V
Diseño de presas Contiene:
1. 2. 3. 4. 5. ". #.
Caract Caracterí erísti sticas cas de de los emba embalse lses. s. Infor Informa maci ción ón bás básic ica. a. Pres Presas as de tier tierra ra.. Presa Presass de de enr enrocam ocamien iento. to. Pres Presas as de ra! ra!ed edad ad.. Pres Presas as de arco arco.. Presa Presass de contra contraf$e f$ertes rtes..
C$adros% 1. Clasif Clasifica icació ciónn unific unificad adoo de suelo suelos. s. 2. Taludes aludes recomend recomendables ables para presas presas de tierra tierra.. &ráficos% 1. Presas Presas de tierra tierra homogé homogénea neas. s. 2. Presas Presas de tierra tierra compue compuesta stas. s. 3. Presas Presas de de graved gravedad ad y enroc enrocami amient ento. o. . Pre Presas sas de arco arco.. !. Pres Presas as de de cont contra rafu fuer erte te..
1.
C'('C)*(+,)IC',
Introd$cción "a regulación de cuencas se reali#a con dos ob$etivos %ue son: 1. &egulación 2. 'lma 'lmace cena nami mien ento to.. (l primer caso se reali#a principalmente para evitar inundaciones y el segundo para riego y otros usos y consiste en almacenar agua en época de lluvias para usarla en tiempo de se%u)a. Proyectar un embalse *de regulación o almacenamiento+ re%uiere conocimientos de hidrolog)a, geolog)a e ingenier)a. "as recomendaciones %ue se dan a continuación, son referidas a presas pe%ue-as, con altura m/ima total de 1! metros, con coeficientes de seguridad elevados, teniendo en cuenta %ue la falla de una represa, pueda causar un desastre. "os tipos de presas %ue se pueden elegir son las siguientes: 0 e tierra tierra *homog *homogéne énea, a, compue compuesta sta y de de diaf diafrag ragma+ ma+.. 0 e en enrocamiento. 0 e gravedad. 0 e arco. 0 e contrafuerte rtes. "a elección del tipo de presas, depender bsicamente de las consideraciones siguientes: 0 Topog opogra raf)a f)a y geol geolog og)a )a de de la bo%u bo%uil illa la.. 0 bica bicacción ión del del vert verted edeero. ro. 0 Presen Presencia cia de mate material riales es de de const construc rucció ciónn de la #ona #ona.. 0 'c 'cce ceso so a la la #on #onaa de de con const stru rucc cció ión. n. 0 Costo. 0 eguridad. ' continuación continuación se anali#a cada uno de los factores, de acuerdo al ttipo ipo de presa:
Presa de tierra e utili#a en cimentaciones de roca o tierra, cuando la topograf)a de bo%uilla permite construir el vertedero, fuera del cuerpo de la presa. Cuando se tiene los materiales adecuados para su construcción *tierra, rocas+ pró/imo y se tiene el acceso vial para el ingreso de ma%uinaria pesada *tractor, cargador frontal. 4ol%uetes, etc.+.
Presa de enrocamiento e utili#a cuando se tiene cimentación en roca, con bo%uilla estrecha y cuando la alternativa de presas de tierra no es adecuada por falta de tierra, para el terraplén o cuando no es posible el ingreso de e%uipo pesado para la construcción de un presa de tierra.
(s necesaria la presencia de material de construcción en este caso rocas, en las pro/imidades. 5o se recomienda cuando la altura de la presa es mayor a ! metros.
Presas de ra!edad e recomienda su uso solo cuando la cimentación es de roca y las condiciones para presas de tierra no resultan adecuadas, sobre todo por falta de tierra para el terraplén o por falta de espacio para el vertedero.
Presas de arco e recomienda en bo%uillas tipo ca-ón y de roca. u uso debe considerarse como alternativa económica a una presa de gravedad.
Presa de contraf$ertes e recomienda en bo%uillas abiertas y de roca, su uso debe considerarse como alternativa económica a una presa de gravedad.
