clase 4 presas 2010

DISEO HIDRAULICO DE ESTRUCTURAS Ambiente

Escuela de Ingeniera de Recursos Naturales y del Universidad del Valle

4. PRESAS 4.1 GENERALIDADES Son obras de ingeniera que tienen por objeto detener el paso del agua para determinados propsitos, creando artificialmente un desnivel (embalse).

Presa de Salvajina

4-1



Presa La Miel

Presa El Guavio

4.1.1

Funcin de la Obra

En general, las funciones de una presa son: 1) Almacenar agua (Presas de almacenamiento). 2) Levantar el nivel del agua (Presas de derivacin) o 3) Ambas. Para almacenar el agua se cierra el paso a un ro y se obliga a que el agua se acumule sobre el valle aguas arriba, provocando un remanso que facilita la derivacin del agua para el uso deseado. Los objetivos de una presa se pueden agrupar en dos funciones:4-2



a) Aprovechamiento:-

-

-

-

-

-

-

Riego o regado (reservorio operativo): incremento de la produccin agropecuaria. Abastecimiento de agua: suministro de agua para consumo humano y industrial. Produccin de energa elctrica: suministro de energa para uso domestico e industrial. Navegacin: facilidades al transporte por va fluvial permitiendo la navegacin entre poblaciones. Esparcimiento: aumento del bienestar de la poblacin por recreacin. Entarquinamiento (Retencin y control de sedimentos): pequeos embalses para el control de sedimentos y control de la erosin. Caza y Pesca: Mejoramiento de la piscicultura y de la ecologa vegetal y animal. Acuicultura.

b) Defensa: Control de avenidas. Control de azolves (sedimentos).

4.1.2

Elementos de un Aprovechamiento Hidrulico Superficial

En la Figura 4.1 se presenta un esquema general de los elementos que componen un aprovechamiento hidrulico superficial.

4-3



Figura 4.1 Elementos de un aprovechamiento hidrulico superficial y algunas estructuras de presas

a) Cuenca HidrogrficaEs el rea tributaria hasta un punto determinado sobre una corriente, y est separada de las cuencas adyacentes por la lnea parte aguas o divisoria de aguas.

b) Vaso de Almacenamiento o EmbalseEs una ampliacin del valle por donde escurre una corriente, susceptible de cerrarse por medio de una presa para acumular sus aguas.

4-4



En otras palabras es un depsito de agua o lago artificial construido para almacenar agua durante la poca de lluvias y para distribuirla durante la poca de sequa.

Embalse de Salvajina

4-5



Un embalse puede disearse para cumplir con uno, dos o ms propsitos, llamndose entonces embalses para uso mltiple. En cuanto al uso del agua, prima el abastecimiento de poblaciones sobre otros usos. La capacidad de un embalse se determina por el volumen de agua contenido en el vaso de almacenamiento para una altura dada de la presa y su aliviadero.

Las curvas de Area Volumen ElevacinSon relaciones que se obtienen entre los niveles que puede tomar el agua en una presa de embalse, en relacin con el rea de inundacin y el volumen de almacenamiento. Estas curvas permiten obtener la siguiente informacin: - Encontrar la altura de presa de embalse necesaria para almacenar un cierto volumen de agua til. - Determinar con precisin el volumen de embalse muerto y el volumen de control de crecientes.

4-6



-

Obtener relaciones de dependencia Nivel (h) - Volumen (V) y Nivel (h) Area (A), fundamentales para el estudio de la operacin y manejo de embalses de regulacin de caudales.

El procedimiento para construir las curvas de Area y Volumen es el siguiente: - Utilizar los planos topogrficos con curvas de nivel del vaso de almacenamiento o rea a ser cubierta por el agua. - Medir las reas abarcadas por cada una de las curvas de nivel. - Calcular la semisuma de las reas entre curvas y multiplicarlas por el intervalo entre ellas para obtener el volumen almacenado entre curvas o volumen parcial. - Las curvas se dibujan con reas y volmenes acumulados.

