INTRODUCCIÓN

LOS MÚLTIPLES USOS DE GRANDES VOLÚMENES DE AGUA

REQUIEREN DE UNA PLANIFICACIÓN INTEGRAL PARA LA

ADMINISTRACIÓN DE LOS RECURSOS HIDRÁULICOS

EN LOS PROYECTOS SE EXAMINAN VARIAS ALTERNATIVAS DE

EMBALSES Y PRESAS, ELIGIÉNDOSE LA QUE HAGA MAYORES

APORTACIONES, EN LA FORMA MÁS ECONÓMICA, PARA

SATISFACER LAS DIFERENTES NECESIDADES PARA EL

ABASTECIMIENTO DE AGUA, SU CONSERVACIÓN Y EL CONTROL DE

LAS AVENIDAS.

LA ELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA ESTÁ RELACIONADA A SU

FUNCIÓN, SEGURIDAD Y ECONOMÍA

Clasificación de Presas

Las presas se clasifican según su uso, su proyecto hidráulico o los materiales que

forman la estructura .

Por su uso

Presas de almacenamiento

Embalsa el agua para utilizarla en períodos de escasez

Presas de derivación

Incrementa la carga hidráulica para desviar el agua hacia sistemas de conducción por

gravedad

Presas de regulación (laminadoras)

Retarda el escurrimiento de las avenidas, disminuye (lámina) el pico máximo de la onda

Clasificación de Presas

Por su proyecto hidráulico

Presas vertedoras

Proyectadas para descargar sobre sus coronas.

Deben ser hechas con materiales que no se erosionen con tales descargas (concreto,

mampostería, acero, madera)

Presas no vertedoras

Se proyectan para que el agua no rebase por su corona

Material de presa incluye tierra y enrocado

Presas compuestas

Combina los dos tipos, una parte de presa vertedora con extremos formados por terraplenes

Clasificación de Presas Por el material de su estructura

Presas de concreto

Gravedad

Contrafuertes

Arco

CCR (Compactado Rodillado)

Presas de tierra

Presas de enrocamiento

Otros materiales:

Madera

Acero

Relleno hidráulico (relaves mineros)

Clasificación de Presas según el material

Presas de Tierra

Son del tipo de gravedad y se construyen con tierra o roca

Se toman precauciones para los vertedores de demasías y el control de las filtraciones.

Presas de Concreto

Dependen de su propio peso para estabilizar la estructura

Las presas suelen ser rectas o curvas transmiten la carga del agua al material de cimentación

Poseen una anchura en la base de 0,7 a 0,9 de la altura

El material de cimentación más favorable es la roca sólida

Este tipo de presa se adapta bien para el uso de vertedor de corona

Presas de Gravedad

Utilizables en cañones angostos en forma de “ V ” o “ U “

El material rocoso del cañón debe soportar la carga hídrica emitida a los costados del cañón

La relación de longitud en la corona / altura debe ser menor de 5

La relación de anchura en la base / profundidad del agua embalsada es de 0,1 a 0,3

Presas de Arco

Se adapta a todos los emplazamientos

En los vertedores de demasía se usan losas de recubrimiento y de protección que se asemejan

a las utilizadas en las presas de gravedad

Para controlar el gasto se usan compuertas deslizantes inclinadas o ligeras para poca carga

El uso de acero es para el soporte de las fuerzas de tensión

Presas de Contrafuertes

Posición de la boquilla (Eje de Presa)

Las funciones de la obra determinan el emplazamiento de la presa

El lugar exacto dentro de la localización general se determina mediante

un estudio cuidadoso y sistemático

La primera elección del tipo de presa se basa en dos factores principales:

La topografía del lugar

Las características del subsuelo para cimentación

La elección final estará controlada en general por los costos de

construcción, si se toman en cuenta también otros factores del

emplazamiento

Topografía

Esta herramienta ayuda para estudiar las características del valle y la relación de

las curvas de nivel a los diferentes requisitos de la estructura.

Para los estudios de localización de las presas, se usa la topografía que dé la mejor

posición a la presa. Un croquis preciso de la presa y de la forma en que se adapte a

los detalles topográficos del valle son a menudo suficientes para hacer

estimaciones iniciales de los costos.

Topografía

Los levantamientos topográficos se realizan mediante aerofotogrametría o

pueden obtenerse de las dependencias oficiales. También, deben correlacionarse

con la exploración del lugar para ser precisos. Además, son necesarios análisis

adicionales para la determinación final de la factibilidad de la presa.