2. I-/(0'CI- ,IC' a )oporafía 0 0 0 0
Plano de la cuenca hidrogrfica *(sc: 1:26,666 a 1: !6,666+ 7 Curvas de nivel 2! m. Plano del vaso de regulación *(sc: 1: 1,666 a 1: !,666+ 7 Curvas de nivel 1 m. Plano de la bo%uilla para la presa *(sc: 1: 266 a 1: !66+ 7 Curvas de nivel 6.! m. Curva de la relación altura8volumen en el vaso.
b idroloía 0 0 0 0 0 0
4ol9menes mensuales y anuales de escorrent)a. (vaporación en el vaso. Caudales m/imos probabil)sticas. 'ltura de ondas en el espe$o del embalse. imulación del mane$o del embalse, de acuerdo a la demanda de agua del proyecto, determinado altura de presa, volumen dinmico y esttico *ver e$emplo+. Transporte de sedimentos.
c &eoloía 0 0 0 0
eolog)a general de la cuenca y del vaso. eolog)a detallada del vaso, para determinar fallas, desli#amientos, tragaderos, filtraciones, sedimentación, etc. eotecnia de la bo%uilla. eotecnia de bancos de préstamo y agregados.
d 6oística 0 0 0
Condiciones de acceso para la construcción, operación y mantenimiento de la presa. Condiciones para la permanencia del personal y e%uipo en la construcción y ; < = del proyecto. Condiciones para ; < =.
e ,e$ridad 7 lealidad 7 ecoloía 0 0 0
eterminar en caso de falla de la presa, poblaciones y bienes afectados. 'spectos legales, sobre reas de inundación. 'spectos ecológicos sobre el efecto del embalse.
2.1. idroloía. (n hidrolog)a deber considerarse bsicamente los aspectos siguientes:
a Determinación del !ol$men de esc$rrimiento an$al. (ste escurrimiento se determinar en forma mensual con las relaciones siguientes: Vm 8 C I '
Donde% 4= > C > ? > ' >
4olumen mensual Coeficiente de escurrimiento Precipitación pluvial del mes @rea de cuenca
b *!aporación en el !aso del embalse. (n la ierra la evaporación anual llega a 1,!66 mm, con variación seg9n la estación de 3 a ! mm8d)a, pudiendo usarse un valor medio de mm8d)a o una disminución en el vaso de 12 cms8mes en estia$e.
c '!enidas má9imas para dimensionar el !ertedero. Para cuencas pe%ue-as *hasta ! Am 2+, se recomienda un valor m/imo de: B > !m38seg8m2. d 'lt$ra de ondas. (sta depende del fetch del vaso o longitud del espe$o de agua m/ima y de la velocidad del viento. e ,edimentos. (l acarreo de sedimentos o arrastres puede llenar en corto tiempo el embalse. iempre donde e/iste este peligro debe abstenerse de construir un embalse, lo cual ocurre en: 0 0
4alles de r)os o riachuelos, deba$o de 666 m.s.n.m. con rastros fuertes de erosión en las cuencas y el propio cauce. (n todos los valles de r)os y riachuelos deba$o de alturas de 3666 m.s.n.m.
(ste peligro no e/iste, en lagunas e/istentes y en vasos naturales aptos para la construcción de un embalse, en #onas a ms de 666msnm.
2.3. &eoloía. (n el Proyecto de un (mbalse se debe considerar los siguientes aspectos geológicos:
' Impermeabilidad de !aso. 1. Vasos de la$nas e9istentes : en este caso deberá diferenciarse tambi;n dos casos. Vasos no carsticos donde no
por presencia de roca cali=a. (n estos casos es inminente la presencia de DtragaderosD %ue al subir el nivel del embalse se pierda estas aguas. 2. Vasos de embalses f$t$ros. on vasos donde actualmente no hay espe$o de agua pero presentan condiciones topogrficas adecuadas para construir un embalse. e pueden presentar tres casos: 0 0 0
4alles glaciares, pantanosos, planos, por encima de los ,666 m.s.n.m.. 4alles no glaciares, deba$o de los ,666 m.s.n.m.. 4alles de r)os.