4.2 VOLMENES Y ALTURAS CARACTERSTICAS DE UN EMBALSE. VT = VM + VU+VBL(5.1), donde:4-7



VT= Volumen Total. VM= Volumen Muerto. Hace parte de la operacin del embalse. VU= Volumen til. Hace parte de la operacin del embalse. VBL= Volumen de Borde Libre. Volumen de embalse disponible para transito de crecientes, por los oleajes debido a la accin del viento, crecientes superiores a las de diseo, grietas en la corona y asentamiento de la presa.

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Volmenes y Alturas Caractersticas de un Embalse Trminos adoptados por la Comisin Internacional de Grandes Presas Nivel de Aguas Mximo Extraordinario (NAME) o Nivel de Creciente Mxima. Vertedor de excedencia derramando a toda capacidad. Nivel de Control (NC). Mximo nivel al que pueden controlarse las extracciones por cualquier salida. Nivel de Aguas Mximo Ordinario (NAMO) o Nivel de Agua Normales. Nivel mximo de almacenamiento para aprovechamiento. Tambin se denomina nivel de conservacin. Nivel Mnimo de Operacin Normal (NAMIN). Nivel mnimo de operacin de la toma a gasto de diseo. Nivel de Aguas Muertas (NAMU). Nivel debajo del cual no se puede extraer el agua normalmente por no haber ninguna salida bajo l. Cresta de la Presa o Corona. Cima o parte ms alta de la presa. Cresta del Aliviadero. La parte ms alta de la seccin de derrame. Altura de Carga sobre el Vertedero o Sobrecarga o Superalmacenamiento (Hd). Volumen (Vd) ocupado temporalmente por el agua en un embalse (creciente), por encima del nivel normal. Puede expresarse tambin con la dimensin vertical ( Hd). Tambin se denomina como altura de carga sobre el vertedero y esta asociada a la creciente de cierto periodo de retorno que transita a travs del embalse lleno y descarga sobre el vertedero de excesos. Altura de Olas (H0).Altura que pueden alcanzar las aguas del embalse por accin del viento. Altura Libre o Borde Libre Seco (HL). Distancia vertical entre el nivel mximo debido al viento y la cresta de la presa. Esta altura tiene en cuenta la absorcin de la carrera de la ola y el golpeteo de las olas contra el talud, el transito de crecientes superiores a las de diseo, el asentamiento de la presa por defectos de construccin o mala calidad de los materiales utilizados y evitar niveles que afecten zonas de la cresta con grietas por efecto del secamiento del material que la conforma. Borde Libre (BL). Distancia vertical entre el nivel normal del embalse y la cresta de la presa. Se obtiene sumando Hd + Ho + HL. Borde Libre Mojado. Distancia vertical entre el nivel normal y el nivel mximo del embalse. Se obtiene sumando Hd + Ho. Superficie del Embalse. Area superficial del embalse medida en un plano horizontal a cota del nivel normal. Volumen Activo. Volumen del embalse por encima del almacenamiento inactivo que se puede utilizar para generacin de energa, riego, abastecimiento, etc. No comprende la sobrecarga. Volumen Inactivo. Volumen del embalse por encima del almacenamiento muerto que no es utilizado en la explotacin normal de la presa. Volumen til (VU). Es la suma de los volmenes activo y inactivo. Volumen Muerto (VM). Volumen de agua y/o sedimento almacenado por debajo de la toma o descarga ms baja, y que no puede ser extrado del embalse por gravedad.4-9



Volumen Total (VT). Suma de los volmenes activo, inactivo y muerto en un embalse.

