Unidad 4 De Diseño

4.4 Presas de concreto: Presas de concreto, origen y evolución. Fuerzas que actúan sobre la presa. Presiones: De azolve. Del hielo. Terremotos. Pesos de la estructura.

PRESAS DE CONCRETO, ORIGEN Y EVOLUCIÓN

En muchas de las primeras presas se empleó con éxito la mampostería ordinaria mampostería al azar. En la segunda parte del siglo XIX, la mampostería se utilizó en la construcción de presas altas de acuerdo con los primeros criterios racionales de diseño. La mampostería ciclópea (es decir de piedras hasta 10 t de masa individual mezcladas en un mortero) se utilizó generalmente con mampostería ordinaria en las cara por su durabilidad y apariencia.

Los primeros concretos utilizados empleaban grandes piedras como “áridos gruesos” (mampostería ciclópea). Desde 1950, el concreto incorporo cada vez más aditivos minerales como cenizas pulverizadas o escoria para intentar reducir problemas térmicos y disminuir los crecientes costos.

Las presas de concreto se clasifican según la forma de su estructura y los materiales empleados. Las grandes presas pueden ser de hormigón o de elementos sin trabar. Las presas de hormigón más comunes son de gravedad, de bóveda y de contrafuertes. Las presas de elementos sin trabar pueden ser de piedra o de tierra. También se construyen presas mixtas, por ejemplo de gravedad y de piedra, para conseguir mayor estabilidad. Además, una presa de tierra puede tener una estructura de gravedad de hormigón que soporte los aliviaderos. La elección del tipo de presa más adecuado para un emplazamiento concreto se determina mediante estudios de ingeniería y consideraciones económicas. El coste de cada tipo de presa depende de la disponibilidad en las cercanías de los materiales para su construcción y de las facilidades para su transporte. Muchas veces sólo las características del terreno determinan la elección del tipo de estructura.

FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE LA PRESA

Sobre una presa actúan tres tipos de cargas: las cargas principales, las cargas secundarias y las cargas excepcionales.

1) LAS CARGAS PRINCIPALES: Son las que siempre actúan sobre la estructura y son tres:

-Carga de agua:

Es debida a la distribución hidrostática de presión y tiene una resultante horizontal de la fuerza P1. También existe componente vertical en el caso de que el espaldón de aguas arriba tenga un talud y las cargas equivalentes aguas abajo operasen en el espaldón respectivo).

-Carga del peso propio:

Se determina para un peso específico del material. Para un análisis elástico simple se considera que la fuerza resultante P2 actúa a través del centroide de presión.

- Carga de infiltración:

Los patrones de infiltración de equilibrio se desarrollarán dentro y por debajo de la presa, por ejemplo, en los poros y las discontinuidades, con una carga resultante vertical identificada como un empuje externo e interno.

LAS CARGAS SECUNDARIAS: Pueden ser temporales o no presentarse durante la vida útil de la obra. Estas fuerzas son:

- Carga de sedimentos:

Los sedimentos acumulados generan un empuje horizontal, considerado como una carga hidrostática adicional

- Carga hidrodinámica de ondas:

Es una carga transitoria generada por la acción de las ondas sobre la presa (generalmente no es importante).

- Carga de hielo:

Se puede desarrollar en condiciones climáticas extremas (generalmente no es importante).

- Carga térmica (presas de concreto):

Es una carga interna generada por las diferencias de temperatura asociadas con los cambios en las condiciones ambientales y con la hidratación y enfriamiento del cemento.

- Efectos interactivos:

Son internos, surgen de las rigideces relativas y las deformaciones diferenciales de una presa y su cimentación.

- Carga hidrostática sobre los estribos:

Es una carga interna de infiltración en los estribos en una roca maciza. (Es de particular importancia en las presas de arco o de bóveda).

LAS CARGAS EXCEPCIONALES: Se presentan durante eventos extremos:

- Carga sísmica:

las cargas inerciales horizontales y verticales se generan con respecto a la presa y al agua retenida debido a movimientos sísmicos

- Efectos tectónicos:

La saturación o las perturbaciones producidas por excavaciones profundas en rocas, pueden generar cargas como resultado de movimientos tectónicos lentos.

La decisión de considerar todas las cargas secundarias y excepcionales o una combinación de ellas depende de la experiencia del ingeniero diseñador, de la importancia de la obra, y de su localización.

Los diseños deben basarse en la más desfavorable combinación de condiciones probables de carga. Debe incluirse solo aquellas combinaciones de carga que tienen probabilidad razonable de ocurrencia simultánea.

Las principales fuerzas que actúan sobre una presa son las fuerzas del agua del embalse, las fuerzas de levantamiento y peso del concreto. En el caso de la presa de gravedad se tiene que el agua empuja la presa pero su gran peso empuja la estructura hacia abajo, dentro del suelo evitando su colapso. Pero también hay muchas otras fuerzas que pueden actuar sobre una presa de gravedad entre las cuales figuran:

Puede haber agua en el lado aguas abajo de la presa, la cual tendrá el mismo tipo de fuerzas verticales y horizontales sobre la presa que el agua en el lado aguas arriba.

Presión hidrostática interna: en poros, grietas y juntas.

Variaciones de temperatura.

Reacciones química.

Presión de cieno, el cieno se reúne con el tiempo en el lado de aguas arriba. El cieno provee cerca de 1,5 veces la presión horizontal

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