PROYECTO PRESA DE CASTROVIDO
BURGOS SALAS DE LOS INFANTES
I (y nico) PRESAS
DOCUMENTO N 1 MEMORIA Y ANEJOS DOCUMENTO N 2 PLANOS DOCUMENTO N 3 PLIEGO DE PRESCRIPCIONES TCNICAS PARTICULARES DOCUMENTO N 4 PRESUPUESTO
MIKEL ARRIETA ARRIETA
Dra. Ing. Da. MARA ANTONIA PREZ HERNANDO Catedrtico D. JOAQUN DEZ-CASCN SAGRADO
P.B.L. 122.769.028,70 JUNIO 2012
ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE
INGENIEROS DE CAMINOS,
CANALES Y PUERTOS
PRESUPUESTO FECHA
TUTORES
AUTOR
DOCUMENTOS
TOMO GRUPO
PROVINCIA TRMINO MUNICIPAL
TTULO
PROYECTO DE LA PRESA DE CASTROVIDO
ANEJO N 11
CLCULOS
HIDRALICOS
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA. PROYECTO FIN DE CARRERA
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
2
NDICE
1. INTRODUCCIN ................................................................................................................... 3
2. ESTUDIO DE LAMINACIN DE AVENIDAS ........................................................................ 4
2.1. Hidrogramas de entrada en el embalse ........................................................................ 4
2.2. Metodologa ................................................................................................................... 5
2.3. Resultados ..................................................................................................................... 6
3. CLCULOS HIDRULICOS ................................................................................................. 8
3.1. Clculo de la altura de ola de proyecto ......................................................................... 8
3.2. Capacidad hidrulica de los aliviaderos ........................................................................ 9
3.2.1. Aliviadero (COMPUERTAS) .................................................................................. 9
3.3. Comprobacin hidrulica de los desages de fondo .................................................. 10
3.3.1. Descripcin de las obras ..................................................................................... 10
3.3.2. Clculo de la capacidad hidrulica ...................................................................... 11
3.3.3. Lmina de agua en la galera de descarga ......................................................... 12
3.4. Capacidad hidrulica de las tomas de agua ............................................................... 13
3.4.1. Descripcin de las obras ..................................................................................... 13
3.4.2. Clculo hidrulico ................................................................................................ 13
3.5. Comprobacin hidrulica del canal de descarga del aliviadero .................................. 14
3.5.1. Objetivo ............................................................................................................... 14
3.5.2. Clculo hidrulico ................................................................................................ 14
3.6. Comprobacin hidrulica de la estructura terminal del aliviadero .............................. 15
3.6.1. Descripcin de las obras ..................................................................................... 15
3.6.2. Clculo hidrulico ................................................................................................ 15
3.7. Dimensionamiento hidrulico de las obras provisionales de desvo del ro................ 17
3.7.1. Descripcin de las obras ..................................................................................... 17
3.7.2. Comprobacin hidrulica ..................................................................................... 18
4. CORONACIN Y RESGUARDO ......................................................................................... 24
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
3
INTRODUCCIN
El presente anejo engloba por una parte el estudio de laminacin de avenidas en el
embalse y por otra la comprobacin hidrulica de los distintos elementos hidrulicos con los
que cuenta la presa.
El estudio de laminacin de avenidas se ha realizado tomando como base los hidrogramas
de avenida que se incluyen en el ANEJO N 6: ESTUDIO DE AVENIDAS.
Por su parte, los clculos hidrulicos realizados han sido los siguientes:
1. Clculo de la altura de ola de diseo
2. Aliviaderos: Capacidad y canales de descarga
3. Estructura Terminal de aliviadero
4. Desages de fondo: Clculo de la capacidad y comprobacin de las galeras de
desage. Clculo del tiempo necesario para el vaciado del embalse.
5. Tomas de agua
6. Obras provisionales para el desvo del ro
Finalmente se ha procedido a comprobar la idoneidad de la cota de coronacin de la
presa (1048,00 m.s.n.m.).
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
4
ESTUDIO DE LAMINACIN DE AVENIDAS
1.1. Hidrogramas de entrada en el embalse
Los hidrogramas de clculo considerados son los que se presentan en el anejo n 6 del
presente proyecto: ESTUDIO DE AVENIDAS.
Se exponen a continuacin una tabla resumen con los valores ms significativos de los
referidos hidrogramas:
Avenida Volumen (Hm3) Caudal punta (m3/s)
5 aos de periodo de retorno 21,239 168,90
10 aos de periodo de retorno 25,901 216,40
25 aos de periodo de retorno 31,892 277,50
50 aos de periodo de retorno 36,120 322,60
100 aos de periodo de retorno 40,710 367,60
500 aos de periodo de retorno 51,095 471,30
1.000 aos de periodo de retorno 55,635 515,80
5.000 aos de periodo de retorno 66,074 625,70
10.000 aos de periodo de retorno 70,559 663,90
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
5
A continuacin se presenta un grfico con los hidrogramas representados.
1.2. Metodologa
La simulacin del paso por el embalse de las avenidas se ha realizado mediante el
programa informtico LAMIN.
Este programa recibe como datos de entrada, las caractersticas fsicas del embalse, es
decir la curva de alturas - volmenes (estas curvas se pueden consultar en los listados de
clculo que se adjuntan en la parte final del anejo o en el Anejo n 9 de este mismo proyecto:),
el hidrograma correspondiente a la avenida a analizar, las caractersticas hidrulicas de los
diferentes rganos de desage de la presa, as como la definicin de la estrategia de operacin
de los mismos
en el tiempo.
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
6
Con todo ello, LAMIN efecta el balance hdrico en el tiempo, de acuerdo con el
incremento diferencial de tiempo elegido y determina el estado del embalse, (en volumen
almacenado y nivel), en cada instante del proceso y los caudales evacuados por aliviadero y
desages.
En la parte final del anejo se incluyen los listados de clculo del programa.
Se ha procedido a simular la laminacin de las avenidas de 25, 50, 100, 500, 1.000 y
10.000 aos de periodo de retorno. Las condiciones iniciales de los clculos, determinantes en
el resultado final de los mismos, han sido las mismas en todos ellos:
Cota inicial del embalse al N.M.N., que se corresponde con la cota 1.042,00 m. Desages de fondo cerrados durante todo el periodo de estudio salvo que el nivel de
agua supere la cota 1046,00 m, momento en el se abren para intentar contener el
incremento de niveles. Su comportamiento hidrulico se corresponde con la ley
definida en el correspondiente apartado de este mismo anejo.
Tomas de agua cerradas durante todo el estudio. Los aliviaderos se comportan segn las leyes hidrulicas definidas en el
correspondiente apartado de este mismo anejo.
En el siguiente apartado se presenta el resumen de los resultados de los clculos
realizados, concretamente de la avenida de proyecto (T=1000 aos) y de la avenida extrema
(T=10.000 aos) ya que son los ms representativos.
1.3. Resultados
Laminacin de la avenida de 1.000 aos. Hidrograma de entrada e hidrograma de salida.
0
100
200
300
400
500
600
0,00
7,
00
14,0
0 21
,00
28,0
0 35
,00
42,0
0 49
,00
56,0
0 63
,00
70,0
0 77
,00
84,0
0 91
,00
98,0
0 10
5,00
11
2,00
Caud
al m
3/s
tiempo (h)
Avenida de 1.000 aos Hidrograma de entrada y salida
Laminacin Compuertas
Hidrograma T=1000aos
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
7
Laminacin de la avenida de 1.000 aos. Evolucin de niveles de embalse.
Laminacin de la avenida de 10.000 aos. Hidrograma de entrada e hidrograma de salida.
1038,00
1039,00
1040,00
1041,00
1042,00
1043,00
1044,00
0,00
5,
00
10,0
0 15
,00
20,0
0 25
,00
30,0
0 35
,00
40,0
0 45
,00
50,0
0 55
,00
60,0
0 65
,00
70,0
0 75
,00
80,0
0 85
,00
90,0
0 95
,00
100,
00
105,
00
110,
00
Cota
(m)
tiempo (h)
Avenida de 1.000 aos Evolucin del nivel del embalse
0
100
200
300
400
500
600
700
0,00
7,
00
14,0
0 21
,00
28,0
0 35
,00
42,0
0 49
,00
56,0
0 63
,00
70,0
0 77
,00
84,0
0 91
,00
98,0
0 10
5,00
11
2,00
Caud
al m
3/s
tiempo (h)
Avenida de 10.000 aos Hidrogramda de entrada y salida
Hidrograma T=10000aos
Laminacin compuertas
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
8
Laminacin de la avenida de 10.000 aos. Evolucin de niveles de embalse.
CLCULOS HIDRULICOS
1.4. Clculo de la altura de ola de proyecto
Se ha procedido a calcular la altura de ola generada en el embalse mediante la frmula
de Stevenson.
En primer lugar se ha obtenido el Fetch de un plano de embalse:
1038
1039
1040
1041
1042
1043
1044
1045
0,00
4,
33
8,67
13
,00
17,3
3 21
,67
26,0
0 30
,33
34,6
7 39
,00
43,3
3 47
,67
52,0
0 56
,33
60,6
7 65
,00
69,3
3 73
,67
78,0
0 82
,33
86,6
7 91
,00
95,3
3 99
,67
104,
00
108,
33
112,
67
Cota
(m)
tiempo (h)
Avenida de 10.000 aos Evolucin del nivel del embalse
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
9
Con ello, la altura de ola segn Stevenson es:
mFFA 927,026,034,076,0 25,050,0 uu
La altura de ola reflejada sobre el paramento de la presa, que es la que se ha
considerado como ola de clculo es:
mAh 236,134 u
1.5. Capacidad hidrulica de los aliviaderos
1.5.1. Aliviadero (COMPUERTAS)
El diseo de del aliviadero de Castrovido responde a los siguientes objetivos:
Controlar los mximos niveles de embalse durante el paso de avenidas de elevado periodo de retorno.
Conferir a la presa una elevada capacidad laminadora de las avenidas.