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Volumen Muerto (Volumen de Capacidad de Azolves o Sedimentos)Volumen de embalse disponible para acumular los sedimentos que transporta la corriente de agua durante un periodo determinado. La vida til del embalse corresponde al periodo en que demora en llenarse el volumen muerto. En embalses pequeos se puede asumir, la siguiente expresin para determinar el volumen muerto:

VM =VS x Vtil

(5.2), donde:

VM = Volumen Muerto (m3). VS = Volumen de Sedimentos Medios Anuales (m3/ao). Vtil = Vida Util en aos.Si no se cuenta con la informacin de caudales slidos o transporte de sedimentos, el volumen muerto se puede calcular como el equivalente al 10% del volumen til:

VM= 10% x Vtil

(5.3)

Una vez obtenido el volumen muerto se entra a la curva Nivel (H)- Volumen (V) y se determina la altura muerta (Hm) para el embalse muerto. Esta altura o nivel de aguas muertas es el nivel que alcanzarn los sedimentos durante la vida til del embalse y determina la cota ms baja de las compuertas en la obra de toma.

Volumen Util (VUtil)Volumen disponible para abastecer las necesidades de agua durante la poca crtica o de mayor demanda. El volumen til se calcula elaborando una curva de masas obtenida a partir de los histogramas de caudales medios mensuales y las las curvas de demanda constantes o variables para satisfacer una cierta cantidad de agua. La mxima desviacin entre la curva de demanda y la curva de4-11



masas representa el volumen til del embalse que se requiere para satisfacer una demanda seleccionada. Una vez obtenido el volumen til se entra a la grfica Nivel (H) - Volumen (V) y se obtiene la altura til (HU) del embalse. Esta altura se mide a partir del nivel de aguas muertas hasta alcanzar la altura necesaria para garantizar el abastecimiento de las demandas y prdidas durante el periodo de funcionamiento del embalse. El nivel mximo o nivel de aguas normales determina la cota de ubicacin de las obras de excedencia (vertedero de excesos del aliviadero).

Seleccin del Sitio para el Embalse o Vaso de AlmacenamientoEs difcil localizar un sitio de vaso que tenga todas las caractersticas ideales reunidas, sin embargo se pueden seguir las siguientes reglas generales: a) Debe existir un sitio apropiado para presa. El costo de la presa es un factor que controla la seleccin de un sitio para vaso. b) No debe ser excesivo el costo de los terrenos que ocupar el vaso (incluyendo carreteras, ferrocarril, relocalizacin de abastecimientos). c) El sitio de vaso debe tener una capacidad adecuada. d) Es preferible un vaso profundo a un vaso somero por: costos ms bajos del terreno por unidad de capacidad, menor prdida por evaporacin, menor probabilidad de crecimiento de malas hierbas, etc. e) Deben evitarse los sitios que puedan presentar fugas.

4.3 LA PRESA Y SUS ESTRUCTURAS AUXILIARESEn la Figura se presenta el esquema de las estructuras auxiliares de una presa.

4-12



Estructuras Auxiliares de una presa

A continuacin se describen la presa y sus estructuras auxiliares y algunos trminos adoptados por la Comisin Internacional de Grandes Presas.

La Presa. Obstculo o barrera construida al paso de la corriente, con el fin de almacenar, controlar y derivar el agua. Obra de Toma. Estructura localizada en la cara aguas arriba de la presa, o dentro del embalse, que permite la extraccin de agua (por un conducto confinado, tnel, canal o tubera) del embalse para los fines deseados. Obra de Excedencias o Aliviadero. Vertedero, conducto, tnel, canal u otra estructura diseada para permitir descargar con seguridad los caudales de las crecientes cuando el embalse est lleno.. Obra de Control. Permite el manejo de los excedentes, para proteger zonas aguas abajo. Obra de Desvo. Son obras de carcter temporal, que tienen por objeto controlar adecuadamente la corriente durante la construccin de la presa. Obras de Descarga. Descarga de Fondo (Abertura o conducto ms bajo, bien sea a travs o por los lados de la presa, que permite desaguar el embalse) y4-13



Descarga de Medio Fondo (igual a la anterior pero ubicada por encima de una toma o descarga ms baja).

4.4 CLASIFICACIN DE LAS PRESASExisten distintos tipos y formas de presas que dependen de los objetivos que cumplen. 1. Segn su uso o aplicacin.

