Presas Conti

7/28/2019 Presas Conti

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Presas


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PRESASEn el antiguo Egipto, Mens construy una presa en piedra en el siglo

4000 a.C de aproximadamente 15 metros de altura, para desviar el ro

Nio en Menfis. Segn las ruinas, sta duro unos 45 siglos. En

Mesopotamia hay vestigios de canales de irrigacin y el acueducto de

Senaquerib construido entre 690 y 703 a.e., son obras que requeran

necesariamente la construccin de presas para su funcionamiento.

Las presas ms antiguas de China se construyeron en tierra entre 780 y

1368 a.e.; en Mxico se construy en cinco fases la presa de Purrn, de

18 metros de altura y con capacidad para regar 675 Ha, entre los aos

750 a.C y 1500 d.e.


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PRESASDefinicin

Es una estructura hidrulica, que se construye en la seccin transversal del cauce

de un curso de agua con dos fines: el primero, elevar su nivel de formapermanente o variable para hacerla pasar por una conduccin; y el segundo esalmacenar el agua para suministrarla en los periodos de escasez, los usos msimportantes son: la generacin de energa elctrica, el abastecimiento de aguapara riego, la regulacin de caudales, control de crecientes, dicha estructura debe

satisfacer las condiciones de estabilidad y ser relativamente impermeables.


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TIPOS DE PRESAS

PRESAS DE HORMIGON

Gravedad

Arco

Contrafuertes

PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO

Homogneas

Zonificadas

Con pantallas


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PEQUEAS, MEDIANAS Y GRANDES

Pequeas, H < 15 m. (25)Medianas, 15 < H < 50 m.

Grandes, H > 50 m. (75)


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PRESAS SEGN SU FUNCIN

Presas de embalse (almacenamiento, regulacin de caudales)

Presas de derivacin (incremento de carga)


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Etapas que comprende un Aprovechamiento hidrulico

Investigaciones detalladas

Reconocimiento

Proyectos definitivos

Reconocimiento

Es la etapa inicial para la determinacin de un proyecto en la cual se debe contar

con toda la informacin disponible, esquemas anteriores, cartas geogrficas yfotografas areas.

Debe conformarse un grupo de trabajo con un profesional de experiencia ademsde un gelogo, un hidrlogo, para la toma de decisiones iniciales.

Conclusin de esta fase de estudio es proponer alternativas que sernponderadas para ser llevadas a la etapa de investigacin


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INVESTIGACIONES DETALLADAS

Levantamiento topogrfico

Investigaciones hidrolgicas

Caudales mximos

Caudales mnimos

Caudales medios Probabilidades de eventos extremos, curvas de frecuencia, conceptos de

probabilidad, periodo de retorno, probabilidad de ocurrencia de un evento.

Informacin geolgica Se efectan sondeos, perforaciones en los sitios donde se debe proyectar

estructuras sobre todo en presas y boca tomas.


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Investigaciones econmicas

Segn el tipo de proyecto

Determinacin del B/C (Beneficio / Costo)

Tasa interna de retorno TIR

Investigaciones complementarias

Son propias para cada proyecto, por ejemplo para estudio de agua delsubsuelo / Hidrogeolgico


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FACTORES QUE GOBIERNAN LA SELECCIN DEL TIPO PRESA

1.-Topografa

a) Perfil del ro

Tramo de cabecera 5000 a 3500 m.s.n.m., pendientes fuertes. Tramo intermedio 3500 a 1500 m.s.n.m. pendientes moderadamente fuertes

Tramo inferior menos de 1500 m.s.n.m. pendientes suaves.

b) Secciones transversales

Seccin en can Gran poder erosivo, tramo de cabecera Seccin en U Formacin glaciales, tramos intermedios

Seccin en V Formaciones fluviales tramos intermedios

Seccin en llanura Tramo inferior zonas de sedimentacin

c) Relacin coronacin alturaTipo de presa 4


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2.-Geologa

Potencia del manto sobre el cual debe ir la estructura

Permeabilidad, pruebas Lugeon

Resistencia, soporte del suelo de cimentacin.

