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.