Almacenamiento. Se construyen para embalsar el agua en los periodos en que sobra (poca de lluvias o inviernos) para utilizarla cuando escasea (pocas de sequa o verano). b) Derivacin. Se construyen para elevar el nivel del agua y as proporcionar la carga hidrulica necesaria, para lograr desviar el agua hacia canales, zanjas u otros sistemas de conduccin y as llevarla hasta el lugar en donde se le dar uso. c) Regulacin. Se construyen para almacenar el agua y as retardar el escurrimiento de las avenidas y disminuir el efecto que producen las aguas ocasionales.a)

Segn el proyecto hidrulico. a) Vertedoras. Las aguas de exceso se descargan sobre la misma corona de la presa. b) No vertedoras. Se disean para que el agua de exceso no pase a travs de la presa o sobre su corona. En este caso el vertedero puede ser una obra anexa o que puede estar adyacente o distante de la presa. Segn su altura: Bajas H < 30 m Media 30 m < H < 100 m Altas H > 100 m

4-14



Segn los materiales usados en la construccin:Gravedad Masiva Aligerada

Materiales Compactos. (Concreto y mampostera) (Madera y acero) *

* Contrafuertes

Arco

Tierra

Relleno hidrulico Seccin homognea compactada

Materiales sueltos (Tierra y Enrocado)

Materiales gradados Ncleo de tierra (impermeable) Enrocado Pantalla de concreto

4.4.1

Presas De Gravedad

Son aquellas cuya estabilidad frente a las fuerzas externas actuantes sobre ella, se debe fundamentalmente a las fuerzas de su propio peso.

Las presas de gravedad tienen un ancho en la base (B) de aproximadamente 0.7 a 0.9 veces la altura (H). Se adaptan bien para usarse con un vertedero en la corona, por lo cual se pueden combinar con las presas de tierra en los sitios que tiene una llanura de inundacin ancha.4-15



Los factores que afectan contra la estabilidad de una presa de gravedad son: a) Vuelco Giro alrededor del pie bajo la accin de las fuerzas externas.+ M

Fh

Taln

Pie

Antes de que la presa llegue a voltearse como cuerpo rgido, tendrn que haber fallado sus materiales por tensin (en el taln) o por aplastamiento (en el pie). b) El deslizamiento La fuerza horizontal ( H) tiende a desplazar en direccin horizontal a la presa.

Fuerzas resistentes: producidas por la friccin y por la resistencia al corte del concreto o la cimentacin.Antes que la presa se deslice como cuerpo rgido, deben haber fallado sus materiales (o la liga con la cimentacin) por esfuerzo cortante. La estabilidad del muro empeora cuando se presentan hacia arriba fuerzas de flotacin o subpresin.

4-16



4.4.2

Presas de Arco

Las presas de arco se adaptan bien para usarse en caones angostos con forma de V o de U. Las paredes del can deben ser de roca adecuada para soportar la carga del agua transmitida a los costados del can por el efecto del arco. Las presas de arco deben de tener el vertedero en la corona. Las presas de arcos mltiples transmiten cargas a los estribos o extremos del arco. Se adaptan a los valles ms anchos.

4-17



4.4.3

PRESAS DE TIERRA Y ENROCADO

Presas de Seccin Homognea - Se construyen con un solo tipo de material, a excepcin de las partes que necesitan proteccin: taludes o la corona. - Se recomienda donde existe la cantidad necesaria de un material suficientemente impermeable para retener el agua y si resultan ms econmicas que otras. - El talud de aguas arriba debe ser tendido para evitar su deslizamiento cuando se presente un vaciado rpido. - El talud de aguas abajo debe garantizar la estabilidad de la presa. - A travs del cuerpo de la presa pasan filtraciones que aparecern en el talud aguas abajo, ocasionando prdida de agua y posibilidades de tubificacin. - Se debe controlar el sitio donde afloren las filtraciones, construyendo partes de material que pueda servir como filtro y que proporcionen el drenaje deseado. En las siguientes Figuras se ilustran homognea. diferentes tipos de presas de seccin

Presa completamente homognea4-18



Presa Homognea con Filtro de Pie de Presa

Presa Homognea con Filtro en Delantal

4.4.4

Presa de Materiales Gradados4-19



- Consta de un ncleo central impermeable y de zonas de permeabilidad creciente del centro hacia los taludes. - La zona permeable de aguas arriba proporciona estabilidad en los vaciados rpidos. - La zona permeable aguas abajo acta como dren para abatir el limite superior de las filtraciones y como respaldo estabilizante. En la siguiente Figura se presenta el esquema de una presa de materiales gradados.