(n el primer caso, salvo #onas gravosas, %ue se detecta con perforaciones de 1.! m. de profundidad son impermeables. (n el segundo y tercer caso ser necesario determinar el espesor del manto permeable formado por el material grueso acarreado por el rio y estudiar el costo de construir un dentellón de impermeabili#ación en la presa. e tiene casos de afloramiento de roca %ue resulta adecuado.
Comportamiento del !aso al s$bir el ni!el del a$a en el embalse. e tiene potencialmente tres peligros: 1. ?onas de filtración en borde del !aso . ;curre cuando la l)nea de filtración %ue en suelos arcillosos puede ser 3:1 a !:1, no tiene sustento en el terreno.
2. Desli=amientos. ;curre cuando el agua debilita la base con suelos dele#nables por fuertes pendientes. 3. 'cti!ación de fallamientos en el !aso. Por sobrecarga del peso del agua en el embalse. Para evitar estos problemas, ser necesaria la opinión de un geólogo %ue determine el grado de peligro %ue pudiera e/istir en un vaso en relación a estos factores.
C (esistencia del s$bs$elo en el empla=amiento de la presa. (l subsuelo en el lugar %ue se emplace una represa, debe ser suficientemente firme para soportar el peso de la represa y adems lo suficientemente impermeable para evitar e/cesivas filtraciones. (n los estudios iniciales se puede considerar las resistencias siguientes:
(oca 0 &oca natural 0 &oca semidura 0 =aterial de r)o y morrenas 0 uelos blandos *arcilla+
@7cm2 1! !aE 2a3 1 a 1.!
D Permeabilidad de la cimentación de lo boA$illa. (n relación a la permeabilidad deber considerarse dos casos:
1. (n rocas, puede haber fracturas por fallas o estratificación. Puede impermeabili#arse con inyecciones de lechada de cemento. eber hacerse pruebas de infiltración, con la presión de agua prevista para la altura del embalse. 2. (n lechos de r)o, con material de relleno, la permeabilidad es evidente, se determinar rea de estrato permeable y coeficiente de permeabilidad. Caudal de pérdida se podr determinar con la ley de '&CF. B 8 @I' Donde% B > Caudal en m38seg. > Coeficiente de > permeabilidad. raduante " h > iferencia de carga. " > "ongitud de recorrido. ' > @rea de estrato permeable "os peligros de estratos permeables en la cimentación son: 0 Pérdida de agua.
0
Tubificación, sobre todo en suelos =, %ue puedan causar erosión al pie de la presa y por tanto el colapsamiento de la presa.
e 'cceso : materiales de constr$cción. eber determinarse el acceso a la #ona de la presa y a las #onas de materiales de construcción para el ingreso del e%uipo mecnico de construcción. "os materiales de construcción %ue debern anali#arse sern: 0 uelos para presas de tierra 0 'gregados para concreto 0 &oca para enrocado de parmentos de la presa.
6as pr$ebas a reali=arse serán% ancos de pr;stamo de tierra> para presas de tierra 0 Clasificación C *istema unificado de clasificación de suelos+. 0 Compactación proctor estndar, determinado la humedad óptima de compactación. 0 Porcenta$e de piedras mayores a 16 cm. 0 (ventualmente esfuer#o tria/ial. *n areados para concreto 0 Porcenta$e de impure#as. 0 ranulometr)a. 0 &esistencia. *n roca 0 &esistencia al intemperismo 0 ranulometr)a.
3. P(*,', D* )I*((' "as presas de tierra, consisten del terraplén, de la toma y del vertedor de demas)as.
3.1 )errapl;n Proyectar un terraplén significa determinar la sección transversal de un di%ue. "a gran heterogeneidad de material de construcción, hace imposible la aplicación de fórmulas de dise-o. n terraplén debe cumplir los siguientes re%uisitos: 0 ebe tener taludes estables ba$o todas las condiciones de construcción y operación del vaso. 0 ebe controlar las filtraciones a través de él. 0 ebe estar seguro contra rebosamientos. 0 "os taludes deben estar seguros contra la erosión. 0 (l costo debe ser m)nimo y el uso de materiales económicos a disposición m/ima. "os terraplenes pueden ser del tipo homogénea, compuesta o de diafragma y los taludes se determinan de acuerdo al tipo de suelo, cimentación y tipo de presa. *ver cuadro 5G 62+.
