Presas de gravedad

Presas de gravedad.

Son estructuras de tales dimensiones que por su propio peso resisten las fuerzas que actúan sobre ellas. Están ampliamente difundidas en todo el mundo gracias a la sencillez de su esquema constructivo y métodos de ejecución, a la seguridad para cualquier altura de presa y para diferentes condiciones naturales de su emplazamiento

Una presa de gravedad de concreto tiene una sección transversal tal que con un tope estrecho, la presa esta parada libremente. Es decir tiene un centro de gravedad bastante bajo que la presa no se derribará sino es apoyada en los estribos. Las presas de gravedad requieren cantidades máximas de hormigón para su construcción comparado con otros tipos de presas de concreto, y se resisten a la dislocación por la presión hidrostática del depósito de agua. Un sitio favorable por lo general es un en una constricción en un valle donde la base está razonablemente cerca de la superficie tanto en el piso como en los estribos de la presa. Las presas de mampostería que confiaron en su peso para la estabilidad contra el deslizamiento y volcadura remontan de 3000 a 4000 años, tanto cara de arriba como río abajo fueron inclinadas y el espesor de la base era muchas veces la altura. En 1872 Rankine propuso que no había ninguna tensión extensible en una presa de gravedad. En 1895 Levy propuso que la tensión compresiva en el material de la presa en la cara corriente arriba sea mayor que la presión del agua en la profundidad correspondiente al depósito. El peligro de la elevación había sido reconocido en 1882, y el peligro de deslizamiento fue destacado por el fracaso de la presa Austin, en Estados Unidos. El avance más reciente ha estado en el uso del método de elemento finito de análisis.

Las partes que componen una represa son:

- El embalse: es el volumen de agua que queda retenido por la presa.

- El vaso: es la parte del valle que se inunda y contiene el agua embalsada.

- La cerrada: es el punto concreto del terreno donde se construye la presa.

- La presa: es el muro que debe soportar el empuje del agua y no permitir la filtración del agua hacia abajo.

En la presa se destacan:

- Los paramentos: el interior, que está en contacto con el agua, y el exterior.

- La coronación: es la superficie que delimita la presa superiormente.

- Los estribos: los laterales, que están en contacto con las paredes de la cerrada.

- La cimentación: la superficie inferior de la presa, a través de la cual descarga su peso al terreno.

- El aliviadero o vertedero: es una estructura que permite descargar agua excedente cuando la presa se llena.

- Las tomas: son también estructuras hidráulicas pero de mucha menos entidad y son utilizadas para extraer agua de la presa para un cierto uso, como puede ser abastecimiento a una central hidroeléctrica o a una ciudad.

- La descarga de fondo: permite mantener el denominado caudal ecológico aguas abajo de la presa.

- Las esclusas: que permiten la navegación "a través" de la presa.

Estabilidad de una presa de gravedad.

Los tres factores que atentan contra la estabilidad de una Presa de Gravedad son:

a) EL VUELCO

En general los coeficientes de seguridad contra el vuelco oscilan entre 2 y 3. En las presas pequeñas es un menudo mayor. Si éste es inferior a 2, la sección de presa deberá modificarse para aumentar el margen de seguridad. Una presa de gravedad rara vez falla por vuelco, ya que cualquier tendencia al volcamiento da una mayor oportunidad a la presa para que falle por deslizamiento. El coeficiente de seguridad contra vuelco es la relación del momento que tiende a enderezar la presa al momento, que tiene a volcarla alrededor de pie de la presa. Esta relación puede expresarse así

:

Dónde:

Wc = fuerza debida al peso del concreto

Ww = fuerza debida al peso del agua en las superficie inclinadas

P = fuerza del agua que obra para desalojar la presa en dirección aguas abajo

U = subpresión

I = Longitud del brazo del momento para las fuerzas respectivas

Todas las fuerzas (excepto la fuerza resultante de la cimentación) deben considerarse al calcular al coeficiente de seguridad. Otras fuerzas podrían ser las de las olas, el hielo, sismos, y la presión del azolve. Otro método para evaluar el coeficiente de seguridad contra volteo está relacionado con los esfuerzos internos. Si el esfuerzo vertical en el borde de aguas arriba de cualquier sección horizontal calculada sin subpresión excede de la subpresión en este punto, se considera segura contra volcaduras. Este procedimiento de cálculos puede usarse para las presas pequeñas, pero no se recomienda para las presas de gran altura. Además, si la subpresión en el parámetro de aguas arriba excede el esfuerzo vertical en cualquier sección horizontal sin subpresión, las fuerzas de subpresión aumentan mucho la tendencia al volteo con relación al pie de la presa de aguas abajo en ese plano horizontal supuesto. Si los esfuerzos de tensión que se desarrollan son menores que los admisibles en el concreto y en el material de la cimentación, la presa puede todavía considerarse segura. Esta suposición se basa en que la mano de obra es buena y en que existe resistencia a la tensión dentro de la estructura en todos los planos horizontales. Las presas por lo general se proyectan de manera que no haya tensión (o cuando más una pequeña fuerza de tensión) en el parámetro mojado en condiciones severas de carga

Coeficiente de deslizamiento para las diferentes condiciones de la cimentación.

b) Deslizamiento

Los ingenieros usan tres procedimientos para evaluar la seguridad de una presa contra el deslizamiento en dirección de la corriente. Los tres tienen algunos méritos y, en general, se utilizan las mismas relaciones entre las fuerzas. Aunque los valores calculados son seguros, son muy diferentes. Los tres procedimientos son: (1) el coeficiente de seguridad contra deslizamiento, (2) el coeficiente de seguridad, y (3) coeficiente de seguridad por corte y rozamiento. Deberán apreciarse

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