Presa de Materiales Gradados4.4.5 Presa de Enrocamiento

- El material del cuerpo es rocoso (material granular grueso, desde gravas hasta rocas grandes). - Como alternativas para evitar filtraciones, se tiene: a) colocar losas de concreto en el paramento de aguas arriba; b) poner un ncleo de material4-20



impermeable o construir un muro de concreto o mampostera en el centro de la seccin.-

Corazn Impermeable Elemento de la presa que cierra el paso al agua contenida en el vaso. En general se preferir un corazn impermeable delgado porque generalmente es ms econmico, adems porque las cantidades de material impermeable pueden llegar a ser escasas en el lugar de construccin. Las condiciones climticas y la disponibilidad de tiempo son factores que tambin influyen en la seleccin del ncleo.

4.5

ETAPAS EN LA EVALUACIN DEL SITIO Y SELECCIN DE LA PRESA

1- El embalse debe satisfacer:-

Seguridad y funcionalidad. Debe existir balance entre las caractersticas fsicas naturales y el propsito del embalse. La disponibilidad de agua, la cabeza disponible y la capacidad de almacenaje deben ser iguales o superiores a los parmetros de operacin establecidos (servicios del proyecto).

- Requerimientos tcnicos. Existencia de sitios adecuados para la presa. Disponibilidad de materiales adecuados para construir la presa y facilidad de acceso para el transporte de los mismos. Integridad de la cuenca reservorio con respecto a las fugas. - Conveniencia tcnica del sitio del embalse, desde el punto de vista de: Hidrologa, Geologa, Caractersticas geotcnicas Evaluacin anticipada de las consecuencias ambientales de la Construccin y operacin de la presa4-21



Topografa.

2- Fase de Reconocimiento- Obtener los datos necesarios que determinan los beneficios y el costo de la obra. - Seleccin preliminar del tipo de presa que mejor se adapta para hacer los estudios definitivos. - Levantamiento topogrfico adecuado. - Geologa. - Medicin de datos hidrolgicos: pluviosidad y fugas, evaluacin histrica de evidencia de inundacin. - Interpretacin de fotos areas: para evaluar la informacin geolgica, los posibles sitios de presa, las probables fuentes de materiales de construccin. - Reconocimiento areo, complementado con reconocimientos terrestres en zonas que puedan ocasionar dudas (zonas arboladas).

3- Reporte de Factibilidad- Conclusin de la fase de reconocimiento. - Rene e interpreta toda la informacin disponible (datos y registros). - Hace recomendaciones iniciales con respecto a la viabilidad tcnica y econmica del reservorio (determinar el costo inicial y los beneficios). - Propone localizacin, altura, tipo de presa y grficos comparativos de costos y tiempos de construccin. - Recursos requeridos: financiacin, actividades, personal, etc. - De este informe puede resultar la decisin de requerir investigacin ms profunda para confirmar la conveniencia de la cuenca-embalse y los sitios o sitio de presa:

4- Evaluacin del sitio de Presa.4-22



- El estudio de factibilidad confirma la preferencia del sitio de presa en el reservorio. - La localizacin de la presa est determinada por las funciones de la obra. El lugar exacto dentro de la localizacin general se determina mediante un estudio cuidadoso y sistemtico. - La exploracin sub-superficial comprende: Naturaleza del suelo y la roca, formaciones presentes, integridad de la fundacin, geologa y caractersticas geotcnicas del suelo, evaluacin de fuentes de materiales de construccin.