Presa
Presa comp$esta !er ráfico - E2 (s el tipo ms com9n. Consta de un n9cleo central impermeable con material permeable en ambos taludes. "a #ona permeable aguas arriba proporciona estabilidad contra rpidos desembalses, mientras el material permeable aguas aba$o es un dren %ue controla las filtraciones. e tiene presas compuestas de n9cleo m)nimo y n9cleo m/imo. (l n9cleo m)nimo, ocurre cuando el ancho hori#ontal del n9cleo impermeable debe en todo plano ser mayor %ue la distancia de este plano a la corona.
(n el n9cleo m/imo, los taludes disminuyen en 6.! en relación a la presa homogénea. (l n9cleo m)nimo en cimentaciones impermeables o con dentellón efectivo tiene la base igual a la altura del tirante de agua y la corona de tres metros. *ver figura+ (l n9cleo m)nimo en cimentaciones permeables tiene taludes 1.!, 1 y 1:1 en el talud aguas arriba y aba$o respectivamente.
Presas con diaframa. (n este tipo de sección el cuerpo del terraplén se constituye de material permeable y un diafragma delgado de material impermeable. (l diafragma puede ser una pantalla encima del paramento aguas arriba ó un n9cleo vertical. e considera el n9cleo como diafragma cuando su espesor en sentido hori#ontal a cual%uier altura es menor %ue la distancia entre la corona y este punto. (l diafragma puede ser de concreto o arcilla principalmente. 5o es recomendable en presas pe%ue-as por la precisión y control %ue re%uiere en dise-os y construcción del diagragma y los filtros. "os taludes para los diferentes casos de presas, se indican en el cuadro 5G 62, seg9n recomendación del Hureau of reclamation de ', considerando si el embalse esta su$eto a desembalse rpido *1! cm8d)a+ o no.
-ormas para la compactación. (l terraplén de presas homogéneas o el n9cleo de presas compuestas se compacta por capas de 26 cms de espesor mediante rodillo de pata de cabra a 1! cms. na compactación satisfactoria se consigue con 16 pasadas con la humedad de compactación óptima %ue se ubica entre 16 a 1!I apro/. e debe tener mucho cuidado de no sobrepasar este l)mite. (s preferible usar suelo algo seco %ue demasiado h9medo y sacar todas las piedras de ms de 16 cms. urante la compactación deber hacerse pruebas de compactación para alcan#ar el J!I proctor standar. (n presas de sección compuesta, los espaldones estn conformados por grava y arena y se compacta sólo por vibración, para lo cual es suficiente el paso de un tractor Hulldorer en capas de 26 cms. con 2 o 3 pasadas. "a unión de roca con terraplén deber compactarse con compactadores manuales. "os filtros se compactan por vibración
C$adro - E2 )'6FD*, (*C/0*-D'D/, P'(' P(*,', ,*&G- *6 F(*'F / (*C'0')I/D* F,' a )al$des recomendados para las presas de tierra
)ipo
Propósito
,$Hetas a
Clasificación de s$elos
desemba lse
Komogéne au homogénea modificada
'
H
Komogénea
modificada
&egulación o
5 o
almacenamie nt o 'lmacenami en to
i
L, P, L, P C, =, C, = C", =" L, P, L, P C, =, C, = C", ="
)al$d )al$d de de a$as a$as abaHo arriba Permeable no adecuado 2 M: 1 2: 1 3:1 2 M: 1 3 M: 1 2 M: 1 Permeable no adecuado 3: 1 2: 1 3 M: 1 2 M: 1 : 1 2 M: 1
b )al$des A$e se recomienda para las presas peA$eñas de tierra de sección comp$esta en cimentaciones estables. Ca so
)ipo
Propósito
,$Hetas a desemba lse
'
Compuest a con el
Cual%uiera
5o cr)tico
n9cleo m)nimo H
Compuest a con el
&egulación o
5o
almacenamiento
n9cleo m/imo C
Compuest a con el
n9cleo m/imo
'lmacenamien to
i
Clasificaci ón del material e9terior 5o es cr)tico relleno de roca L, 5o es cr)tico relleno de roca L, P, L o 5o es cr)tico relleno de roca L,
Clasificaci ón del material del 5o es cr)tico C, =, C, =, C", C, =, C, =, C", =", CK, =K C, =, C, =, C", =", CK,
)al $d de a$ 2: 1
de a 2:1
2: 1 2 N: 1 2 M: 1 2 M: 1 2 M: 1
2:1 2 N: 1 2 M: 1 2:1 2 N: 1 2 M:
)al $d
3.2 Detalles de los terraplenes. a Coronación. (l ancho de corona *m)nimo+, se calcula con la relación siguiente: '8 1 5 Donde% ' > 'ncho en metros K > 'ltura en metros Ejemplo:
K > 16m ' > 16 < 1 > 3 m !