Con ello, se ha proyectado un aliviadero compuesto por tres compuertas dispuestas
simtricamente respecto del eje transversal de la presa. Las tres tienen el umbral del vertedero
a la cota 1038,00 m.
La compuerta central, tipo TAINTOR, de 5 m. de longitud y 5 m. de altura se encuentra en
el bloque central 0. Las otras dos se disponen simtricamente en los bloques contiguos: 1 y 2
con unas dimensiones anlogas.
El vertedero se ha diseado como un tipo CREAGER (teniendo en cuenta la posible lmina
de agua que podr desaguar).
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
10
El clculo de su capacidad hidrulica se ha realizado como es usual en este tipo de
estructuras hidrulicas. La capacidad de descarga de una estructura de este tipo, en caso de
apertura total de las compuertas, viene dada por la frmula del vertedero en pared delgada:
23
ed HLCQ uu
donde Cd es el coeficiente de descarga, Le la longitud efectiva del vertedero y H la lmina
vertiente. A su vez, Le viene dada por la expresin:
H)KK(n2LL ape uuu
en la cual, Kp es el coeficiente de contraccin de pilas y Ka es el coeficiente de contraccin de
estribos y n el nmero de pilas. Se han considerado unos valores:
Kp = 0,03
Ka = 0,1
En el caso de apertura parcial de las compuertas, la formula que rige su
comportamiento es la siguiente (desage por metro lineal):
q= 2/3*K*(2*g) * (h13/2-h23/2)
1.6. Comprobacin hidrulica de los desages de fondo
1.6.1. Descripcin de las obras
Los desages de fondo de la presa de Castrovido estn constituidos por dos
conducciones gemelas ubicadas en los bloques 3 y 4 a la cota 979,85 m
Ambas conducciones disponen de una reja en su extremo de aguas arriba, para evitar
la entrada de slidos de gran tamao, a la que le sigue una embocadura (por cada conduccin)
que facilita la entrada de caudales a cada conducto. Estos conductos tienen una seccin
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
11
circular de 1,70 m. de dimetro y una longitud de 53 m aproximadamente y son horizontales
con el eje a la cota 979,85 m.
Tras los conductos se han proyectado los sistemas de guarda y regulacin de los
desages. En efecto, como sistema de guarda, los desages disponen de una compuerta
BUREAU por cada conduccin, mientras que como compuertas de regulacin se han dispuesto
sendas TAINTOR (una por conducto tambin) que adems facilitan el cambio de rgimen
hidrulico, de carga a lmina libre.
Las vlvulas se maniobran desde una cmara construida a tal efecto y a la que se
accede desde las galeras de servicio de la presa.
El cambio de rgimen hidrulico se realiza en ptimas condiciones mediante una
brusca ampliacin de la seccin de desage tras las compuertas TAINTOR y un conducto de
aduccin de aire de 1,50 m de dimetro, que incide por debajo del filete lquido, que elimina
cualquier posibilidad de presiones negativas y fenmenos de cavitacin.
La referida galera de descarga finaliza en una estructura de lanzamiento que vierte los
caudales directamente al cuenco amortiguador.
1.6.2. Clculo de la capacidad hidrulica
Los dos desages de fondo proyectados estn constituidos por los siguientes
elementos, desde aguas arriba hacia aguas abajo:
Rejilla: Formada por una estructura reticulada, una en cada conducto, compuesta
por elementos horizontales y verticales.
Embocaduras: Perfiladas mediante acuerdos elpticos, facilitan un cambio de seccin desde
3,7 m hasta 1,70 m. Su eje se sita a la cota 979,85 m.
Conductos: Horizontales, con una longitud de 5 m y secciones circulares de 1,7 m de
dimetro.
Compuertas: Del tipo BUREAU, de 1,70 x 1,70 m, una por cada conducto.
Conductos: Horizontales, con una longitud de 2,80
Compuertas: Del tipo TAINTOR, para vano de 1,70 x 1,70 m y radio de giro de 2,75 m, una
por cada conducto. En ellas se establece un desage bajo compuerta.
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
12
Para el estudio hidrulico de esta estructura se ha utilizado un programa de clculo
electrnico en ordenador denominado DFOND, que simula el funcionamiento en rgimen
permanente de conductos en carga, con posibilidad de descarga sobre un canal, es decir con
cambio a rgimen en lmina libre, a travs de una estructura hidrulica de desage bajo
compuerta o similar a la proyectada.
Este programa asimila el desage a estudiar a una sucesin de distintos elementos
tales como son, rejillas, embocaduras, transiciones, codos, tramos rectos y vlvulas de todos
los tipos que normalmente se utilizan en este tipo de obras.
De cada uno de estos elementos, se suministran al ordenador sus caractersticas
geomtricas e hidrulicas, y DFOND calcula las prdidas de carga para un caudal unitario
pasando por ellos; de esta forma, integrando todas estas prdidas de carga se llega a conocer
la expresin global que rige el funcionamiento del desage de fondo en cuestin:
H K =Q u
El programa da como resultados, primeramente la tabla de valores de caudales y
alturas en el embalse, y posteriormente suministra la informacin relativa al estado de
presiones, prdidas de carga y velocidades a lo largo del desage de fondo.
Las prdidas de carga de tipo localizado son calculadas de acuerdo con la expresin,
g 2v - v k = H
21
22
uu'
y las prdidas por rozamiento son calculadas de acuerdo con la expresin de Manning.
1.6.3. Lmina de agua en la galera de descarga
Como se ha comentado, las compuertas TAINTOR de los desages de fondo facilitan un
cambio de rgimen de funcionamiento, de carga a lmina libre. En este cambio de rgimen el
conducto desagua a una nica galera de descarga de seccin rectangular que finaliza en un
trampoln que lanza los caudales al cuenco de disipacin de energa.
Se ha procedido, por una parte, a obtener la lnea piezomtrica en la galera de
descarga, para comprobar que sta posee seccin suficiente y por otra, se ha calculado el
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
13
lanzamiento desde el trampoln al objeto de cerciorar que ste es adecuado con respecto a la
morfologa del cuenco de disipacin de energa.
El clculo de la lnea piezomtrica se ha realizado mediante el programa informtico
DFOND, que permite simular el desage bajo compuerta y procede obteniendo el rgimen
permanente en la descarga. Los listados correspondientes a este clculo se pueden consultar
en la parte final del anejo.
El clculo del lanzamiento desde el trampoln se ha realizado a partir de los parmetros
hidrulicos en la ltima seccin del canal que ofrece el programa DFOND y mediante las
siguientes ecuaciones:
2
21
cos
gtvtseny
vtx
DD
Adems, a las velocidades segn cada componente, obtenidas del programa DFOND,
se les ha aplicado un coeficiente de 0,90 para tener en cuenta el efecto de frenado por el
rozamiento con el aire.
Todo ello se ha realizado suponiendo que las compuertas estn totalmente abiertas y
que el nivel del embalse se encuentra a la cota de coronacin, esto es, con los desages
funcionando a plena carga.
1.7. Capacidad hidrulica de las tomas de agua
1.7.1. Descripcin de las obras
La toma de agua de la Presa de Castrovido est constituida por una torre exenta al
paramento de la presa, unida a ella en el bloque n 2, con cuatro embocaduras a distintas
cotas, con sus respectivas rejillas y compuertas deslizantes (los ejes de las embocaduras se
ubican a las cotas 1028.25, 1013.25, 998.25 y 983.25).
1.7.2. Clculo hidrulico
Para el estudio de la capacidad de estas tomas se ha utilizado un programa de clculo
electrnico en ordenador denominado DFOND, que simula el funcionamiento de conductos
en carga, compuestos por diversos elementos consecutivos. El fundamento de este programa
se ha explicado en el apartado anterior.
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
14
1.8. Comprobacin hidrulica del canal de descarga del aliviadero
1.8.1. Objetivo
La comprobacin hidrulica del canal de descarga tiene triple objetivo:
1. Comprobar la idoneidad hidrulica de la embocadura de los aliviaderos.
2. Comprobar que los cajeros del canal poseen altura suficiente.
3. Calcular el lanzamiento desde el vano central del canal a la estructura terminal de los
aliviaderos
4. Obtener los parmetros hidrulicos de funcionamiento para los caudales de clculo en
la seccin final del canal, necesarios para proceder al clculo de la estructura terminal
de los aliviaderos.
1.8.2. Clculo hidrulico
El clculo hidrulico se ha realizado en rgimen permanente para el caudal punta
desaguado por los aliviaderos, durante el paso de las avenidas de 500, 1.000, 5.000 y 10.000
aos de periodo de retorno.
Para la realizacin de los clculos se ha empleado el programa informtico ALIVI; el
programa ALIVI simula el movimiento en rgimen permanente y uniformemente acelerado
del agua en un cauce abierto, por aplicacin en intervalos sucesivos de la ecuacin de
conservacin de la energa (Bernouilli).
Partiendo de los datos geomtricos del aliviadero y del canal de descarga determina el
perfil de la lmina vertiente sobre el vertedero y en cada una de las secciones transversales del
canal de descarga consideradas, calcula el calado normal, la velocidad, la altura de velocidad,
las prdidas de carga por rozamiento, la altura de energa, el nmero de Froude y finalmente el
calado conjugado.
ALIVI, adems, hace una estimacin de la posicin de la lmina aguas arriba de la
seccin donde se produce el rgimen crtico, mediante la interpolacin entre curvas obtenidas
de forma experimental y tendiendo hacia la posicin de lmina en el embalse, que es conocida.
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
15
De los resultados del clculo se comprueba la idoneidad de la embocadura del
aliviadero (el agua no incide en el puente de paso sobre el aliviadero) y el suficiente resguardo
de los cajeros del canal.
1.9. Comprobacin hidrulica de la estructura terminal del aliviadero
1.9.1. Descripcin de las obras
La estructura terminal de los aliviaderos de la presa de Castrovido es un cuenco de
amortiguacin proyectado para producir durante el paso de los caudales de clculo, una
disipacin energa suficiente como para restituir dichos caudales al ro de manera adecuada. Se
trata de un cuenco USBR tipo II.