3.-Disponibilidad de los materiales

-Suelos para terraplenes

-Roca o materiales de enrocamiento

-Agregados para concreto, arenas, piedra

4.-Obras de Desvo

-Tnel de desvo

-Canal a media ladera

-Entre bloques de presa (condicional a la magnitud de caudales


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CARACTERSTICAS PARA LA SELECCIN DEL TIPO DE PRESA


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ESBELTES RELACION DE


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Ejemplos de tipos dePRESA DE GRAVEDAD Y ARCO


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PRESA LIVIANA Y CONTRAFUERTES


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PRESAS DE MATERIALES SUELTOS


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PRESAS DE TIERRA HOMOGENEAS


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PRESA DE ENROCAMIENTO


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PRESA DE ENROCAMIENTO CON NUCLEO FLEXIBLE


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DISEO DE LAS PRESAS DE GRAVEDAD

Para definir a una presa de gravedad se deben considerar lossiguientes factores:


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PRESAS DE GRAVEDAD

Las presa de gravedad se

denominan a las presas de concreto

o mampostera, las cuales resisten el

sistema de fuerzas que le son

impuestas, principalmente por elpeso propio de ellas mismas.

Sin embargo si la presa es

ligeramente convexa en planta,

hacia aguas arriba, en toda sulongitud, una pequea proporcin de

las cargas impuestas se transmitir

por accin de arco.


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COMPORTAMIENTO DE LA PRESA DE GRAVEDAD

Son estructuras en las que su propio peso es el encargado de resistir

el empuje del agua.El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que stedebe ser muy estable capaz de resistir, el peso de la presa y delembalse.Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor

mantenimiento requieren.Su estructura recuerda a la de un tringulo issceles ya que su basees ancha y se va estrechando, en muchos casos aguas arriba que daal embalse es casi de posicin vertical.

La razn por la que existe una diferencia notable en el grosor delmuro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que lapresin en el fondo del embalse es mayor que en la superficie, deesta forma, el muro tendr que soportar ms fuerza en el lecho delcauce que en la superficie.


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El francs Maurice Levy, fue el primero en fijar los criterios queactualmente se siguen para el diseo y basndose en el perfil triangular

propuso una sencilla formulacin para el dimensionamiento inicial de lapresa.El perfil econmico busca encontrar el ancho mnimo de la presa B. Esteperfil sin embargo, debe satisfacer dos condiciones:

Primero, que no haya esfuerzos de traccin en el concreto y Segundo, quehaya una suficiente estabilidad de todo el cuerpo de la presa al corrimientopor la cimentacin.La primera condicin es obligatoria puesto que el concreto dbilmenteresiste la traccin. No es permisible la presencia de grietas en la cara de la

presa sometida a la presin del agua puesto que esto producirafiltraciones peligrosas de agua con todas sus posibles consecuenciasnegativas.


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Por esto, la primera condicin se cumple si se adopta que estas tensiones en el

clculo sean iguales a 0. Sin embargo esta condicin no garantiza, y sobre todo

para presas altas, que no aparezcan tensiones de traccin principales mayores.

Por esto hay cdigos que exigen que sobre la cara a presin de la presa, lastensiones sean iguales a 0 y que los esfuerzos de compresin sean 0.25wh, (un

cuarto de la presin hidrosttica a la profundidad h). Si esto no se cumple se

exige una cara a presin hidroaislada. El vuelco no se suele chequear porque

generalmente no es dominante.


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a) Levantamiento de la cuenca. Se realiza para determinar

la superficie de la misma y forma de concentracin de las

aguas, con el fin de utilizar estos datos para el estudio

hidrolgico.

Se localiza el parteaguas, haciendo un recorrido del mismo

recorriendo una poligonal en toda su longitud, verificando el

cierre. Se trazarn las poligonales auxiliares necesarias, ligadas

a la perimetral, para localizar los cauces principales que

determinen la forma de concentracin y pendientes generales

de la cuenca.

Topogrfia


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La configuracin se puede hacer usando poligonales de

apoyo, obteniendo curvas de nivel con 2, 5 o 10 m de

equidistancia, segn la magnitud de la cuenca.

La precisin de estos levantamientos no debe ser mayor

de 1:100 y los cierres en las poligonales de apoyo 1:500. En casos de cuencas muy extensas se podr obtener el

rea y forma de los escurrimientos de una carta

hidrogrfica, cuya escala no sea muy grande.


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b) Levantamiento de vasos para almacenamiento. Se efecta

para determinar la capacidad y el rea inundada a diferentes

alturas de cortina y estimar las prdidas por evaporacin. Antesde iniciar el levantamiento topogrfico, deber hacerse un

reconocimiento cuidadoso del vaso, localizando puntos de

referencia que faciliten el trabajo.

A partir de la margen izquierda del arroyo o ro se localizar el

eje probable de la cortina, monumentando sus extremos.

Apoyndose en esta lnea, que ser la base de todos los trabajos

topogrficos subsecuentes.

