lograrse tambin mediante pantallas o diafragmas. Estas variantes pueden presentarse mediante configuraciones que se integren con distintas participaciones de las diversas caractersticas mencionadas.Las presas de materiales sueltos no soportan ser sobrepasadas por una crecida. Por ello es necesario, basndose en el conocimiento del comportamiento histrico del ro, efectuar una prediccin de la forma en que se deber operar el embalse formado, para evitar que en toda la vida de la obra sea sobrepasada por ninguna crecida.