El cuenco se ubica en prolongacin con el canal de descarga del aliviadero, al que se
une mediante un acuerdo circular de 20 m de radio y de 53 de ngulo de desarrollo. Tiene
seccin rectangular de ancho de 25 m.
La longitud del cuenco, medida desde el pie de aguas abajo del acuerdo hasta el pie de
aguas arriba del azud es de 79,39 m, la cota de la solera es la 956,27 m. El cuenco est
delimitado lateralmente por dos muros cajeros de 19 m de altura.
1.9.2. Clculo hidrulico
El clculo hidrulico de un cuenco de disipacin de energa consiste en comprobar que
para los caudales de clculo de entrada se generan dentro del cuenco, como mnimo, los
calados conjugados de los correspondientes a esos caudales de entrada.
Al cuenco de amortiguacin de energa de la presa de Castrovido afluyen los tres vanos
del canal de descarga, todos ellos de 5 m de anchura.
En el presente apartado se estudia la morfologa del resalto generado durante el paso de
las avenidas de clculo por el embalse.
Las caractersticas hidrulicas del flujo en la seccin de entrada al cuenco en los vanos
laterales se han tomado de los listados de clculo del programa ALIVI correspondientes a la
comprobacin hidrulica del canal de descarga del aliviadero.
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
16
El fenmeno hidrulico producido en el cuenco de resalto hidrulico, se ha estudiado
como una transicin en movimiento permanente para cada uno de los caudales punta de las
avenidas ensayadas.
As, al ser la pendiente de la estructura terminal horizontal (y por tanto menor que la
crtica para cada uno de los caudales circulantes) se generar un resalto hidrulico cuyas
caractersticas se obtienen con las siguientes ecuaciones:
u 181
21
12
1
2 Fyy
126 yyL u En donde:
Y1: calado aguas arriba del resalto
Y2: calado aguas abajo del resalto
F1: n de Froude aguas arriba del resalto
L: longitud del resalto
Por otra parte y dada la longitud del canal de descarga del aliviadero, se ha supuesto
que la influencia de la aireacin de la lmina es suficientemente importante como para
considerarla en los clculos. As se han aplicado las ecuaciones recogidas en la GUA TCNICA
N 5: ALIVIADEROS Y DESAGES redactada por el COMIT ESPAOL DE GRANDES PRESAS:
41011
Cffw
u
333,02
8
uuu Dseng
fqh wW
CW hCh u 1 75,0)(75,0 DsenC u
cc h
AQV /
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
17
1.10. Dimensionamiento hidrulico de las obras provisionales de desvo del ro
Las obras provisionales de desvo del ro consisten en:
Fase o desvo del ro: Obras necesarias para desviar las aportaciones naturales del Arlanza durante dos aos.
El dimensionamiento de una obra de desvo provisional comienza con la seleccin de la
avenida de proyecto a considerar.
En el caso que nos ocupa, se han seguido las recomendaciones de la GUA TCNICA N 4:
AVENIDA DE PROYECTO redactada por el COMIT ESPAOL DE GRANDES PRESAS. Esta gua
estipula que la probabilidad de superacin de los caudales de diseo de la obra de desvo en la
duracin o vida til de la misma, para una presa CATEGORA A y de fbrica de hormign, debe
ser inferior al 20%.
Con ello se obtiene fcilmente la probabilidad de que se supere un determinado caudal Qd
en un nmero n de aos:
20,0111
n
TP
Despejando T se obtiene el periodo de retorno de la avenida a considerar para cada
caso. Se adjunta una tabla con los resultados obtenidos:
Obra
provisional
Duracin o
vida til de la
obra (n)
Periodo de
retorno (T)
obtenido
Avenida de
clculo
Caudal
punta de la
avenida de
clculo
Caudal de
diseo
empleado
Desvo 2 ao 9,45 aos 10 aos 213,91 m3/s 275,00 m3/s
1.10.1. Descripcin de las obras
Las obras del desvo del ro estn formadas por un sistema formado por la atagua, la
contra - atagua y el canal de desvo.
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
18
Se ha proyectado un canal, de seccin rectangular de 10 m de anchura, a cielo abierto por
la margen izquierda, que cruza la presa en galera entre su Bloque N 3 y N 5, y con una
pendiente del 0,60 %. El portillo por el que este canal atraviesa la presa ser hormigonado en su
totalidad con el posterior tapn a ejecutar en dos fases y su ulterior inyeccin de contacto y
sellado.
Los planos del desvo del ro se incluyen en el Documento n 2.
1.10.2. Comprobacin hidrulica
La comprobacin hidrulica del canal se ha realizado en dos pasos. El primero de ellos
consiste en el clculo del rgimen uniforme, para posteriormente comprobar el rgimen
permanente.
El clculo en rgimen uniforme se ha realizado mediante una hoja de clculo que itera
tantas veces como son necesarias hasta encontrar unos parmetros hidrulicos que igualan la
prdida de carga unitaria con la pendiente de la solera del canal.
Para el clculo hidrulico se ha empleado el programa PERMAN, programa basado en la
resolucin sucesiva de la ecuacin de la conservacin de la energa de Bernouilli, en un perfil
determinado mediante secciones transversales.
El anlisis numrico del movimiento del agua en rgimen permanente en un cauce
abierto, se puede abordar como una sucesin de regmenes uniformes a lo largo de la conduccin.
En efecto, el rgimen permanente es aqul en que la situacin del agua en la conduccin no vara
en el tiempo, pudiendo hacerlo a lo largo de dicha conduccin, (si tambin es constante a lo largo
de ella, se tratara de un rgimen uniforme), por lo tanto, si se elige un incremento de integracin
x suficientemente pequeo, se podr aproximar el rgimen no uniforme general en la
conduccin a esta sucesin de regmenes uniformes.
La ventaja que este procedimiento presenta es que permite calcular las prdidas de carga
debidas al rozamiento a lo largo de la conduccin utilizando las frmulas experimentales
normalmente utilizadas como pueden ser las de MANNING, DARCY, etc., las cuales requieren la
uniformidad del rgimen (velocidad constante a lo largo de la conduccin) para su aplicacin.
Para cada uno de los sucesivos tramos de integracin, de longitud es, se puede establecer
la ecuacin de conservacin de la energa de BERNOUILLI:
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
19
Los valores de los subndices en la expresin anterior, se refieren a los extremos, inicial
y final, de cada incremento de integracin Gx, y el ltimo trmino 'H1,2 representa la prdida de carga debida al rozamiento, en dicho tramo de integracin.
Para la evaluacin de estas prdidas, se utiliza la expresin de MANNING:
n : coeficiente de rugosidad de MANNING
vm : velocidad media del agua en el tramo de integracin
x : incremento de integracin a lo largo del canal
RH : radio hidrulico medio en el tramo de integracin
Adems, se debe satisfacer en todo momento, ya que se trata de rgimen permanente,
la ecuacin de la continuidad :
S1 . v1 = S2 . v2
siendo S1 y S2 las secciones hidrulicas en los extremos inferior y superior del
incremento de integracin x.
Aplicando sucesivamente la ecuacin de BERNOUILLI y la de la CONTINUIDAD, de manera
que se conocen los valores de y, v, y z en el extremo inferior de cada x, y el valor de z en su
extremo superior, se pueden determinar los valores de y v en el extremo superior, ya que se tiene
un sistema de dos ecuaciones con dos incgnitas.
PERMAN, resuelve el citado sistema de ecuaciones mediante iteraciones sucesivas,
tomando como variable de convergencia la energa del agua en cada punto, con un error
admisible de una centsima de milmetro, y da como resultados para cada una de las secciones de
clculo los valores de:
- N de la seccin
H + z + y +
g x 2v = z +
y + g x 2
v = E 1,22222
11
21 'UU
x x R
v x n = H4/3H
2m
2 G'
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
20
- Valor del nmero de FROUDE
- Cota de la lmina de agua
- Calado
- Resguardo disponible
- rea mojada o seccin hidrulica
- Velocidad del agua
- Radio hidrulico
- Altura de velocidad
- Prdida de carga
- Cota de la lnea de energa
- Caudal
Para ello, PERMAN (programa utilizado en este caso), necesita conocer por un lado la
geometra del cauce, definido mediante sucesivas secciones transversales, las cuales se definen
con :
x en el caso de secciones prismticas
- N de la seccin
- Distancia al origen
- Cota de la rasante de solera
- Anchura de solera
- Profundidad del cauce
- Taludes izquierdo y derecho del cauce principal, y anchuras de banqueta y
taludes izquierdo y derecho del cauce de expansin
- Coeficiente de rugosidad de MANNING
- Caudal de toma, si lo hay
x en el caso de secciones circulares.
- N de la seccin
- Distancia al origen
- Cota de la rasante
- Radio de la seccin
- Altura o profundidad mxima de la seccin
- Coeficiente de rugosidad de MANNING
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
21
- Caudal de toma, si lo hay
Todo esto es vlido para el caso de un cauce o conduccin en rgimen lento; si se tratara
de una conduccin en rgimen rpido, como el que nos ocupa en nuestro caso, el programa
PERMAN, procedera de la misma forma pero cambiando el sentido de avance de los clculos:
stos progresaran desde aguas arriba hacia aguas abajo, debindose establecer en consecuencia,
las condiciones de contorno, en los extremos de aguas abajo.
El programa PERMAN, se ha contrastado en otras muchas ocasiones con otros
equivalentes ofreciendo siempre un grado de similitud en los resultados altamente satisfactorio.
La ventaja de utilizar este programa frente a otros reside en que PERMAN ha sido desarrollado
para casos prcticos de obras de encauzamientos, canales y conducciones a en lmina libre, y
permite el manejo fcil de tomas, desages y aquellas condiciones de contorno que realmente se
presentan en la prctica, tales como:
Energa y caudal impuestos, como es el caso de una desembocadura de un cauce en el mar, o sobre otro cauce.
Vertedero de control, como es frecuente en canales que terminan en una estructura de control de niveles.
Desage bajo compuerta, estructuras muy frecuentemente instaladas en canales para el control de niveles y caudales.
Rgimen crtico inicial, que simula el vertido libre en el extremo de un canal, o el inicio de una rpida, etc.