Se iniciar el levantamiento del vaso en la forma que sigue:


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Se iniciar el levantamiento del vaso en la forma que sigue:

Partiendo de uno de los extremos del eje de la cortina, previamente

orientado en forma astronmica o magntica, se llevar una poligonal contrnsito y estada o con una estacin total, siguiendo aproximadamente la

cota del nivel del embalse probable, hasta cerrar la poligonal en el punto

de origen. Apoyndose en esta poligonal, se trazarn poligonales

auxiliares a lo largo del cauce o cauces de los ros y las necesarias para

el trabajo de configuracin, nivelndose estas poligonales con nivel.

La configuracin se har de preferencia con estacin total, apoyndose

en las poligonales previamente trazadas. Simultneamente con laconfiguracin, se har el levantamiento catastral para determinar las

superficies de las propiedades inundadas por el vaso.


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Los planos debern dibujarse a una escala conveniente y la

equidistancia de las curvas de nivel debern fijarse de acuerdo con

la topografa del vaso, por lo general a un metro de desnivel, en caso

de terrenos muy accidentados podr ser de dos metros. Se cubicar

la capacidad del vaso, aplicando el procedimiento de las reas

medias, obtenidas con planmetro. Se construir con estos datos la

curva de reas-capacidades, la cual deber dibujarse en el plano. Se

incluir en este, el perfil de la boquilla, indicando sus elevaciones.


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Levantamiento de la boquilla

Localizado el eje probable de la cortina, se trazar en el terreno,utilizando trnsito y cinta, estacando cada 20 metros o menos, de

acuerdo con la pendiente e inflexiones del terreno y se nivelar con

nivel fijo. Apoyndose en este eje y empezando en la margen izquierda

para la configuracin, se obtendrn secciones transversales de una

longitud por lo menos de cinco veces la altura probable de la cortina,

tanto aguas arriba como aguas abajo del eje, con objeto de tener

topografa suficiente en caso de que sea necesario mover el eje en elproyecto definitivo.


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Levantamiento de la boquilla

En los casos en que por las condiciones topogrficas el canal de

descarga, de la obra de excedencias, pueda quedar fuera de la zonaanteriormente indicada, se prolongarn las secciones transversales

aguas abajo, tanto como sea necesario para obtener la topografa

que permita efectuar el proyecto total de la estructura. El plano de la

boquilla se har por separado a una escala conveniente, que permita

formarse una idea exacta de la topografa que permita seleccionar el

eje ms conveniente y localizar las diferentes estructuras.

Por separado debe elaborarse un plano de secciones transversalesque facilite la cubicacin de los materiales de la cortina y la

formacin de la curva masa respectiva.


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VOLUMEN APROVECHABLE DEALMACENAMIENTO

De acuerdo con el rea de la cuenca, la precipitaciny el coeficiente de escurrimiento, se calcular el

volumen total escurrido anualmente y se considerarel 30% de ste, como volumen mximo aprovechablepara almacenamiento.


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Estimacin de la avenida mxima

El mtodo que se use depender de los siguientes factores

1. Disponibilidad de datos hidromtricos en o cerca del sitio de la obra.2. De las dimensiones del proyecto y la magnitud de los daos que

ocasionara el fracaso de la obra.

Considerando los factores enunciados, se presentan los siguientes casos

para el proyecto de obras de excedencias en las presas de gravedad:

1. Presas de gravedad que almacenan menos de 250,000 m3 sin

construcciones ni cultivos aguas abajo. La capacidad de la obra de

excedencias en este caso puede estimarse por simple inspeccin delas huellas de aguas mximas en el cauce, en puentes, alcantarillas o

en sitios donde la observacin sea fcil y perfectamente delimitada.


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Se comparar el caudal as determinado, con el que se obtenga al tomar

un 25% del calculado por medio de la frmula de Creager, que seexpone ms adelante. Este caudal mximo ser definitivo si no se

dispone de otros elementos de juicio. En caso de poderse obtener los

dos valores, el obtenido en el campo representa en forma ms fidedigna

las condiciones de avenida mxima salvo en caso de estimaciones muy

discutibles, quedando a criterio y responsabilidad del ingeniero la

eleccin final.



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Presas de gravedad que almacenan menos de 250,000 m3 conconstrucciones y cultivos aguas abajo. Para la determinacin de la

avenida mxima en este caso, puede usarse el mtodo de seccin ypendiente, eligiendo un tramo recto del cauce de 200 m de longitudaproximadamente, donde puedan obtenerse las secciones hasta lashuellas de aguas mximas. Como en el caso anterior, comprese el

valor obtenido con el que se obtenga al tomar el 50% del calculadopor la frmula de Creager. Las observaciones antes asentadas,tambin son aplicables a este, caso.