b orde libre. e recomienda 1.66 metro ms sobre el nivel m/imo del agua en el vertedero, lo %ue resulta normalmente 1.!6 ms %ue el nivel de espe$o de agua m/imo o nivel del vertedero. c Protección de tal$des. (l talud aguas arriba de terraplenes homogéneos se protege contra la erosión de las olas, lluvias o heladas mediante un enrocamiento de 6.! m de espesor, sobre una capa de grava o ripio de 6.2m. "as piedras debern cumplir la siguiente granulometr)a. 0 0
Bue el 2!I tengan peso mayor a !6 g. =enos del 2!I, peso menor a 16 g.
(l peso medio debe estar entre 16 y 166 g. "as piedras se colocan al volteo *sin acomodo+ ó a mano acomodando. (l talud aguas aba$o se proteger con enrocado o blo%ues de pasto natural *tepes o champas+ de acuerdo al clima. "a corona se proteger con una capa de grava o ripio de 6.2 m de espesor.
d iltros !er ráfico (n presas homogéneas, se usa mayormente dos tipos de filtros por la facilidad de construcción: 1. Oiltro hori#ontal, de 1 metro de espesor, del talón de la presa hasta 183 de la base del terraplén hacia el e$e de la presa. 2. Oiltro de talón, en el talud aguas aba$o hasta 183 de la altura de la presa. "os filtros son una me#cla de arena y grava con granulometr)a adecuada.
e 0edidas de control de filtraciones en cimentaciones permeables Para disminuir el caudal de filtraciones y8o evitar el peligro de tubificaciones, se utili#a las medidas siguientes: 0 0
entellones verticales. =antos impermeabili#antes hori#ontales.
"os materiales ms utili#ados son arcilla y concreto. También se puede utili#ar la combinación de ambas medidas. Para el dise-o debe considerarse *seg9n ley de "ane+ %ue las distancias hori#ontales se tomen como un tercio del valor de las distancias verticales. "a tubificación ocurre por%ue el material flota. (l valor cr)tico para la flotación del material se e/presa con la relación siguiente:
8,J11JP 6 Donde% > Peso espec)fico del material. P > Porcenta$e de huecos en el material e/presado como decimal. (n las presas compuestas las filtraciones se controlan con los espaldones permeables. (n las presas homogéneas se necesitan filtros. "o ms usados por su facilidad de construcción son: 1. Oiltro hori#ontal: de 1 metro de espesor, del talón de la presa hasta 183 de la base del terraplén hacia el e$e de la presa. 2. Oiltro del talón: (n el talud aguas aba$o hasta 183 de la altura de la presa. "os filtros son una me#cla de arena y grava con granulometr)a adecuada.
3.3 )oma "a toma de una presa comprende las siguientes partes: 0 (structura de entrada. 0 Compuerta de regulación. 0 Conducto de la toma. 0 (structura de salida. (l caudal de ingreso de la toma, se calcula con la relación siguiente:
B 8 Cd ' √2<
Donde% B > Caudal de ingreso. Cd > Coeficiente de ingreso. ' > @rea del conducto. g > ravedad h > 'ltura de agua al e$e del conducto de ingreso, incluida la carga por la pendiente del conducto. (l coeficiente Cd podr tomar los valores siguientes, de acuerdo a la relación de longitud de la tuber)a y el dimetro de este:
Valores de coeficientes C d 6 1 6 6 6 Q
Cd ,eKn 6. ! 6 6. !