5- Seleccin del Tipo de Presa. Aspecto Tcnico y Econmico.Esta seleccin involucra: - La Factibilidad tcnica desde el punto de vista ingenieril (topografa, geologa, clima). - El costo de construccin de la obra (disponibilidad de los materiales de construccin cercanos al sitio y la accesibilidad de las facilidades para su transporte). En estudios preliminares se debe determinar la topografa del lugar y las caractersticas del subsuelo de cimentacin. Con estos se hace una eleccin preliminar del tipo de presa; la eleccin final se basa en costos de construccin y factores de sitio. Consideraciones: a) filtracin debajo de la presa. Filtracin baja : Presa tierra homognea. Filtracin alta: Presas de contrafuerte o cpula, arco de doble curvatura. b) Esfuerzo de la fundacin. Los esfuerzos nominales transmitidos a la fundacin varan grandemente con el tipo de presa. La transmisin de esfuerzos a la cimentacin y la capacidad de esta influyen directamente en la seleccin del tipo de presa. Una presa de arco requiere una mejor calidad de terreno que una de contrafuertes, y sta que una de gravedad y la de gravedad necesita mejores condiciones que una de tierra, debido en parte a que esta ltima tiene una mejor rea de apoyo.4-23



Deformacin de la fundacin. Ciertos tipos de presas se acomodan mejor a deformaciones significantes de la cimentacin sin presentar daos serios. Ventajas de las presas de tierra y enrocado ya que son estructuras flexibles Excavacin de la fundacin. El volumen de excavacin debe ser minimizado para bajar costos. Econmicamente la excesiva excavacin descalifica a las presas de concreto. En el cuadro siguiente se presenta el tipo de presa recomendado de acuerdo a la calidad del suelo.

Tipo de presa Conveniente

Calidad del suelo - terreno

De Buena

A

Mala

Arco Contrafuertes Gravedad Tierra

En la siguiente Tabla se presentan las caractersticas tpicas usadas en la seleccin del tipo de presa. Caractersticas de los diferentes Tipos de Presa

Tipo de Presa De Relleno de Tierra

De Enrocado

Caractersticas Relleno Apropiada para cimentaciones en rocas o para suelos en valles anchos, puede aceptar asentamientos diferenciales limitados dado un ncleo relativamente ancho y plstico. Esfuerzos de contacto bajo. Requiere diversas clases de materiales, por ejemplo, para el ncleo, para las zonas de los espaldones, para los filtros internos. Preferiblemente en cimentaciones de roca; puede aceptar calidad variable y meteorizacin limitada. El enrocado es apropiado para colocar en todo tipo de climas. Requiere material para el ncleo, filtros, etc.4-24



Tipo de Presa De Gravedad

De Contrafuerte

De Arco y Bveda

Caractersticas Concreto Apropiada para valles amplios, siempre y cuando la excavacin en la roca sea menor de 5m. Meteorizacin limitada de la roca es aceptable. Hay que verificar discontinuidades en la roca con respecto al deslizamiento. Esfuerzos de contacto moderados. Requiere llevar concreto al sitio de la obra. Como la presa de gravedad, pero con esfuerzos de contacto ms altos, requiere una roca firme. Ahorro relativo de concreto con respecto a las presas de gravedad entre 30% y 60%. Apropiada para caones angostos, sujeta a roca firme o uniforme con una resistencia alta y con deformacin limitada en su cimentacin y, de manera especial, en los estribos. Carga alta en los estribos. El ahorro de concreto con respecto a la presa de gravedad est entre 50% y 85%.