La frmula de Creager para la Envolvente Mundial deescurrimientos, que es la siguiente:

Q = Gastos de la avenida mxima en m3/seg

C = 70 (envolvente para la Repblica Mexicana).

A = rea de la cuenca en Km2.


Diseo de la obra


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Diseo de la obra Primeramente se define el almacenamiento el cual se basa uno en los estudios

hidrolgicos y en los estudios topogrficos, partiendo de los primeros se define

primeramente el Volumen escurrido:

Ce = coeficiente de escurrimiento, (varia de 0.1 a 0.23)

pm = precipitacin media en el C.G. de la cuenca, en m

Ac = rea de la cenca, en m2.

Se selecciona el coeficiente de aprovechamiento (Kapr), el cual vara de 0.3 a0.9, que al aplicarlo en el anterior volumen se obtiene el volumen provechable:

Este volumen pasa a conformar una restriccin hidrolgica, que limita a la capacidad total deAlmacenamiento(CTA), no debiendo esta ltima rebasar al Vapr, que en funcin de la capacidad delvaso de almacenamiento, dado por la topografa del mismo, si es mayor, la restriccin serexclusivamente hidrolgica, pero si la capacidad es menor, pasa a conformarse una restriccintopogrfica, con lo que se define la Capacidad total de almacenamiento (CTA).

C id d d A l


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Capacidad de AzolvesEst en funcin de la vida til de la obra, que para pequeos

almacenamiento se consideran 25 aos

CAZ=Capacidad de azolves, en m3,kAZ= Coeficiente de Azolvamiento, dim.=0.0015, para presas pequeas;

NA = Vida til de la presa, en aos =25aos, para presas pequeas.

Con este volumen se define la capacidad muerta (CM), que cuando se

tiene como beneficios a la irrigacin, esta pasa a conformar la cota de la

obra de toma: Entonces la capacidad muerta queda definidafundamentalmente por la capacidad de azolves, cra de peces, recreacin,

turismo, abrevadero (cuando se va a utilizar el vaso para abrevar), etc.,

siendo: CM = CAZ + Vcp+ Vr+Vt


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Por diferencia entre las dos capacidades anteriores se define la Capacidad til:

La que se limita a una segunda restriccin hidrolgica denominada Capacidadtil Calculada (CUc),

Ev = eficiencia del vaso, adim. que varia de 0.3 a 1.5.

Con las anteriores capacidades se definen los niveles fundamentales del

almacenamiento denominados N.A.N. (Nivel de Aguas Normales), dado por la CTA, y que define la cota de la

Obra de excedencias, de un vertedor de cresta libre.

N.A.min.(Nivel de Aguas mnimo), dado por la CM, y que para el caso de

irrigacin o de abrevadero aguas abajo de la obra, define la cota de la obra

de toma.

El diseo del vertedor determina el N.A.M.E., y el de la obra de toma el

N.m.o.(Nivel mnimo de operacin).


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ALTURA MXIMA DE LA CORTINA


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ALTURA MXIMA DE LA CORTINA

Hmx.=altura mxima de la cortina (desnivel entre la corona y la menor

cota del cauce en la zona de la cimentacin), en m

HNAN=altura del N.A.N.(desnivel entre la cota del vertedor -descarga

libre- y la menor cota del cauce en la zona de la cimentacin), en m;

Hv = carga del vertedor, en m (determinada en el diseo de la obra de

excedencias)

L.B. = libre Bordo, en m=f (marea del viento oleaje del viento, pendientey caractersticas del paramento mojado, factor de seguridad, etc.).

DETERMINACIN DEL LIBRE BORDO


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DETERMINACIN DEL LIBRE BORDO

h = distancia vertical entre el N.A.M.E. y la cresta de la ola, en m= 2h/3 h=bordo libre adicional, que sirve de proteccin contra el ascenso del

agua, al reventar la ola, en m.

La altura de la ola (h) = f (Fetch y de la Velocidad del Viento)

F t h d l V l id d d l Vi t


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Fetch y de la Velocidad del Viento

La altura de la ola (h) = f (Fetch y de la Velocidad del Viento)

F = Fetch (mxima distancia entre la cola del vaso y la cortina, medida

en lnea recta sobre la superficie del agua en el vaso al nivel del

N.A.M.E.), en Km.

v = Velocidad del viento en Km/hUna formula comnmente utilizada para determinar la altura de la ola es

la de Hawksley-Henny


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EL BORDO LIBRE ADICIONAL

el Bordo Libre adicional (h), la SRH, recomienda lo siguiente

Cortina


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Cortina. Se emplean preferentemente cortinas de concreto ciclpeo o mampostera,

acorde a las condiciones topogrficas de la boquilla, por su relativo bajo

costo, abundancia de materiales a distancias cortas de acarreo, flexibilidadestructural, empleo de mnimo equipo de construccin, fcil conservacin,

etc..