&especto al conducto para caudales menores, hasta B > 6.Q m 38seg. apro/., lo me$or es usar tuber)a de P4C o de fierro con control mediante vlvulas aguas aba$o. e puede usar 1 o ms l)neas de tuber)as, hasta dimetros de 1Q pulgadas. "a vlvula puede ser dos pulgadas menor. "a velocidad m/ima admisible debe ser 4>3m8seg. para evitar erosión en el tubo. "a vlvula ser de fierro fundido con asientos de bronce. (l tubo debe envolverse en concreto, con dentellones para evitar l)neas de filtración y ubicarse en terreno firme. (n la entrada tendr una ca$a de entrada de concreto con parrilla metlica, siendo la velocidad de ingreso de apro/. 4 > 6.Q m8seg. ' la salida se construir po#os de disipación con pantalla tipo impacto. Para caudales mayores a B > 6.Qm 38s, deber construirse conductos de concreto armado, con el control aguas arriba con compuertas desli#antes por el parmento o mediante torres *%ue son ms costosas+. (l conducto de concreto armado deber llevar $untas de defle/ión para el caso de asentamientos. na filtración por el conducto de toma, sobre todo con control aguas aba$o resulta fatal, pues socavar)a el terraplén de la represa. Para evitar un sifonamiento a lo largo del tubo sobre todo en suelos =, se prevee la construcción de dentellones de concreto %ue prolonguen el camino de filtración en un 2!I. (n lo posible la toma deber construirse ale$ado del cuerpo del di%ue.
3.4 Vertedero de e9cedencias. no de los factores %ue ms ha influido en las fallas de presas de tierra ha sido el poco dimencionamiento de vertederos, por lo %ue en lo posible debe dimensionarse generosamente, para lo cual lo me$or ser buscar depresiones naturales del terreno y dise-arlo como canal hasta lugares de desagRe seguro. eber ale$arse lo ms posible del cuerpo de terraplén. (n general se tiene Q tipos de vertederos %ue son: 1+ e derrame *en presas de arco+, 2+ e conducto o canal, 3+ e canal lateral, + e po#o o embudo, !+ e sifón y Q+ e compuerta. Para las presas de tierra las ms usadas son de canal *frontal o lateral+ y de po#o o embudo. "a descarga sin control, esta dada por la relación
B 8 C6 372 Donde% > C > " > K > B
escarga total *m38s+ Coeficiente de descarga *1, apro/+ "ongitud neta de la cresta en metros Carga de agua sobre la cresta del vertedor *recomendable K > 6,!
(n el caso de descarga por canal, al final de éste deber construirse tan%ues amortigua0 dores o disipadores tipo trampol)n.
4. P(*,', D* *-(/C'0I*-)/ !er ráfico - E3 (s un cuerpo de piedras colocadas en seco, con una pantalla impermeable aguas arriba y un muro aguas aba$o %ue resiste a cual%uier desli#amiento. e recomienda limitar sus altura hasta ! metros, por no tenerse demasiada e/periencia en este tipo de presas y en #onas con fundación de roca, donde no se tiene acceso para el traslado de materiales y se dispone de abundancia de piedras.
C$erpo de piedras> colocado a mano. ases teóricas. (l cuerpo resiste el empu$e del agua *esfuer#o cortante+ con P / TangS 'sumiendo el ngulo de fricción para piedras en 36 , TangS > 6.!EE. (l factor de seguridad debe ser 3. Como peso de la piedra colocada se usa 1,666 g8m 3 *supuestos %ue lo colocan con muchos vac)os+. 4erificando la resistencia resulta como regla prctica, una presa con las dimensiones siguientes.
'nc Tirante de agua *d+ 06.!m. )al$des
Taludes aguas arriba 6.!:1 y aguas aba$o 1.!:1 borde libre > 1 m. Ejemplo: Represa con d = 4m, h = 5m, b = 3,5m.
