ESTRUCTURAS DE

ALMACENAMIENTO-PRESAS

DEFINICION DE UNA GRAN PRESA

La Comisión Internacional de Grandes Presas (ICOLD) define a una gran presa como sigue:

• Una presa sobre los 15 metros de altura, medida desde la parte más baja del área de la fundación a la corona ó

• Una presa entre los 10 a 15 metros de altura y que cumpla con alguna de las siguientes condiciones:

DEFINICION DE UNA GRAN PRESA

• La longitud de la corona de la presa no será menor de 500 m

• La capacidad del reservorio formado por la presa no será menor que un millón de metros cúbicos

• El máximo flujo de descarga distribuído por la presa no será menor que 2000 m3/s

• La presa tiene problemas de fundación especialmente difíciles

• La presa es de un diseño inusual

CLASIFICACION

La clasificación se efectúa a partir de los siguientes criterios:

• De acuerdo al uso de la presa

• De acuerdo a los materiales constitutivos

CLASIFICACION

• Clasificación según el uso

De acuerdo con la función se tendrá: Presas de almacenamiento

Presas de derivación

Presas reguladoras

CLASIFICACION

• Presas de Almacenamiento:

Sirvan para embalsar agua en épocas de lluvia, para utilizarla en épocas de estiaje, que puede ser estacionales, anuales, o de períodos más largos.

• Presas de Derivación:

Se construyen para proporcionar la carga hidráulica necesaria para desviar el agua hacia túneles, canales, etc. Se emplean en los proyectos de riego, energía, para uso industrial, agua potable, etc.

CLASIFICACION

• Presas de Regulación:

Sirven para controlar el escurrimiento de las avenidas y para detener los sedimentos, evitando en el primer caso las inundaciones y las consecuencias derivadas de este fenómeno. En el segundo caso, permiten incrementar la vida útil de los embalses de almacenamiento construídos aguas abajo.

CLASIFICACION

• Clasificación de acuerdo a los materiales constitutivos:

• Presas de concreto:– Presas de gravedad y de arco gravedad

– Presas de arco y de bóvedas múltiples

– Presas con contrafuertes o aligeradas

– Presas pre o post-tensadas

CLASIFICACION

• Presas de materiales sueltos:– Presas de tierra:

Cuando el material predominante es material fino

– Presas de enrocado o escollera:

Cuando el material predominante es material grueso (piedra, roca)

SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA

Los principales factores involucrados en la selección del tipo de presa son los siguientes:

• Topografía (forma del valle):

Valle en V presa de arco

Valle en U presa de gravedad o terraplén

SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA

De acuerdo a la relación B/H:– B/H < 4 presa de arco– 4 < B/H < 7 arco grueso ; arco gravedad

– B/H > 7 gravedad ; con contrafuertes ; terraplén

• Calidad de la Roca (Geotecnia):La resistencia de la fundación debe ser superior al nivel de esfuerzos transmitido por el tipo de presa:

SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA

– Presas de gravedad: 4 MN/m2– Presas con contrafuertes: 7 MN/m2– Presas de arco: 10 MN/m2– Presas de terraplén: 2 MN/m2

• Hidrología:La carencia de información hidrológica que permita estimar adecuadamente la magnitud de las avenidas extraordinarias, puede orientar hacia la selección de una presa de concreto.

SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA

• Sismicidad:En zonas de alta sismicidad, las presas de enrocado son generalmente capaces de absorber deformaciones en forma segura y presentan el mejor comportamiento frente a este tipo de eventos.

• Otros factores:– Función e importancia de la presa– Costos

SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA

– Disponibilidad de materiales– Disponibilidad de personal calificado– Factores externosAspectos ambientalesLimitaciones de tiempoProblemas de financiamientoNecesidad de almacenamiento inmediato

PRESAS DE GRAVEDAD

CARGAS A CONSIDERAR EN EL ANALISIS

• Carga Muerta:Corresponde al peso del concreto más el del equipamiento hidromecánico (compuertas, galerías, barandas, etc.)(concreto) = 2400 kg/m3

(acero) = 7800 kg/m3

PRESAS DE GRAVEDAD

• Fuerza debida a la presión del agua:Se determina considerando que se cumple la distribución hidrostática de presión, esto es, que la presión varía linealmente con la profundidad:Así,

La fuerza resultante pasa a un tercio de la altura

2h2

1F

PRESAS DE GRAVEDAD

En el caso de una presa con cara anterior inclinada, debe incorporarse la componente vertical de la acción del agua.En el caso de embalses de gran altura, podría presentarse un gradiente vertical de temperatura, de modo tal que en el fondo del embalse se tenga menor temperatura y por lo tanto, mayor densidad del agua. En estos casos, la fuerza debida a la acción del agua debe determinarse considerando densidad variable.

PRESAS DE GRAVEDAD

• Subpresión:En diseños preliminares de presas de gravedad que cuentan con un sistema de drenes, la subpresión se determina a partir de la distribución de presiones en la base de la presa, mostrada en la siguiente figura:

PRESAS DE GRAVEDAD

h1h2

1/3.(h1-h2)

Línea de

drenes

• Fuerza debida a los sedimentos:Para cálculos preliminares, la acción horizontal combinada del agua y los sedimentos se considera equivalente a la producida por un fluido con un peso específico de 1400 kg/m3.La componente vertical de la fuerza debida al efecto combinado del agua y los sedimentos se determina considerando que la masa de lodo tiene un peso específico de 1920 kg/m3.

PRESAS DE GRAVEDAD

• Fuerza debida a la presión del hielo:La magnitud de la presión del hielo varía en un rango bastante amplio, que depende de factores como: espesor de la capa de hielo, pendiente de los taludes del reservorio, forma del vaso de almacenamiento y forma de la cara anterior de la presa misma.

PRESAS DE GRAVEDAD

Se señala que la presión máxima debida a la acción del hielo varía en un rango que va de 7500 kg/m a 30000 kg/m. Cálculos estimativos pueden efectuarse tomando un valor intermedio de la presión, del orden de 15000 kg/m.La importancia de esta fuerza no radica en su magnitud sino en el efecto de volteo que produce y el corte que motiva en una zona donde el espesor de la presa es menor.

PRESAS DE GRAVEDAD

• Impacto de las OlasLa fuerza ejercida sobre la presa por el impacto de las olas generadas en el reservorio, se determina con la siguiente fórmula:

F(ola) = 2 w Hs2

donde Hs es la altura de ola significante, la cual depende de la velocidad y duración del viento, así como del alcance (fetch) del mismo.

PRESAS DE GRAVEDAD

La siguiente tabla (del Institution of Civil Engineers) proporciona valores referenciales de la altura significante de ola:

PRESAS DE GRAVEDAD

PRESAS DE GRAVEDAD

Fetch (km)

Velocidad del viento (m/s)

10 15 20 30

0.1 0.06 0.12 0.17 0.26

0.2 0.11 0.16 0.22 0.34

0.4 0.16 0.23 0.32 0.47

1.0 0.24 0.35 0.47 0.72

2.0 0.32 0.48 0.66 1.00

4.0 0.45 0.67 0.94 1.40

10.0 0.67 1.06 1.43 2.15

• Fuerzas Sísmicas:Como resultado de la acción sísmica habrá de desarrollarse una fuerza de inercia en el cuerpo mismo de la presa y otra acción debida al efecto hidrodinámico del agua.Para determinar las fuerzas sísmicas es necesario conocer la intensidad o aceleración de sismo. El USBR considera: aSH = 0.1g

aSV = 0.05g

PRESAS DE GRAVEDAD