El proyecto de una presa de gravedad est sujeto a una serie de condiciones quetienen una gran variacin segn el sitio de construccin, por lo cual es difcil dar un

mtodo que generalice todos los casos.Cimentacin.

a)Debe ser de roca firme y sana, con la suficiente resistencia para soportar lascargas impuestas

Concreto.a) Debe ser homogneo

b)Uniformemente elstico

c) Debe estar perfectamente unido con la roca.

CONDICIONES DE TRABAJO DE UNA PRESA DE GRAVEDAD


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CONDICIONES DE TRABAJO DE UNA PRESA DE GRAVEDAD

a) Se debe asegurar que el nivel del agua en el almacenamiento no rebaseal N.A.M.E.(Nivel de Aguas Mximas Extraordinarias).

b) No es admisible que el concreto trabaje a esfuerzos de tensin. Paracumplir esta condicin, la resultante de todas las fuerzas, arriba de unplano de corte horizontal cualquiera, debe cortar a dicho plano dentrodel tercio medio, a presa llena y a presa vaca.

c) La cortina debe ser segura al deslizamiento. El factor de seguridadcontra el deslizamiento (F.S.D.) en un plano de corte cualquiera, debeser mayor de 1.5, incluyendo la resistencia al rasante:

v= Suma de fuerzas verticalestg =talud de reposo del materialC= Capacidad de rasante del concreto simple(=0.2fC)A = rea de la superficie de corte horizontal

H= Suma de fuerzas horizontales

Estabilidad al volcamiento


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Estabilidad al volcamiento

M(FV)=Suma de los momentos de las fuerzas verticales

M(FH)= Suma de los momentos de las fuerzas Horizontales.

Si se cumple que la resultante cae dentro del tercio medio, sesatisface el factor de seguridad contra el volcamiento.

d) Los esfuerzos en todos los puntos de la estructura deben sermenores que los mximos esfuerzos permisibles especificados ypara las condiciones ms desfavorables de cargas en sus distintascombinaciones.

FUERZAS EN PRESAS A GRAVEDAD


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FUERZAS EN PRESAS A GRAVEDAD


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FUERZAS DE PRESIN


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SUBPRESIN


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COEFICIENTES DE SUBPRESIN


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PRESION DEL AZOLVE


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PRESIN POR IMPACTO DE UNA OLA

FUERZAS SISMICAS


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FUERZAS SISMICAS

COMBINACIM BSICA DE CARGAS EN PRESAS


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COMBINACIM BSICA DE CARGAS EN PRESASDE HORMIGN CARGAS PERMANENTES

1.Peso propio de la presa (se incluyen las cargas de losmecanismos permanentes).

2.Presin hidrosttica aguas arriba al NNO).

3.Presin hidrosttica aguas abajo con nivel mnimo y connivel de crecida

4.Subpresin al NNO y en funcionamiento los drenajes.

5.Peso de parte del suelo que puede desplazarse con lapresa y pre

COMBINACIM BSICA DE CARGAS EN PRESAS DE


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COMBINACIM BSICA DE CARGAS EN PRESAS DEHORMIGN

CARGAS VARIABLES EN EL TIEMPO

1.Presin de sedimentos aguas arriba. 2.Esfuerzos por variacin de temperatura calculados con la

variacin media anual.

3.Presin de las olas calculada con la velocidad mediaanual del viento.

4.Cargas por transporte y mecanismos de uso temporal

5.Presin del hielo. 6.Cargas por choque de cuerpos flotantes.

7.Carga dinmica por flujo por el vertedero al NNO.

CARGAS EXTREMAS EN PRESAS DE HORMIGN


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CARGAS EXTREMAS EN PRESAS DE HORMIGN

En el diseo se considera las fuerzas de la combinacin bsica msuna de las extremas o el cambio de las respectivas fuerzas de lacombinacin bsica.

1.Carga por sismo.

2.Presin hidrosttica aguas arriba y abajo para el NMax O. 3.Subpresin resultante del mal funcionamiento de parte del sistema

de impermeabilizacin o drenaje.

4.Presin de las olas calculada para el mximo valor del viento

probable. 5.Las dems fuerzas en condiciones extremas.

SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO


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SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO


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ESFUERZOS EN PRESAS A GRAVEDAD

V Suma de las fuerzas verticales queactan en la seccin.

M Suma de los momentos de todas lasfuerzas que actan en la seccin.

b ancho de la seccin.


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BIBLIOGRAFA

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