P cuerpo > 3.! < *3.! < 2/!+ / ! / 1,666 > 2.! Tm. 2 P TangS
> 2.! / 6.!EE > 2.! Tm. *&esistencia+ > 2 2
&elació
> 2,! > 3,6! U 3 ;
Instr$cciones para la constr$cción. e usar roca dura y sana. e colocar en tal forma %ue la fuer#a se trasmitir al pie del muro e/terior %ue ser un talón de concreto con una sección de 2 m / 2 m, empotrado en la roca. "as piedras se colocan bien acu-adas. "a cara %ue da al agua, constituye una pantalla impermeable de mamposter)a de piedra con mortero de cemento o de concreto. (sta pantalla tendr un espesor de e > 6,Q6 m y $untas cada Q a metros se apoyar sobre un plano liso protegido con una pintura de tres
manos de asfalto. (sta pantalla se enla#ar en el subsuelo rocoso en cimiento y flancos empotrado 2 metros hacia adentro, para evitar filtraciones. Como toma se usa un tubo envuelto en concreto. e coloca en roca sana a un costado del cuerpo de la presa. (l vertedor se ubicar fuera del di%ue.
5. P(*,', D* &('V*D'D !er rafico - E3 Consisten en un muro de concreto o de mamposter)a. na parte del muro se prevee como vertedor de demas)as y la toma también se coloca en el cuerpo del muro. e recomienda construir presas de gravedad solo en cimentaciones de roca por seguridad. (s posible construir en tierra, pero re%uiere de medidas de seguridad %ue es posible no se cumplan adecuadamente en pe%ue-as presas, por lo %ue se recomienda no construir en tierra. Como material se da preferencia a la mamposter)a por re%uerir menos cemento y agregados. "a mamposter)a consiste en E6I de piedra y 36I de =ortero 1:. e re%uiere 2.E! bolsas de cemento y 6.3Q m 3 de arena por m 3 de mamposter)a. Para el clculo estructural se considera act9en las siguientes fuer#as: 0 (mpu$e del agua aguas arriba 0 (mpu$e del agua aguas aba$o 0 ubpresión. 'dems en algunos casos se puede considerar: 0 Presión de a#olves 0 Presión del hielo 0 Ouer#as s)smicas (n el caso de presas vertedoras act9a también la sobrecarga del agua sobre el cuerpo. (n el cuerpo del muro debe haber sólo presiones, es decir la resultante de las fuer#as siempre tienen %ue %uedarse dentro del n9cleo o tercio central de la base de la presa. "a presión m)nima, en la cara hacia arriba debe ser, para estar seguro, como m)nimo el 16I de la presión %ue se presenta en la cara hacia aba$o. "os coeficientes de traba$o como esfuer#o de compresión son: 0 Para concreto de fVc > 126 g 8cm 2 *! bolsas8m3+ : 6 g 8 cm2 0 Para mamposter)a de cemento con mortero 1:: Qg 8 cm 2 (l cuerpo deber resistir el volcamiento y desli#amiento con coeficientes de seguridad de 1.! y 1.2! respectivamente, considerando 166I de supresión. Para la fricción entre el cuerpo del di%ue y la roca de fundación se considera un coeficiente de 6.. (n el dise-o preliminar la base se considera 6.J a 6. K y la corona de un ancho de 1 a 2 m.
(n una presa de mamposter)a se debe tener cuidado en el efecto de la temperatura y en las filtraciones de las cone/iones laterales. Para el efecto de la temperatura, se usarn $untas, cuando la longitud de la presa supera los 1! metros.
Para evitar filtraciones se recomienda, empotrar la presa en la fundación y flancos en una profundidad m)nima de 1.!6 m en roca sana. (n #onas de contacto usar concreto en lugar de mamposter)a. "a toma se har mediante tuber)a enconcretada con control de vlvula aguas aba$o, para caudales hasta B > 6.Q m 38s o mediante compuertas desli#antes para caudales mayores colocadas aguas arriba. Para el vertedero de e/cedencias, se usa el cuerpo de la presa, con resguardo de 1m en los lados. "a energ)a de la lmina vertiente se disipar en un colchón amortiguador colocando dados de concreto a ! ó 16 m de distancia del talón de la presa, de acuerdo a los caudales de evacuación.