4.6 ESTUDIOS ESPECFICOS 1. Topografa - La topografa influye determinantemente para saber la capacidad del vaso, por medio de las curvas de rea y capacidades, proporcionando un criterio de seleccin. - Indica las caractersticas de la superficie del valle y la relacin de las curvas de nivel a los diferentes requisitos de la estructura. - Se deben estimar los costos a partir de un croquis preciso de la presa y de la forma en que se adapte a los detalles topogrficos del valle. - El croquis debe incluir la localizacin tentativa de otros elementos de la presa, ya que ellos pueden influir en el tipo y localizacin de la presa (caso del vertedero de excedencias).4-25



- Los levantamientos topogrficos (aerofotogrametra, planos) deben correlacionarse con la exploracin del lugar para asegurarse de la precisin. 2. Estudios Hidrolgicos Los estudios hidrolgicos determinan: - Los volmenes de agua que hay que desviar durante la construccin. - La frecuencia con que habr que usar los vertederos de excesos en combinacin con desfogues. Las condiciones del lugar influyen considerablemente en la localizacin, tipo y componentes del vertedero. - Descargas mximas en presas derivadoras. - Obtener bases para estimar la energa elctrica que pueda generarse. - Eleccin de la capacidad correcta del vertedor de excesos para obtener seguridad. La falta de capacidad en estos vertederos ha producido la falla de presas, sobre todo cuando son de tierra y enrocado. - Con stos datos se hacen estimaciones seguras para las obras de irrigacin, abastecimiento de agua o generacin de energa elctrica. - Las condiciones del lugar o sitio influyen considerablemente en la localizacin, en el tipo y en los componentes del vertedero. 3. Investigaciones Geolgicas y Geotcnicas - Determinan los factores que intervienen para soportar el peso de la presa. - En gran parte el tipo de presa esta determinado por los materiales de la cimentacin. - El conocimiento geolgico de las formaciones del subsuelo constituye una ayuda valiosa para evaluar la seguridad de la presa. - Se debe definir con precisin fallas geolgicas, contactos, zonas permeables y detalles subterrneos. - Comnmente en la construccin de presas se encuentran cimentaciones en roca slida, grava, limo o arena fina, arcilla y materiales heterogneos.

4-26



- Las presas pequeas en cimentaciones blandas presentan problemas de asentamientos, tubificacin, permeabilidad excesiva y proteccin de la cimentacin por erosin bajo el pie de la presa de aguas abajo. Entre los datos geolgicos necesarios se tienen:a)

b) c) d)e)

f) g) h) i)

Mapa geolgico: sirve al ingeniero para tener una visin del tipo y edad de las rocas en la zona de estudio. Se debe determinar el estado de alteracin de la roca superficial, ste estudio con frecuencia determina el tipo de presa a seleccionar. Anlisis de las formaciones geolgicas. Nivel fretico. Localizacin de afloramientos de roca. Resultados de sondeos con perforaciones o pozos de prueba, y/o perforaciones con broca de diamante y recuperacin de corazones, en la zona de cimentacin Muestras del suelo y subsuelo en el vaso. Fallas, fracturas. Localizacin de los materiales con que se va a construir la cortina. Se deben considerar aspectos geolgicos que puedan ser factores de seleccin, como sitios de posibles fugas o deslizamientos de taludes

4. Tipo, Cantidad y Localizacin de Materiales - En el reconocimiento geolgico se deben localizar y describir con detalle los materiales que se propone usar. - Una vez seleccionados los bancos y otras posibles fuentes de materiales, se debe realizar un estudio econmico comparativo, considerando distancias de acarreo y costos de obtencin (compra o extraccin y proceso de los materiales) y seleccionar la opcin de costo mnimo. - Se debe considerar la factibilidad de obtener mano de obra en la regin de construccin.

4-27



5. Acceso a la obra- Localizar cuidadosamente los caminos o vas de acceso a la obra, el campamento para trabajadores, la posibilidad de llevar hasta el lugar la energa requerida por la maquinaria y el campamento. - Determinar distancias a estaciones de transporte o cualquier otro punto de inters para los fines constructivos.

6. Caractersticas Sismolgicas- Se debe considerar siempre la posibilidad de temblores en la regin de inters, para incrementar las cargas y los esfuerzos de acuerdo a la regin y al tipo de anlisis que se realice.

