Post on 17-Apr-2015
PRESAS PRESAS A GRAVEDAD EN
CIMENTACIONES ROCOSAS
Ing. Washington Sandoval E., Ph.D.
2012
FUNCIONES ESENCIALES • Función de una presa. Elevar el nivel del agua –
Formación del embalse. Retener excedentes-
• Necesidad Funcional. Evacuación del agua sobrante.
• Estructuras destinadas a la evacuación de caudales:
Aliviaderos superficiales
Aliviadero de medio fondo Desagüe de fondo
Toma H.
Túnel
Toma superficial
TIPOS DE PRESAS
• PRESAS DE HORMIGON
• De gravedad
• De arco
• De contrafuertes
USA
TIPOS DE PRESAS
• PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO
• Homogéneas
• Zonificadas
• Con pantallas
España
PEGUEÑAS, MEDIANAS Y GRANDES PRESAS
• Pequeñas, H < 15 m. (25)
• Medianas, 15 < H < 50 m.
• Grandes, H > 50 m. (75)
Australia
PRESAS SEGÚN SU FUNCIÓN
• Presas de embalse (almacenamiento, regulación de caudales)
• Presas de derivación (incremento de carga)
China
PRESAS SEGÚN PERMITAN EL PASO DEL AGUA
• Presas de sección sorda
• Presas de sección vertedora
• Presas de sección mixta España
RELACIÓN DE ESBELTEZ B = ancho de la presa P = altura de la presa = B/P
1,0 Presa de materiales
sueltos. 0,6 < 1,0 Presa de
gravedad. 0,3 < 0,6 Presa de arco
gravedad. < 1,0 Presa de arco puro
PRESAS MÁS ALTAS DEL MUNDO
NOMBRE ALTURA MATERIAL PAIS
ROGÚN 335 TIERRA Y ENROCADO TAYIKISTAN
NUREK 310 TIERRA TAYIKISTAN
XIAOWAN 292 ARCO CHINA
GRANDE DIXENCE 285 CONCRETO/GRAVEDAD SUISA
INGURI 272 ARCO GEORGIA
VAYONT 262 ARCO ITALIA
MANUEL MORENO TORRES 261 TIERRA MEXICO
PRESA A GRAVEDAD Y DE ARCO
PRESA ALIVIANADA Y CONTRAFUERTES
PRESAS DE MATERIALES SUELTOS
PRESAS DE TIERRA HOMOGENEAS
Filtro invertido
Enrocado
PRESA DE ENROCAMIENTO
PRESA DE ENROCAMIENTO CON NUCLEO FLEXIBLE
PRESAS A GRAVEDAD
FUERZAS EN PRESAS A GRAVEDAD
G
S
W1
W2
W3
W4
Wf
Ws
P1
P2
E
Wa
FUERZAS DE PRESIÓN
• W1 = ½ H1 ²
• W2 = ½ H2 ²
• W3 = ½ H1 ²m1
• W4 = ½ H1 ²m2
• E = Vcp
SUBPRESIÓN
• H<25; Wf = ½ HL(1-0)2
• 25<H<75; Wf = ½ H[L(1-0)+b1’’]2
• H>75 = Wf = ½ H[l1(1+1’-1’’)+l2 1’+ b1’’] 2
H
L
l1 l2
b
COEFICIENTES DE SUBPRESIÓN
TIPO DE PRESA 1’ 1’’
GRAVEDAD H < 25 0,3 0,0
GRAVEDAD 25 < H < 75 0,4 0,15
GRAVEDAD H > 75 0,5 0,25
CONTRAFUERTES 0,4 0,0
ARCO 0,5 0,25
0 – C. PERDIDA DE CARGA INICIAL 0,05 – 0,08
2- C. POROSIDAD DEL ÁREA 0,70 – 0,95
PRESION DEL AZOLVE
Wa = a ha tg (45 - /2)
Wa – presión del azolve
a – peso específico del material sumergido a = as - (1-n)
as – peso esp. del material seco, - peso esp. del agua, n – porosidad relativa.
- ángulo de fricción interna (para presas en suelos rocosos =0).