Rgimen uniforme inicial, que sera el caso del estudio de un tramo de una conduccin que enlazase con otro tramo de caractersticas uniformes.
Todas estas condiciones se pueden imponer en el anlisis de una determinada
conduccin, con secciones prismticas, circulares, en herradura u ovoides.
En el caso que nos ocupa, la seccin de control se establece, en la embocadura de los canales, a
partir de la cuales el agua circula en rgimen supercrtico, manteniendo un resguardos adecuado
para los caudales de diseo.
1.10.2.1. Clculo en rgimen uniforme
Canal de desvo
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
22
Para una pendiente del 0,50%
1.10.2.2. Clculo en rgimen permanente
A continuacin se muestra el perfil longitudinal del canal en direccin vertical para
apreciar mejor los resguardos del canal para los caudales de diseo.
CAUDAL (m3/s) 300.000
ENERGA EN CABECERA
ENERGA ESPECFICA (m.c.a.) 7.119
Pendiente (m/m) 0.00500 Calado (m) 3.622
Ancho en base (m) 10.000 T 10.000
Talud cajero izdo 0.000 Velocidad (m/s) 8.284
Talud cajero dcho 0.000 Seccin mojada (m2) 36.216
Manning 0.014 Permetro mojado (m) 17.243
Radio hidrulico (m) 2.100
Prdida unitaria 0.00500
N de Froude 1.39
CALADO CRTICO 11.512
SECCIN TRAPECIAL (rgimen uniforme)
C
LCU
LOS
HID
R
ULI
CO
S
P
RE
SA
DE
CA
STR
OV
IDO
23
Esqu
ema
n1.
Can
al d
e de
svo
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
24
CORONACIN Y RESGUARDO
Con el objeto de verificar que la cota de coronacin de la presa (1.048,00 m.s.n.m.) es
adecuada se ha realizado un estudio complementario de avenidas que consiste en simular el
paso de la avenida de 10.000 aos suponiendo que el nivel inicial en el embalse se ubica a la
cota 1.043,00 m.s.n.m..
El clculo se ha realizado en las mismas condiciones que las consideradas en el estudio de
laminacin de avenidas incluido en este mismo anejo:
Nivel inicial al N.M.N. (1.043,00 m).
Los desages de fondo se abren cuando el nivel del embalse supera la cota 1.044,1 m.
El clculo se ha realizado mediante el programa informtico LAMIN, cuyo fundamento ya
se ha explicado.
Los resultados obtenidos han sido los siguientes:
Volumen de entrada ........................................................................................................... 70,559 Hm3
Volumen desaguado ........................................................................................................... 70,559 Hm3
Caudal punta de entrada ................................................................................................. 663,911 m3/s
Caudal punta del aliviadero superior .............................................................................. 296,215 m3/s
Caudal punta de los desages de fondo ........................................................................... 155,75 m3/s
Caudal mximo desaguado ............................................................................................. 451,976 m3/s
Nivel mximo alcanzado en el embalse ............................................................................. 1.046,25 m
Con esto, para comprobar la idoneidad de la cota de coronacin de la presa se deben tener en
cuenta las siguientes cifras:
N.A.P. + Altura de ola = 1.043,1 + 1,24 = 1.044,34 m
N.A.E. = 1.044,10 m
Mximo nivel durante el paso de la avenida de 10.000 aos, con nivel inicial a la 1.043,00 =
1.046,25 m
CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO
25
Con ello, se demuestra que la cota 1.048,00 m es ms que suficiente.
PROYECTO DE LA PRESA DE CASTROVIDO
ANEJO N 12
CLCULOS
MECNICOS
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA. PROYECTO FIN DE CARRERA
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
2
0. NDICE
1. PRESA..................................................................................................................................... 4
1.1. CUERPO DE PRESA ......................................................................................................... 4
1.1.1. ESTABILIDAD FRENTE AL DESLIZAMIENTO ............................................................. 4
1.1.2. ESTUDIO TENSIONAL ........................................................................................... 10
1.1.3. ESTUDIO DE LA SUBPRESIN ............................................................................... 14
1.2. GALERAS ..................................................................................................................... 14
1.3. CORONACIN .............................................................................................................. 14
1.4. BLINDAJES DE LAS TUBERAS DEL DESAGE DE FONDO Y TOMAS ............................. 17
1.4.1. Blindajes del desage de fondo .......................................................................... 17
1.4.2. Blindajes de las tomas de agua ........................................................................... 21
2. ALIVIADERO ......................................................................................................................... 27
2.1. Pilas del aliviadero ....................................................................................................... 27
2.2. Muros cajeros del aliviadero ....................................................................................... 27
2.3. Tablero del puente sobre el aliviadero ........................................................................ 28
2.4. Muro del cuenco amortiguador .................................................................................. 28
2.4.1. Metodologa ........................................................................................................ 28
2.4.2. Datos de partida .................................................................................................. 29
2.4.3. Resultados de clculo .......................................................................................... 30
2.4.4. Clculo de secciones ............................................................................................ 30
3. TORRE TOMA DE AGUA ....................................................................................................... 31
3.1. Fuste ............................................................................................................................ 31
3.1.1. Mtodo de clculo ............................................................................................... 31
3.1.2. Normativa utilizada ............................................................................................. 33
3.1.3. Materiales ............................................................................................................ 34
3.1.4. Acciones consideradas. Hiptesis de carga ......................................................... 34
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
3
3.1.5. Obtencin de deformadas, tensiones y esfuerzos en la hiptesis psima.
Dimensionamiento de armaduras. ...................................................................................... 35
3.2. Mnsulas del puente gra ........................................................................................... 40
3.3. Superestructura ........................................................................................................... 40
4. DESVO ................................................................................................................................. 41
4.1. Cajeros del canal de desvo del ro .............................................................................. 41
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
4
1. PRESA
1.1. CUERPO DE PRESA
1.1.1. ESTABILIDAD FRENTE AL DESLIZAMIENTO
1.1.1.1. Introduccin
Tal y como se detalla en la introduccin de la memoria del presente Proyecto: Presa de
Castrovido, la incidencia principal surgida en la ejecucin de las obras de construccin de la
presa, ha sido que la excavacin ha estado abierta desde septiembre de 2004; durante este
tiempo se han producido derrumbes y deslizamientos en estos taludes y una meteorizacin
apreciable de la superficie excavada, dado el tipo de cimentacin existente en la cerrada:
alternancia de limolitas y areniscas. Por todo ello se ha requerido realizar tratamientos
especficos al terreno.
1.1.1.2. Datos de partida
Se han analizado secciones de presa, con dos hiptesis de plano de deslizamiento:
- Por el contacto hormign-roca de cimentacin, con unos parmetros
resistentes de 35 para el ngulo de rozamiento y con cohesin nula.
- Por un plano de sedimentacin, que pase por el pie de aguas abajo de la presa
y con un buzamiento de 15, hacia aguas arriba. Es importante destacar que
estos planos son crticos en la estabilidad de la presa.
Se ha considerado un peso especfico (g) para el hormign de 2,4 t/m3.
En ningn caso se ha considerado el efecto favorable del empuje pasivo de la cua de
aguas abajo, a pesar de lo importante que es la profundizacin de la presa en la roca de
cimiento.
En cuanto a la subpresin se ha considerado que la junta en el contacto de la presa con
el cimiento por aguas arriba est abierta. Se ha realizado un anlisis por el MEF, utilizando para
ello, el programa de simulacin del movimiento del agua en medios porosos SEEP-2D, como se
detalla en el apartado 11.1.3 Estudio de la subpresin.
Con todo ello, se ha procedido a recalcular la presa de Castrovido con las hiptesis de
clculo de la Instruccin de Grandes Presas.
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
5
- A2 es la hiptesis de Embalse lleno a NMN con drenaje eficaz (situacin normal)
- B21 es Embalse lleno a NMN con drenaje ineficaz
- B23 es Embalse lleno a NAP con drenaje eficaz (B21 y B23 con NAP son situaciones
accidentales)
- B22 es la A2 con sismo
- B23 es Embalse lleno a NAE con drenaje eficaz (B22 y B23 con NAE son situaciones
extremas).
Los coeficientes de seguridad requeridos son:
SITUACIN DE CARGA COEFICIENTE DE
SEGURIDAD AL ROZAMIENTO
COEFICIENTE DE SEGURIDAD
A LA COHESIN
A2 1,5 5
B21 1,2 4
B23 con NAP 1,2 4
B22 1,0 3
B23 con NAE 1,0 3
1.1.1.3. Metodologa de clculo
Para el clculo de las secciones, dado que se trata de una presa gravedad con planta
recta, sin efecto arco alguno, se ha desarrollado el clculo basado en el equilibrio de fuerzas y
por metro lineal de longitud de presa.
Estas resultantes de fuerzas se obtienen, analizando y calculando las distintas acciones
y reacciones que actan sobre la presa. Estas acciones y reacciones quedan claramente
reflejadas en los grficos de esquemas de clculo de cada una de las secciones.
Una vez obtenidas las diferentes fuerzas que actan sobre la presa, se proyectan segn
las direcciones de los ejes X (horizontal) e Y (vertical), para obtener las resultantes en cada una
de las dos direcciones citadas, que posteriormente sern proyectadas, a su vez, segn las
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
6
direcciones normal y tangente al plano de deslizamiento (cimentacin o sedimentacin, segn
el caso), FN y FT, para ser introducidas en la frmula que define el factor de seguridad:
TF..seguridad deFactor SctgFN M
siendo cada uno de los trminos:
FN, la resultante de todas las fuerzas normales al plano de deslizamiento. FT, la resultante de todas las fuerzas paralelas al plano de deslizamiento. I, ngulo de rozamiento interno en el plano de deslizamiento. c, cohesin en el plano de deslizamiento. S, longitud de la lnea de deslizamiento.
Tambin se ha calculado el margen de seguridad, aplicando los coeficientes de
seguridad requeridos en la Instruccin para tg(I) y c. Los clculos se han desarrollado mediante una aplicacin en Excel.