7. Climatologa- Se deben conocer las condiciones climatolgicas, para el correcto diseo de la presa, as como para la programacin de las etapas de construccin. - La lluvia puede afectar el diseo de las obras de desvo y la construccin de presas de tierra o enrocamiento, ya que es muy difcil controlar el contenido del agua durante la compactacin, y se originaran grandes aumento de presin de poro; en una presa de concreto influir sobre el revestimiento.

8. Estudios EcolgicosEn el medio natural los ecosistemas se encuentran en situacin de equilibrio, cada especie tiene relaciones bien definidas con los dems y las cadenas alimenticias estn bien establecidas. Es conveniente mantener el equilibrio de los sistemas ecolgicos que nos benefician, por lo cual se debe realizar un estudio cuantitativo y cualitativo del

4-28



proyecto de acuerdo con los objetivos de la presa, tratando de conservar dicho equilibrio. 4.7 CLASIFICACIN DE CARGAS INDIVIDUALES EN PRESAS Una presa debe ser relativamente impermeable, capaz de resistir las fuerzas que actan sobre ella. A continuacin se presenta la clasificacin de cargas presentes en presas indispensables para el diseo..

Esquematizacin cargas principales en presasCARGAS PRIMARIAS (LAS MS IMPORTANTES):

Carga hidrosttica (P1).4-29



Peso propio (P2). Cargas de filtracin: Presin de poro (P3) y Subpresin (P4).

4-30



CARGAS SECUNDARIAS:

Carga de sedimentos Carga hidrosttica adicional (P5). Carga por ondas hidrodinmicas-olas (P6). Carga transitoria generada por ondas de agua cerca de la presa (no significativa). Carga de hielo (P7). Es significativa en condiciones extremas de clima.CARGAS EXCEPCIONALES:

Carga ssmica: fuerza de inercia del agua (P8) y cargas de inercia vertical y horizontal generadas respecto al centroide de la presa).

Calculo de las Fuerzas que Actan sobre las Presasa)

Peso propio. W = P . V donde: P = concreto = 2.4 ton/m3. enrocado mampostera = 2.2 ton/m3 En el peso propio se tiene en cuenta el peso de las pilas, puentes, compuertas y sus mecanismos, considerando cada peso parcial en su lnea de accin.H 22

b) Presin hidrosttica.-

Horizontal sobre una proyeccin vertical del paramento de la presa. =

(para un ancho terico de presa). - Vertical (si la hay) = Peso del agua verticalmente arriba del paramento de la presa.

4-31



c)

Subpresin.El agua a presin inevitablemente encuentra su camino entre la presa y su cimentacin y crea subpresiones. La magnitud de la fuerza de subpresin depende del carcter de la cimentacin y de los mtodos de construccin. Es importante en todas las presas que estn sobre cimentaciones permeables.

H1 H2

H 1

H 2

Los detalles de la subpresin deben determinarse con un anlisis de redes de flujo que incluya el empleo de zampeados, dentellones, drenajes bien dispuestos y otros dispositivos para controlar la intensidad de la subpresin. En cimentacin de roca es seguro suponer que las presiones varan linealmente de la presin del embalse a la presin de la descarga como medida de subpresin. Esta se aplica a toda la superficie de la presa.

d)

Sismo.Ew = 0.555 K h2 Ew: incremento de presin hidrosttica por el sismo sobre la presa. K = : Relacin de la aceleracin causada por el sismo con la aceleracin de la gravedad.4-32



e)

Empuje de sedimentos. (Azolves)Los sedimentos que acarrea la corriente se depositan en el vaso y ejercen empujes en el paramento aguas arriba de la presa.

Dr Azolves Dh

Empuje por azolves en una presa

Empuje horizontal = Dh: producido por el suelo.Dh = '.hd2 2 1 sen 1 + sen

Empuje activo segn Rankine.

: peso del material sumergido. : ngulo de friccin interna. hd: profundidad de la capacidad de azolves.Para diseos preliminares usar: Dh = hd2 = 0.36 ton/m3 (USBR)

4-33

clase 4 presas 2010

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