2 2
2
PRESIÓN POR IMPACTO DE UNA OLA
D – Fetch, w – velocidad del viento
FUERZAS SISMICAS
te – período de vibración en segundos
- coeficiente sísmico
S = G k, para H> 10 m. k = 1 + 0,5H1/hc, H1- Altura de la estructura sobre la base; hc-Centro de gravedad desde la base
h=3,2808*H – por cambio de unidades de pies a metros
Ws – En kilogramos fuerza
COMBINACIÓM BÁSICA DE CARGAS EN PRESAS DE HORMIGÓN (SNIP II-54-77)
CARGAS PERMANENTES
1. Peso propio de la presa (se incluyen las cargas de los mecanismos permanentes).
2. Presión hidrostática aguas arriba al NAMO).
3. Presión hidrostática aguas abajo con nivel mínimo y con nivel de crecida.
4. Subpresión al NAMO y en funcionamiento los drenajes.
5. Peso de parte del suelo que puede desplazarse con la presa y presiones laterales
COMBINACIÓM BÁSICA DE CARGAS EN PRESAS DE HORMIGÓN (SNIP II-54-77)
CARGAS VARIABLES EN EL TIEMPO
1. Presión de sedimentos aguas arriba.
2. Esfuerzos por variación de temperatura calculados con la variación media anual.
3. Presión de las olas calculada con la velocidad media anual del viento.
4. Cargas por transporte y mecanismos de uso temporal
5. Presión del hielo.
6. Cargas por choque de cuerpos flotantes.
7. Carga dinámica por flujo por el vertedero al NAMO.
CARGAS EXTREMAS EN PRESAS DE HORMIGÓN (SNIP II-54-77)
En el diseño se considera las fuerzas de la
combinación básica más una de las extremas o el cambio de las respectivas fuerzas de la combinación
básica. 1. Carga por sismo. 2. Presión hidrostática aguas arriba y abajo para el
NAME. 3. Subpresión resultante del mal funcionamiento de
parte del sistema de impermeabilización o drenaje. 4. Presión de las olas calculada para el máximo valor del
viento probable. 5. Las demás fuerzas en condiciones extremas.
SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO
COEFICIENTES
Tipo de roca f C (MPa)
Granitos u otras rocas no fisuradas, con resistencia temporal a la compresión mayores a 400 Kg/cm² (40 Mpa).
0.75 0,4
Rocas poco fisuradas con mejoramiento de lechada de cemento hasta la profundidad mayor o igual a 0,1H, con resistencia temporal a la compresión mayores a 400 Kg/cm² (40 Mpa).
0,70 0,30
Rocas fisuradas, con resistencia temporal a la compresión entre 50 y 400 Kg/cm² (5-40 Mpa).
0,65 0,20
ESFUERZOS EN PRESAS A GRAVEDAD
• V -Suma de las fuerzas verticales que actúan en la sección.
• M- Suma de los momentos de todas las fuerzas que actúan en la sección.
• b – ancho de la sección.
b1
b
x
x1
Z
z1
w1
W
y1 y2
Wf xf
ESFUERZOS -
Y – profundidad de la sección.
b1
b
x
x1 y1
ANÁLISIS DE ESFUERZOS EN LA PRESA MINAS-SAN FRANCISCO (Sosa, D., 2011)
de sedimentos
Nivel Normal Reservorio
792.86
717 720.00
Nivel Máximo
767.3
ESFUERZOS HORIZONTALES EN LA PRESA MINAS-SAN FRANCISCO (Sosa, D., 2011)
Coeficientes de estabilidad
CARGAS Ksd
Inicio de la vida
útil
1.08
Final de la vida útil 1.1
ESFUERZOS VERTICALES Y TANGENCIALES EN LA PRESA MINAS-SAN FRANCISCO
(Sosa, D., 2011)
DETERMINACIÓN DE LAS FUERZAS
BIBLIOGRAFÍA
• Grishin, M. Slisskiy, S. Antipov, A, y otros (1979). Estructuras Hidráulicas. Ed. Escuela Superior. Moscú, Rusia.
• United States Departament of Interior, (1982). Diseño de Presas Pequeñas. Ed. Continental S.A. México, México.
• Nedrigui, B. (1983). Manual del Diseñador de Estructuras Hidráulicas. Ed. Stroyizdat, Moscú Rusia.
• Sosa, D. (2011). Análisis sísmico de presas y cálculo de la presión hidrodinámica aplicado a la presa Minas-San Francisco y presa Tierras-Blancas. Tesis de grado. Sangolquí, Ecuador.
• SNIP-II-54-77 (1977). Reglamentos y Normas de Construcción. Normas de diseño de presas de concreto y hormigón armado. Ed. Stroyizdat. Moscú. Rusia.