1.1.1.4. Hiptesis de clculo
Se obtienen las siguientes tablas de clculo, con el esquema de fuerzas correspondiente:
Seccin mxima por aliviadero (bloque central). Deslizamiento por el plano de sedimentacin a 15 con la horizontal. No existe relleno al pie de aguas abajo.
Seccin mxima por aliviadero (bloque central). Deslizamiento por el plano de sedimentacin a 15 con la horizontal. Existe relleno compactado de los muros del
cuenco (en parte del bloque).
Seccin mxima por laderas. Deslizamiento por el plano de sedimentacin a 15 con la horizontal. Existe relleno compactado de los muros del cuenco (en todo el
bloque).
Seccin mxima por aliviadero (bloque central).Deslizamiento por el plano cimentacin de la presa.
Seccin mxima por laderas. Deslizamiento por el plano cimentacin de la presa.
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
7
Secciones por laderas. Deslizamiento por el plano de sedimentacin a 15 con la horizontal.
Secciones por laderas. Deslizamiento por el plano cimentacin de la presa.
1.1.1.5. Conclusiones
Como se recoge en este apartado, ha sido preciso un rediseo de la seccin tipo de la presa
debido a la influencia de los siguientes factores en su estabilidad:
- El NMN es la cota de 1042,00 m.
- La disminucin de los parmetros resistentes considerados (cohesin nula y un ngulo
de rozamiento de 20) para un plano de sedimentacin con buzamiento de 15 hacia
aguas arriba y que pase por el pie de aguas abajo de la presa.
- La hiptesis de apertura en el contacto hormign-cimiento del tacn de aguas arriba y
la sobreexcavacin necesaria debido a la meteorizacin de la roca excavada. Esto
implica que la carga de agua en este contacto es creciente desde el contacto con el
terreno natural hasta el vrtice de aguas arriba de la superficie horizontal que forma la
cimentacin. Al aumentar la profundidad de excavacin, esta carga de agua y la
consiguiente subpresin que se establece en los posibles planos de deslizamiento,
supondra un aumento importante de los esfuerzos desestabilizadores y una
consiguiente disminucin de los coeficientes de seguridad. Por ello se ha diseado una
cimentacin quebrada, que en la zona de aguas arriba est ms alta, para evitar en la
medida posible este efecto; pero respetando la sobreexcavacin necesaria en cada
zona.
En cuanto a los casos de deslizamiento por el plano de cimentacin: los resultados
obtenidos por un clculo de equilibrio de fuerzas, como el realizado, y por un mtodo de
elementos finitos son similares.
Sin embargo, en cuanto a los casos de deslizamiento por un plano de sedimentacin dentro
del cimiento, para 15 con la horizontal, hay que sealar que los valores obtenidos mediante el
clculo de equilibrio de fuerzas quedan del lado de la seguridad, debido principalmente a que
este clculo supone el cimiento rgido. En los clculos mediante elementos finitos, se observa
que las tensiones principales van tomando una direccin ms vertical a medida que
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
8
profundizamos en el cimiento, lo que supone que las fuerzas tangenciales son menores o
incluso, como ocurre en la parte de aguas arriba, son estabilizadoras, a diferencia del clculo
por el plano de cimentacin.
Se muestra a continuacin un resumen de los resultados:
Tabla n 1: Factores de seguridad. Seccin central.
Seccin aliv B0 Seccin aliv B1 Y B2 Seccin laderas B3
HIPTESIS (FF=20) (F=20) (F=20)
A2 1,70 1,77 1,84 >1.5
B21 1,26 1,32 1,39 >1.2B23 (NAP) 1,54 1,59 1,66 >1.2
B22 1,16 1,20 1,25 >1B23 (NAE) 1,49 1,55 1,61 >1
Seccin aliv B0 Seccin aliv B1 Y B2 Seccin laderas B3
HIPTESIS (FF=35) (F=35) (F=35)
A2 2,84 2,95 2,88 >1.5
B21 1,64 1,72 1,67 >1.2B23 (NAP) 2,70 2,79 2,73 >1.2
B22 1,99 2,05 2,02 >1B23 (NAE) 2,61 2,70 2,64 >1
NORMALES
ACCIDENTALES
EXTREMAS
FACTORES DE SEGURIDAD MEDIANTE EQUILIBRIO DE FUERZAS - SECCIONES MXIMAS (Haa=86 m)
Plano de sedimentacin (a 15 con h)
Plano de cimentacin
NORMALES
ACCIDENTALES
EXTREMAS
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
9
Tabla n 2: Factores de seguridad. Seccin de laderas.
Con estos valores, se puede asegurar que la presa de Castrovido es estable al
deslizamiento, con factores de seguridad suficientemente conservadores.
Dada la configuracin del terreno de cimentacin ,se han previsto unas actuaciones de
tratamiento en los 6 bloques centrales, consistentes en la ejecucin de un encepado de
dimensiones 5 x 5 x 73 m, con 115 micropilotes por bloque (con camisa de chapa de 10 mm de
espesor y 273 mm de dimetro, de una longitud media de 30 m). La funcin de los micropilotes
es coser posibles planos de deslizamiento ms profundos y, colaborando con los encepados,
aumentar la resistencia al deslizamiento de la presa en las secciones mximas.
Como seguridad adicional, entre los 6 bloques centrales y nicamente aguas abajo de
la junta longitudinal de la presa, est previsto configurar los encofrados entre bloques con 7
artesas de 4 m de anchura por 3,5 m de altura (adems de inyectar estos 5 recintos) para que
la estabilidad al deslizamiento se vea mejorada al trabajar conjuntamente.
SECCIN 17 SECCIN 16 SECCIN 15 SECCIN 14 SECCIN 13 SECCIN 12
ALTURA S/CIM POR AG ARRIBA (m) 83,72 80,56 77,14 73,72 70,3 66,751
HIPTESIS (FF=20) (F=20) (F=20) (F=20) (F=20) (F=20)
A2 1,73 1,68 1,71 1,66 1,64 1,64 >1.5
B21 1,41 1,37 1,41 1,35 1,32 1,31 >1.2B23 (NAP) 1,56 1,50 1,52 1,47 1,45 1,44 >1.2
B22 1,19 1,16 1,17 1,13 1,11 1,10 >1B23 (NAE) 1,51 1,46 1,48 1,43 1,41 1,39 >1
SECCIN 17 SECCIN 16 SECCIN 15 SECCIN 14 SECCIN 13 SECCIN 12
HIPTESIS (FF=35) (F=35) (F=35) (F=35) (F=35) (F=35)
A2 2,86 2,77 2,83 2,72 2,64 2,46 >1.5
B21 1,86 1,81 1,87 1,83 1,85 1,89 >1.2B23 (NAP) 2,54 2,44 2,49 2,40 2,33 2,18 >1.2
B22 1,90 1,85 1,88 1,84 1,80 1,71 >1B23 (NAE) 2,46 2,36 2,40 2,32 2,26 2,11 >1
FACTORES DE SEGURIDAD MEDIANTE EQUILIBRIO DE FUERZAS - SECCIONES DE LADERAS
Plano de cimentacin
NORMALES
ACCIDENTALES
EXTREMAS
Plano de sedimentacin (a 15 con h)
NORMALES
EXTREMAS
ACCIDENTALES
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
10
1.1.2. ESTUDIO TENSIONAL
1.1.2.1. Modelo utilizado
Con objeto de obtener el estado tensional de la presa y las tensiones mximas y
mnimas transmitidas al cimiento, as como los desplazamientos mximos en coronacin, y
esfuerzos mximos en galeras y cmaras, se ha realizado una modelizacin bidimensional en
elementos finitos en deformacin plana de dos secciones crticas de la presa: correspondientes
a la seccin por aliviadero inferior y por aliviadero superior.
Para ello se ha utilizado el programa de clculo SAP-2.000 (versin 14).
1.1.2.2. Caractersticas de los materiales
x Hormign convencional
Mdulo de elasticidad: ....................................... 2.100.000 t/m
Mdulo de Poisson: ................................................................0,2
Peso especfico:.............................................................. 2,4 t/m
x Cimentacin
Mdulo de elasticidad: .......................................... 700.000 t/m
Mdulo de Poisson: ............................................................ 0,25
Peso especfico:................................................................. 0 t/m
1.1.2.3. Cargas consideradas
Peso propio
Se considera el peso propio del cuerpo de presa, utilizando el peso especfico
del hormign sealado en el apartado anterior.
Presin hidrosttica
Se han considerado dos hiptesis de carga hidrosttica correspondientes a las
situaciones de nivel normal NMN (cota 1042,00), y nivel extremo NAE (cota 1044,1.)
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
11
Efectos ssmicos
La aceleracin mxima potencial considerada en el emplazamiento ha sido de
0,08 g en horizontal, valor que se ha tomado del PROYECTO 11/02 y ha sido adoptado
para el clculo de la presa.
El hormign de la presa, debido a los efectos ssmicos, estar sometido por tanto,
y de acuerdo con lo sealado en la Instruccin, a las fuerzas correspondientes a aplicar a
su masa unas aceleraciones de:
KH = 0,080 g en sentido horizontal
KV = 0,040 g en sentido vertical
La direccin de aceleracin horizontal depender de la situacin del epicentro del
terremoto. A efectos de clculo se ha supuesto el caso ms desfavorable, que
corresponde a que dicha direccin sea normal al eje de la presa. En cuanto al sentido se
considera tambin el ms desfavorable para cada caso de carga: de agua arriba a agua
abajo en caso de embalse lleno.
La fuerza vertical se ha supuesto orientada hacia la cota creciente, por lo que su
efecto equivale a una disminucin de peso del hormign.
Se considera, adems, un incremento de carga hidrosttica por empuje dinmico
debido al sismo utilizando el procedimiento de Westergaard, que propone una
sobrepresin ssmica normal al paramento de aguas arriba de la presa, variable con la
profundidad de acuerdo con la expresin:
Ph(y)= P0 p (Hy)1/2
Siendo:
P0: Presin adimensional de Westergaard (7/8).
H: Mximo nivel de agua en el embalse.
y: Profundidad del punto.