Investigaciones geológicas y de cimentación

Las condiciones geológicas y de cimentación determinan los factores

que intervienen para soportar el peso de la presa

Los materiales de cimentación limitan el tipo de presa

La exploración inicial puede consistir en hacer unos cuantos sondeos

extrayendo muestras en lugares elegidos provisionalmente

Una vez que se ha restringido el número de localizaciones posibles,

deberán considerarse investigaciones geológicas más detalladas

Investigaciones geológicas y de cimentación

Deben definirse con precisión las fallas geológicaas, contactos, zonas

permeables, fisuras, y otros detalles subterráneos

Si los materiales de la cimentación son blandos, deben hacerse

investigaciones completas para determinar su profundidad,

permeabilidad y capacidad de carga

Hidrología

Los estudios de hidrología son necesarios para determinar:

Volúmenes de agua a desviar en la construcción

Frecuencia para fijar el uso de vertedores de demasía, en combinación con desfogues

Descargas máximas en las presas derivadoras

Obtener bases para calcular la energía eléctrica que se puede generar

A pesar de ser estudios complejos, se pueden usar procedimientos simplificados

para presas pequeñas.

Fuerzas sobre una Presa

La función principal de la presa es incrementar el nivel del agua, así el agua

embalsada genera una muy importante fuerza externa que actúa sobre la

estructura.

Existen otras fuerzas que también actúan en la estructura: sismos, vientos.

Las presas deben ser diseñadas lo suficientemente estables para evitar volcadura,

deslizamiento, la existencia de esfuerzos de tensión excesivos y cualquier erosión

secundaria que pueda producir el deslizamiento de la cimentación.

Fuerzas actuantes

Presión externa e interna del agua

Presión de los azolves (sedimentos)

Presión del hielo

Fuerzas sísmicas

Fuerzas de vientos

Diagrama de fuerzas

Presión del Agua

La presión unitaria del agua aumenta proporcionalmente a su profundidad. Está representada por una distribución de carga triangular.

whp Ecuación de presión unitaria

w = peso unitario del agua (1000 kg/m3) h = distancia de la superficie del agua al punto en cuestión (m)

Ecuación de presión resultante

2wh

p2

w

Sub-Presión

21 HH L

kxHP 2u

Ecuación de Westergaard

Sub-Presión del Agua

Pu: Sub-presión expresado en metros de agua

k: Coeficiente de sub-presión, referido a la posición del sistema de

drenaje y a su eficacia para reducir la sub-presión. Varía de 1.0

(sin sistema de drenaje) a 0.5

Presión de los Azolves (Sedimentos)

Casi todas las corrientes transportan limo que, en cantidades menores, logran

depositarse en el vaso creado por la presa. Si se acumulan en el paramento mojado

producen cargas mayores que la presión hidrostática.

Algunas veces el limo suspendido se lleva a través de la presa por conductos

especiales, evitando su depósito en el paramento mojado de la presa.

Cuando estas cargas se desarrollan resulta que los depósitos de limo tienden a

consolidarse y soportarse parcialmente en el vaso.

En las presas pequeñas de gravedad y de arco, la carga de limo no es importante,

pero en las presas de contrafuertes de paramento inclinado, esta acumulación

influye en las presiones

Limo: 1362 a 1922 kg/m3.

=

Presión del Hielo

Este tipo de presión se debe a la dilatación térmica de una capa de hielo y al arrastre

que se da a causa del viento

Depende de los cambios de temperatura, espesor del hielo, y de otras condiciones

ambientales

Wgg

Wa MPec

Fuerzas Sísmicas

Los terremotos imparten aceleraciones a la presa y éstas producen cargas

horizontales y verticales. Para la determinación de la fuerza deberá

establecerse la aceleración o intensidad ocurrida en el sismo.

En regiones poco sísmicas, se usa la aceleración horizontal de 0.1 g y la aceleración

vertical de 0.05 g

Pec = fuerza sísmica horizontal

a = aceleración del sismo

g = aceleración de la gravedad

W = peso de la presa o bloque

= relación de a a g

C = coeficiente adimensional para la distribución y magnitud de las presiones

= relación de la aceleración del sismo a la aceleración de la gravedad

w = peso unitario del agua (kg/m3)

h = profundidad total del agua en el vaso (m)

y = distancia vertical de la superficie del embalse a la elevación estudiada (m)

wh CPew

h

y2

h

y

h

y-2

h

y

2

CC m

La fuerza de la inercia en kg. por metro cuadrado del agua se encuentra con:

El coeficiente adimensional (C) está definido en función del talud del paramento y

de su valor máximo Cm:

Ve = fuerza sísmica horizontal total

Me = momento de volteo

Pew = fuerza de la inercia (kg/m2)

y = distancia vertical medida hacia abajo desde la superficie del embalse (m)

y P0.726 V ewe

La fuerza horizontal total, arriba de cualquier elevación “y”, y el momento de

volteo , arriba de esa elevación se calculan con las siguientes expresiones:

2ewe y P 0.229 M

El efecto de la inercia en el concreto debe aplicarse en el centro de gravedad de la

masa, cualquiera que sea la forma de la sección transversal

Coeficientes sísmicos

Estabilidad vertical

Estabilidad al deslizamiento

T = Fuerza horizontal actuante

Tr = Fuerza horizontal resistente = fN

Estabilidad al volteo