". P(*,', D* '(C/ !er ráfico - E4 (l arco es un semic)rculo o segmento de c)rculo cuya forma se utili#a en la construcción de presas, ideal para ca-ones angostos formados en roca, por la capacidad de los arcos para soportar cargas de la presión hidrosttica PL 8 L<2 2 Transmitiendo a los atra%ues por el efecto de arco. "a capacidad de arcos para soportar cargas, permite al proyectista ahorrar material y mantener también una estructura e/tremadamente segura. e recomienda usar presas en arco en valles rocosos angostos donde la longitud de la cuerda superior es apro/imadamente de 2 a 3 veces la altura de la presa. Para dise-ar la sección del arco, una regla general es mantener el espesor del arco en cual%uier nivel igual o mayor %ue 6.62&, donde & es el radio en la l)nea central del arco. (n las presas pe%ue-as es posible obtener un espesor en el arco superior menor de 6.Qm. Para el dise-o se da las recomendaciones siguientes: 0 0 0 0
0
(spesor de la sección en el arco superior: 6.J a 1.26 m 'ngulo central del radio > 136G 'ngulo con %ue el anillo del arco se apro/ime a los atra%ues de roca no menor a 36G y no mayor a !G (sfuer#os admisibles en el concreto de fVc > 26 g8cm 2 Compresión: E6 g8cm2 Tensión: 16 g8cm2 Coeficiente de seguridad de dise-os: J a 1.
)eoría. "a teor)a general para el proyecto de las presas de arco es comparativamente nueva y est cambiando rpidamente conforme se va obteniendo ms información aplicando la teor)a matemtica, leyes de la mecnica y las teor)as de la elasticidad.
Primero se usa para el dise-o la teor)a del cilindro en %ue se supone %ue toda la carga de agua se trasmite a los atra%ues por el efecto de arco, dado el espesor del arco a diferentes profundidades por la fórmula.
e8rp f Donde% e > > P > f >
(spesor del arco en metros &adio del arco en metros Carga del agua en g8m (sfuer#o admisible en el concreto en
con é/ito usando esta simple teor)a.
Problemas de cimentación. "os atra%ues o estribos son la cimentación de una presa de arco y deben soportar las cargas %ue le apli%uen los arcos %ue componen fuer#as de corte, empu$e y momentos fle/tores. "os esfuer#os admisibles en los estribos son los m/imos permisibles para la roca o para el concreto. "os esfuer#os e/cesivos en los estribos pueden reducirse modificando la forma del arco en la elevación %ue ocurre engrosando el arco en el estribo utili#ando arcos de espesor variable con m/imo en los estribos y m)nimo en el centro. "a roca de cimentación de casi todas las presas se inyecta con lechada de cemento, con los ob$etivos siguientes: 0 0 0
Compactar la roca y evitar fugas. 'umentar la capacidad de carga. eguridad en la estructura.
#. P(*,', D* C/-)('F*()*, !er ráfico - E5 Consisten en lo#as armadas o segmentos de presas en arco, soportadas por contrafuertes, cuya relación de la base al tirante de agua es de 1,6 a 1,! veces. "as presas de contrafuertes son seme$antes en muchos aspectos a las presas de gravedad. Cada elemento con contrafuerte act9a como viga volada soportando la carga del agua con paramentos de diferentes formas. (n presas pe%ue-as se recomienda construir, al igual %ue las presas de gravedad solo en cimentaciones de roca. "a venta$a respecto a las presas de gravedad consisten en %ue utili#an 36I menos de concreto y la desventa$a es %ue se re%uiere ms encofrado y en algunos casos las armaduras de acero, cuando el paramento es de placas. "as presas de contrafuertes de paramento inclinado utili#an la carga del agua %ue act9a en él, como fuer#a estabili#adora. "a inclinación del paramento mo$ado esta controlado por las relaciones entre los re%uisitos de estabilidad y las intensidades de las presiones en las cimentaciones. na inclinación de !I tiene gran estabilidad y un ba$o coeficiente de desli#amiento, debido a %ue la carga normal al paramento se descompone en dos fuer#as iguales
)
12
,M 8 2 a 3 )
Donde% K > 'ltura de la presa T > (spesor del contrafuerte 3 > eparación entre NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN
H> h 7 6.!6
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