: Fraccin de g que representa la aceleracin del sismo considerado.
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
12
Ph(y): sobrepresin hidrulica a la profundidad y (m).
p: presin hidrulica por metro de altura (1t/m2).
1.1.2.4. Resultados obtenidos
El estado tensional en la presa se ha determinado para las combinaciones de
solicitaciones que, razonablemente, representan situaciones desfavorables que pudieran
presentarse durante la explotacin. Concretamente para las siguientes combinaciones de
carga:
- Situaciones normales.
Peso propio
Peso propio + carga hidrosttica normal (N.M.N.)
- Situaciones extremas.
Peso propio + Efecto ssmico
Peso propio + carga hidrosttica normal (N.M.N)+ efecto ssmico
Peso propio + carga hidrosttica extraordinaria (N.A.E)
Como carga hidrosttica extraordinaria se ha considerado la producida por la avenida
extrema (T = 10.000 aos).
Para la interpretacin de los resultados de clculo se ha tenido en cuenta:
- Que el Pliego de Prescripciones Tcnicas Particulares se exige al hormign del cuerpo
de presa una resistencia caractersticas a compresin de 15 N/mm a los 90 das.
- Que la resistencia del hormign a traccin pueden estimarse segn el artculo 39.1 de
la Instruccin EHE-08 en:
3 2 ck f 210, =k fct,
Bastante ms restrictiva que suponerla el 10% de las correspondientes a compresin (artculo 41.3 de la Instruccin de Grandes Presas). En consecuencia
se acepta que la resistencia a traccin es de 1,28 N/mm.
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
13
- Por lo que se refiere a los mnimos coeficientes de seguridad, estos han de ser:
x Compresin, situaciones normales .................................... 4 x Compresin, situaciones extremas .................................... 3 x Traccin, situaciones normales .......................................... 3 x Traccin, situaciones extremas .......................................... 2
Las mximas tensiones de compresin resultan ser:
Seccin por aliviadero
Estado de carga Tensiones N/mm
Cuerpo de Presa Terreno
PP
PP + EH(NMN) + ES
PP + EH(NAE)
6,10
3,46
3,52
2,98
2,02
1,81
En cuanto a las tracciones, sin tener en cuenta los valores que se obtienen en las zonas
cercanas a los huecos de galeras y cmaras, donde se colocan las cuantas de armaduras
necesarias, tal y como se puede comprobar en los listados de clculo obtenidos, en ningn caso se
supera la resistencia mnima a traccin del hormign dispuesto.
Se comprueba, adems que no existen tracciones en el cimiento, encontrndose en todo
momento comprimido, aun para las mximas solicitaciones de carga hidrosttica.
1.1.2.5. Compresiones en el terreno
Desde los primeros encajes del estudio de soluciones se intent conseguir una estructura
que hiciese trabajar al terreno de forma homognea en todas las hiptesis de carga.
La solucin finalmente adoptada cumple bien con este requisito, ya que se logran
compresiones que oscilan entre los 29,8 kg/cm a embalse vaco y los 20,2 kg/cm cuando la presa
est sometida al empuje hidrosttico originado por la avenida extrema.
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
14
1.1.3. ESTUDIO DE LA SUBPRESIN
Para el estudio y determinacin de las subpresiones que realmente actan en la presa,
se ha desarrollado asimismo un anlisis por el MEF, utilizando para ello, el programa de
simulacin del movimiento del agua en medios porosos SEEP-2D, para la hiptesis de Embalse
Lleno. Se ha considerado un nivel de aguas abajo ubicado a cota de solera del cuenco.
Para ello se han calculado la red de filtracin y las equipotenciales y las lneas isobaras
de presin intersticial.
A partir de estas lneas se ha fijado el diagrama resultante de subpresiones a lo largo de
las superficies de deslizamiento consideradas en los clculos de estabilidad. Este diagrama se
aproxima, a una ley de distribucin trapecial, como era de suponer, si bien permite la correcta
cuantificacin de esta ley sobre todo en el pie de aguas abajo de la seccin, cuyo valor real (21
t/m2) es mayor que el correspondiente a la diferencia de cotas entre ese punto y el nivel de
agua (que sera 10 t/m2) y que sera el considerado en un clculo convencional.
1.2. GALERAS
Utilizando los modelos de clculo realizados en SAP-2000, comentados en el apartado
anterior, se han obtenido las tensiones mximas de traccin en las hiptesis psimas en las
galeras y cmaras de la presa, con objeto de realizar el dimensionamiento de las cuantas de
armadura a disponer:
Tal y como se puede observar en los planos que componen el Proyecto, las cuantas de
armadura dispuestas en cada una de las galeras y cmaras es superior a la necesaria para
absorber las mximas tracciones obtenidas.
1.3. CORONACIN
La coronacin diseada consta de dos voladizos, constituidos ambos por elementos
estructurales verticales o nervios entre los que se establecen sucesivas arcadas.
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
15
Tanto los nervios verticales como las arcadas que empotran en ellos, se disean con
perfiles elpticos, cuya morfologa se repite con el fin de conseguir la armona esttica
adecuada. La luz de las arcadas, es decir la distancia que separa los nervios se ha establecido
congruentemente con la longitud de los bloques de la presa, de manera que en cada bloque se
repiten dos mdulos de arcada con dos nervios aguas arriba y aguas abajo.
Las caractersticas fsicas y mecnicas de los materiales que afectan, de un modo u otro a
la estructura, as como a su dimensionamiento son las siguientes:
Peso especfico del hormign: ..................................2,5 t / m3
Hormign HA-25: ........................................... fck = 25 N / mm2
Acero B 500 S: .............................................. fyk = 500 N / mm2
Las cargas consideradas en el clculo son:
Peso propio: .......................................... 2,7 x 2,5 = 6,75 t / m2
Barandilla: ................................................................ 0,50 t / m
Carga puntual correspondiente al carro de la Instruccin: 10 t
Sobrecarga de uso: ................................................ 0,40 t / m2
Los coeficientes de mayoracin de cargas y minoracin de resistencias utilizados en el
dimensionamiento son los siguientes:
Mayoracin de cargas: ................. Jf = 1,5 (permanentes) y 1,6 (no permanentes) Minoracin de la resistencia del hormign: ............................................... Jc = 1,5 Minoracin de la resistencia del acero: .................................................... Js = 1,15
Se realizan dos clculos, uno en direccin longitudinal a la coronacin considerando
cada una de las arcadas como una viga biempotrada y otro en direccin transversal a la
coronacin considerando el voladizo empotrado en el cuerpo de presa.
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
16
Clculo en direccin longitudinal:
De acuerdo con lo comentado anteriormente, los esfuerzos mximos en cada
una de las arcadas en direccin longitudinal se producen en los empotramientos de las
mismas en los nervios verticales y son los siguientes:
mtnM 09,36850,71060,1
1250,750,0
1250,750,250,1
22
max
tnV 875,321060,1250,750,0
250,750,250,1max
Considerando un canto medio de la arcada de 1,20 metros, las cuantas de
armadura a disponer de acuerdo con la prescripciones de la Instruccin EHE son las
siguientes:
Armadura de flexin: As= 9,49 cm2
Armadura de cortante No es necesaria.
Clculo en direccin transversal
Los esfuerzos mximos en direccin transversal se producen en el
empotramiento del voladizo en el cuerpo de presa y son los siguientes:
mtnM 30,5380,11060,1230,350,0
230,350,250,1
22
max
tnV 85,301060,130,350,030,350,250,1max Considerando un canto medio de la arcada de 1,20 metros, las cuantas de
armadura a disponer de acuerdo con la prescripciones de la Instruccin EHE son las
siguientes:
Armadura de flexin: As= 13,05 cm2
Armadura de cortante No es necesaria
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
17
1.4. BLINDAJES DE LAS TUBERAS DEL DESAGE DE FONDO Y TOMAS
1.4.1. Blindajes del desage de fondo
1.4.1.1. Caractersticas principales
Las caractersticas de la conduccin son:
Seccin nominal de la conduccin 1.70 x 1.70
Espesor 12 mm
Tipo de acero AE-255C o superior.
1.4.1.2. Solicitaciones
Las cargas para las que ha sido calculada la tubera son las siguientes:
Cota de embalse (N.A.P.) 1.043,10 m
Cota de la conduccin 979,85 m
Presin interna mxima 62,58 tn/m2
Presin de hormigonado (2 tongadas) 10,00 tn/m2
Presin externa mxima 10 + 62,58 = 72,58 tn/m2
1.4.1.3. Normativa utilizada
Para el clculo de los blindajes se han tenido en cuenta los siguientes documentos y
normas:
Norma DIN 19704 y normas DIN complementarias.
Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales para la ejecucin de Obras Hidrulicas (PTGOH), editado por DIRECCIN GENERAL DE OBRAS HIDRULICAS. Tomo 3 VII.-
Captulo 37.-Construcciones metlicas.
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
18
Norma denominada "Recomendaciones para el Proyecto, la Fabricacin y el Montaje de Tuberas Forzadas de Acero en Construccin Soldada destinadas a
Instalaciones Hidroelctricas", redactada por el COMITE EUROPEO DE LA
CALDERERA. Recogida en el tomo 3VII.-Captulo 37.-Seccin 3 del PTGOH.
1.4.1.4. Materiales, tensiones admisibles y coeficientes de seguridad
El material a emplear ser acero AE-255C (UNE 36080) o de caractersticas mecnicas
superiores a las siguientes:
Tensin de rotura 4.200 kg/cm2
Lmite elstico 2.600 kg/cm2
Alargamiento 22%
Tensin de cortadura 1.500 kg/cm2
Se ha considerado un coeficiente de seguridad mnimo de 1,5 en el clculo de las
tuberas rectangulares.
1.4.1.5. Clculo del blindaje por presin externa
Al estar los marcos separados 0,50 m, la carga total repartida sobre cada marco
rigidizador ser la siguiente:
PEXT= 72,58 x 0,50 = 36,29 tn/m2.
La seccin calculada y la ley de momentos flectores que se produce en la misma
quedan indicadas en la figura adjunta:
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
19
Para la presin externa indicada anteriormente los valores de los esfuerzos mximos en
el marco sern los siguientes:
Coeficiente de reparto:
20,100,120,1 lhk
mtnlk
lkhqM e 75,312
22
mtnlqMM ea 786,08
2
mtnhqMM eb 16,38
2
tnhqFa 77,212
tnlqFb 15,182
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
20
Caractersticas mecnicas de la seccin resistente:
Area 102,00 cm2
Centro de gravedad (desde fibra superior) 15,56 cm
Momento de inercia 7.630,00 cm4
Area de cortante 26,88 cm2
Comprobacin de la resistencia en esquina (seccin ms desfavorable).
Tensin normal 235
/68,942102
1015,18630.7
56,151075,3 cmkgmx V
Tensin tangencial 23
/90,80988,261077,21 cmkg W
Tensin de comparacin
222 /10,690.190,809368,942 cmkgCO V
Coeficiente de seguridad
C=2.600 / 1.690,10 = 1,54
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
21
Superior a 1,50, por lo tanto la seccin es admisible.
1.4.2. Blindajes de las tomas de agua
1.4.2.1. Seccin rectangular
1.4.2.1.1 Caractersticas principales
Las caractersticas de la conduccin son:
Seccin nominal de la conduccin 1.500 x 1.200
Espesor 12 mm
Tipo de acero AE-255C o superior.
1.4.2.1.2 Solicitaciones
Las cargas para las que ha sido calculada la tubera son las siguientes:
Cota de embalse (N.A.P.) 1.043,10 m
Cota de la conduccin ver planos de torre de toma.
Presin interna mxima 54,61 tn/m2
Presin de hormigonado (2 tongadas) 10,00 tn/m2
Presin externa mxima 10 + 54,61 = 64,61 tn/m2
1.4.2.1.3 Normativa utilizada
Para el clculo de los blindajes se han tenido en cuenta los siguientes documentos y
normas:
Norma DIN 19704 y normas DIN complementarias.
Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales para la ejecucin de Obras Hidrulicas (PTGOH), editado por DIRECCIN GENERAL DE OBRAS HIDRULICAS. Tomo 3 VII.-
Captulo 37.-Construcciones metlicas.
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
22
Norma denominada "Recomendaciones para el Proyecto, la Fabricacin y el Montaje de Tuberas Forzadas de Acero en Construccin Soldada destinadas a
Instalaciones Hidroelctricas", redactada por el COMITE EUROPEO DE LA
CALDERERA. Recogida en el tomo 3VII.-Captulo 37.-Seccin 3 del PTGOH.
1.4.2.1.4 Materiales, tensiones admisibles y coeficientes de seguridad
El material a emplear ser acero AE-255C (UNE 36080) o de caractersticas mecnicas
superiores a las siguientes:
Tensin de rotura 4.200 kg/cm2
Lmite elstico 2.600 kg/cm2
Alargamiento 22%
Tensin de cortadura 1.500 kg/cm2
Se ha considerado un coeficiente de seguridad mnimo de 1,50 en el clculo de las
tuberas rectangulares.
1.4.2.1.5 Clculo del blindaje por presin externa
Al estar los marcos separados 0,50 m, la carga total repartida sobre cada marco
rigidizador ser la siguiente:
PEXT= 64,61 x 0,50 = 32,31 tn/m2.
La seccin calculada y la ley de momentos flectores que se produce en la misma
quedan indicadas en la figura adjunta:
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
23
Para la presin externa indicada anteriormente los valores de los esfuerzos mximos en
el marco sern los siguientes:
Coeficiente de reparto: 25,120,150,1 lhk
mtnlk
lkhqM e 56,312
22
mtnlqMM ea 26,28
2
mtnhqMM eb 53,58
2
tnhqFa 23,242
tnlqFb 39,192
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
24
Caractersticas mecnicas de la seccin resistente:
Area 103,20 cm2
Centro de gravedad (desde fibra superior) 16,22 cm
Momento de inercia 8.440,00 cm4
Area de cortante 28,08 cm2
Comprobacin de la resistencia en esquina y en el centro del lado largo
(secciones ms desfavorables).
Comprobacin en el centro del lado largo
Tensin normal 235
/64,250.120,1031039,19
440.822,161053,5 cmkgmx V
Comprobacin en esquina
Tensin normal 235
/05,87220,1031039,19
440.822,161056,3 cmkgmx V
Tensin tangencial 23
/90,86208,281023,24 cmkg W
Tensin de comparacin
222 /39,730.190,862305,872 cmkgCO V
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
25
Coeficiente de seguridad
C=2.600 / 1.730,39 = 1,50
Igual a 1,50, por lo tanto la seccin es admisible.
1.4.2.2. Seccin circular
1.4.2.2.1 Caractersticas principales
Las caractersticas de la conduccin son:
Dimetro nominal de la conduccin 1.500 mm
Espesor 12 mm
Tipo de acero AE-255C o superior.
1.4.2.2.2 Solicitaciones
Las cargas para las que ha sido calculada la tubera son las siguientes:
Cota de embalse (N.A.P.) 1.043,10 m
Cota de la conduccin ver planos de torre de toma.
Presin interna mxima 54,61 tn/m2
Presin de hormigonado (2 tongadas) 10,00 tn/m2
Presin externa mxima 10 + 54,61 = 64,61 tn/m2
1.4.2.2.3 Normativa utilizada
Para el clculo de los blindajes se han tenido en cuenta los siguientes documentos y
normas:
Norma DIN 19704 y normas DIN complementarias.
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
26
Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales para la ejecucin de Obras Hidrulicas (PTGOH), editado por DIRECCIN GENERAL DE OBRAS HIDRULICAS. Tomo 3 VII.-
Captulo 37.-Construcciones metlicas.
Norma denominada "Recomendaciones para el Proyecto, la Fabricacin y el Montaje de Tuberas Forzadas de Acero en Construccin Soldada destinadas a
Instalaciones Hidroelctricas", redactada por el COMITE EUROPEO DE LA
CALDERERA. Recogida en el tomo 3VII.-Captulo 37.-Seccin 3 del PTGOH.
1.4.2.2.4 Materiales, tensiones admisibles y coeficientes de seguridad
El material a emplear ser acero AE-255C (UNE 36080) o de caractersticas mecnicas
superiores a las siguientes:
Tensin de rotura 4.200 kg/cm2
Lmite elstico 2.600 kg/cm2
Alargamiento 22%
Tensin de cortadura 1.500 kg/cm2
Se ha considerado un coeficiente de seguridad mnimo de 3 en el clculo de las
tuberas circulares.
1.4.2.2.5 Tensin en la chapa de blindaje por presin interna
La tensin mxima de traccin que se producir en la seccin ser las siguiente:
Tensin netamente inferior al lmite elstico del material.
1.4.2.2.6 Clculo del blindaje por presin externa
Como se ha comentado anteriormente, se han dispuesto rigidizadores formados por
chapas de 100 x 12 cada 1,50 metros.
2/25,3412,1
7546,5 cmkgMAX V
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
27
La seccin resistente se indica en la figura, donde se representa la seccin de
rigidizador y la seccin de tubera colaborante.
El momento de inercia de esta seccin es: I= 474 cm4.
La presin crtica de pandeo para esta seccin ser:
De acuerdo con esto, el coeficiente de seguridad ser:
C= 51,85 / 6,46 = 8,03
Superior a 3, por la tanto la seccin es admisible.
2. ALIVIADERO
2.1. Pilas del aliviadero
Las pilas proyectadas tienen un espesor de 5,00 m y una altura de 8,00m medida desde
el umbral del vertedero. Una vez realizados los clculos de esta seccin, y teniendo en cuenta
que para estas dimensiones de la seccin de hormign no tiene sentido consideran las cuantas
mnimas de la Instruccin EHE, se dispone una cuanta mnima para controlar la fisuracin, de #
I 20 a 20 cm.
2.2. Muros cajeros del aliviadero
Estos muros van empotrados en el cuerpo de la presa y tienen una altura (medida en
perpendicular al paramento del aliviadero) de 2,10 m y una anchura de 0,50 m.
Sometidos al empuje del agua, el clculo de la seccin es:
2326
32 /85,51150753,0100,474101,23
13 cmkp
lrIE
CRIT
XV
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
28
Se dispone una cuadrcula I 16 a 20 cm (en vertical) y I 12 a 20 cm.
2.3. Tablero del puente sobre el aliviadero
Se adjuntan al final del Anejo los listados del clculo del tablero del puente sobre el aliviadero.
2.4. Muro del cuenco amortiguador
2.4.1. Metodologa
En este apartado se comprueban las condiciones de seguridad frente al deslizamiento y
al vuelco de los muros que constituyen los cajeros del cuenco amortiguador.
Para el presente clculo de las secciones psimas de los muros proyectados, se utiliza el
programa de clculo en ordenador MUROS. Este programa considera que la hiptesis ms
desfavorable es la debida al empuje de tierras combinada con la de peso propio. El efecto
ssmico, en su caso, se comprueba segn la teora de Mononobe-Okabe, segn la cual el
coeficiente de empuje de tierras, teniendo en cuenta el efecto dinmico del sismo viene dado
por la expresin:
2
2
2
)cos()cos()sen()sen(1coscoscos
cos
ETEGTIGITEGET
ETI
ii
K a
siendo:
I = ngulo de rozamiento interno del relleno (grados)
SOLICIT. NORMALES DATOS SECCINPARA SECCIONES GAMMA 1.6M (KNm) 106.7 h 1.5N (KN) COMPR +, TRACC - 0 r (m) 0.05Md (KNm) 170.72 d = h - r 1.45Nd (KN) 0.00 h/2 - r 0.7
b (m) 1SI NDNd) 10270.83333 fyd(N/mm2) 348
1/fyd(mm2/N) 0.002875
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
29
T = arco tangente de Kh/(1-Kv), en grados; siendo Kv el coeficiente ssmico vertical y Kh el coeficiente ssmico horizontal.
G = ngulo de rozamiento relleno-muro (grados)
i = ngulo de la superficie del relleno con la horizontal (grados)
E = inclinacin del trasds del muro con la vertical (grados)
y el empuje total viene dado por:
2
12 av KKHP J
Los datos de entrada que recibe el programa son:
x La geometra del muro en cuestin, dada por las coordenadas de todos sus vrtices o nudos.
x Las caractersticas geomtricas del relleno que carga sobre el muro.
x Las caractersticas fsicas del muro y relleno, tales como densidades, porosidad y humedad, y resistencia al corte del relleno.
x La situacin del nivel fretico en el trasds y en el intrads del muro.
x Los valores de la resistencia al corte a lo largo del plano de deslizamiento a estudiar.
Con estos datos, el programa MUROS determina los valores, la direccin y el punto
de aplicacin de todos los esfuerzos que actan sobre el muro. Posteriormente, se determinan
los coeficientes de seguridad al deslizamiento y al vuelco, y finalmente las tensiones
transmitidas al terreno de cimentacin.
2.4.2. Datos de partida
Para el clculo de las fuerzas actuantes en el muro objeto de estudio se tienen en
cuenta los siguientes datos:
Peso especfico de las partculas de relleno ........................................... 2,5 tn/m3
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
30
Angulo de rozamiento interno del relleno ....................................................... 30
Angulo de rozamiento en el cimiento .............................................................. 37
Nivel de la superficie del relleno en el trasds del muro ........... coronacin muro
Sobrecarga uniforme sobre el terreno ...................................................... 1 tn/m2
Se han comprobado las secciones psimas de muro, correspondientes a las mximas
alturas:
x sometida al empuje del relleno en el trasds (saturado) y sin considerar el agua en el intrads, que producira un aumento en los coeficientes de seguridad de los casos
analizados.
x sometida al empuje del relleno en el trasds (sumergido) y considerando el agua en el intrads.
2.4.3. Resultados de clculo
Todos los resultados obtenidos son satisfactorios, cumplindose los coeficientes de
seguridad requeridos. En resumen, para el muro analizado:
SEGURIDAD SEGURIDAD TENSION EXT. TENSION EXT.
AL VUELCO AL DESLIZAMIENTO IZQUIERDO DERECHO
CUENCO CON AGUA 1.69 4.2 11.99 13.18
CUENCO SIN AGUA 5.82 3.38 17.89 19.82
2.4.4. Clculo de secciones
Los materiales que se emplearn para la construccin de los muros - cajeros del cuenco
amortiguador del aliviadero son los siguientes:
- HA - 25 / P / 35./.II a+E: Obras de hormign armado, con contacto con agua en
movimiento. El nivel de control es normal: Coeficiente de minoracin 1,50.
- B 500 S: El nivel de control es normal: Coeficiente de minoracin 1,15.
La resistencia del hormign a esfuerzo cortante, hace que no sea preciso en ningn
caso disponer armadura por este concepto, ya que el esfuerzo cortante lo absorbe el hormign
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
31
en todas las secciones consideradas.
En cuanto al clculo a flexin, se han comprobado las secciones, siendo la cuanta
mnima mecnica la mayor de todas y la que se ha dispuesto en los planos correspondientes de
armado.
3. TORRE TOMA DE AGUA
3.1. Fuste
3.1.1. Mtodo de clculo
Con objeto de conocer con exactitud las tensiones y esfuerzos que se producen bajo la
accin de su peso propio y la carga hidrosttica, se ha realizado una modelizacin
tridimensional de la torre mediante elementos finitos utilizando el programa de clculo SAP-
2000 (Versin 10).
La torre se ha modelizado mediante 5.580 slidos distribuidos en cada una de las
distintas partes de la estructura, de forma que queda modelizado el fuste, cada una de las
tomas y la estructura superior. Todo ello que reflejado en las siguientes figuras, extradas
directamente del programa de clculo utilizado.
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
32
Estructura completa
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
33
Estructura superior
Mediante el clculo realizado, se han obtenido las tensiones y esfuerzos mximos en
todas las zonas de la estructura, con objeto de realizar un anlisis lo ms exhaustivo posible de
las zonas con mayor solicitacin.
3.1.2. Normativa utilizada
El dimensionamiento de la estructura se ha realizado de acuerdo con la siguiente
normativa:
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
34
Acciones.
Norma NBE-AE-88. Acciones en la edificacin.
NCSR-02. Norma de construccin sismorresistente.
IAP. Instruccin sobre las Acciones a
considerar en el Proyecto de Puentes de
Carretera.
Estructura y cimentacin de hormign.
EHE. Instruccin de Hormign Estructural.
3.1.3. Materiales
Los materiales a utilizar en la construccin de las torres de toma sern los siguientes:
Hormign
x Fuste y estructura superior HA-25/P/40/IIa+E
Acero
x Acero para armar B-500S
3.1.4. Acciones consideradas. Hiptesis de carga
Las acciones consideradas en el clculo de los diferentes elementos de la obra son los
siguientes:
x Peso propio c= 25 kN/m3
x Carga hidrosttica N.A.P. (Cota 1.044,577 m)
x Sobrecarga de uso losas estructura superior qsc= 10 kN/m2
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
35
x Efectos ssmicos KH = 0,080 g en sentido horizontal
KV = 0,040 g en sentido vertical
De acuerdo con la instruccin EHE, los coeficientes de minoracin de resistencias y
mayoracin de acciones empleados en el clculo han sido los siguientes:
Minoracin de resistencias
x Resistencia del hormign Jc= 1,50
x Resistencia del acero en armaduras Jy= 1,15
Mayoracin de acciones
x Mayoracin de cargas permanentes Jf= 1,50
x Mayoracin de cargas variables Jf= 1,60
3.1.5. Obtencin de deformadas, tensiones y esfuerzos en la hiptesis psima.
Dimensionamiento de armaduras.
Mediante el clculo realizado se ha obtenido las deformadas, distribucin de tensiones
y esfuerzos mximos en la estructura.
En las figuras adjuntas quedan representadas las deformadas para peso propio y peso
propio + carga hidrosttica (hiptesis ms desfavorable).
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
36
Deformada de peso propio
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
37
Deformada de peso propio + carga hidrosttica
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
38
Tensiones mximas de traccin
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
39
De acuerdo con los clculos realizados, lgicamente las mximas tensiones para la
hiptesis psima se concentran en las embocaduras de entrada a la torre. Dichas tensiones son
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
40
de 32 kg/cm2 de traccin de 144 kg/cm2 de compresin. Todo ello puede observarse en los
listados de resultados incluidos en el presente anejo.
De acuerdo con ello, se han obtenido las cuantas de armadura necesarias incluidas en
los citados listados de clculo, con los correspondientes refuerzos en las zonas crticas de las
embocaduras de entrada.
3.2. Mnsulas del puente gra
Se adjuntan al final del Anejo los listados del clculo de las mnsulas del puente gra
(cmara de vlvulas de la torre de toma proyectada).
3.3. Superestructura
El diseo estructural se ha adaptado a la nueva morfologa de los voladizos de la
coronacin de la presa. Tambin se ha querido dar un aspecto de ligereza a estas cmaras
acristalando gran parte de su superficie exterior.
Los materiales que se emplearn para su construccin:
- HA - 25 / P / 35./.II a: Obras de hormign armado. El nivel de control es normal:
Coeficiente de minoracin 1,50.
- B 500 S: El nivel de control es normal: Coeficiente de minoracin 1,15.
Se han calculado estos pilares, con las cargas de peso propio, carga de cubierta, nieve y
viento,a resultando que el armado de clculo es menor que las cuantas mnimas en pilares
Mnima mecnica: 75,504,0 tfydfcdAcAs cm2 por cara
Mnima geomtrica: 15000.14 t AcAs cm2 en la seccin total
CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO
41
4. DESVO
4.1. Cajeros del canal de desvo del ro
Se ha calculado el armado de los cajeros proyectados en el canal de desvo del ro, de
espesor 0,50.
Est sometido al relleno saturado en el trasds y se ha comprobado el caso psimo, en
el que no existe agua dentro del canal de desvo.
SOLICIT. NORMALES DATOS SECCINPARA SECCIONES GAMMA 1.6M (KNm) 184.7 h 0.5N (KN) COMPR +, TRACC - 68.75 r (m) 0.04Md (KNm) 295.52 d = h - r 0.46Nd (KN) 110.00 h/2 - r 0.21
b (m) 1SI NDNd) 3258.333333 fyd(N/mm2) 348
1/fyd(mm2/N) 0.002875
PROYECTO DE LA PRESA DE CASTROVIDO
ANEJO N 13
PROPUESTA DE
CLASIFICACIN UNIVERSIDAD DE CANTABRIA. PROYECTO FIN DE CARRERA
PROPUESTA DE CLASIFICACIN PRESA DE CASTROVIDO
2
0. NDICE
1. INTRODUCCIN Y ANTECEDENTES. ....................................................................................... 2
2. FICHA TCNICA DE LA PRESA Y EMBALSE .............................................................................. 4
3. CARACTERSTICAS DEL CAUCE AGUAS ABAJO ....................................................................... 4
4. METODOLOGA Y DATOS DEL ANLISIS ................................................................................ 4
5. RESULTADOS DEL ANLISIS ................................................................................................... 5
6. PROPUESTA DE CLASIFICACIN ............................................................................................ 6
1. INTRODUCCIN Y ANTECEDENTES.
PROPUESTA DE CLASIFICACIN PRESA DE CASTROVIDO
3
Con fecha de febrero de 1995, se redacta el proyecto de la Presa de Castrovido en el ro
Arlanza y trasvase del ro Pedroso, trmino municipal de Salas de los Infantes (Burgos), por
parte de la ConfEderacin Hidrogrfica del Duero.
El Proyecto y su Estudio de Impacto Ambiental se sometieron al trmite de informacin
pblica, mediante anuncio publicado en el Boletn Oficial de la Provincia de Burgos con fecha 2
de Febrero de 1.996.
En el B.O.E. de 18 de enero de 2.000 se publica la ResOlucin de 17 de diciembre de 1.999,
de la SecrEtara General de Medio Ambiente
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