Clasificación de PRESAS Según su función o destino: destino: Presas de embalse o almacenamiento: Abastecimiento de agua para consumo, riego, producción de energía, siembra de especies especies ictícolas, regulación de ríos, control de inundación, propósitos múltiples. Presas de derivación o elevación del nivel: Abastecimiento de agua, riego, profundización del cauce, reducción de pendiente del curso curso de agua. Según los materiales de construcción: Presas de materiales sueltos: tierra (homogénea y heterogénea), escollera. escollera. Mixtas de tierra y enrocado, combinados en la sección transversal. Presas de hormigón convencional. convencional. Presas de hormigón compactado con rodillo. Compuestas (combinación de materiales en el desarrollo). Según el modo de resistir las solicitaciones Presas de gravedad: de materiales sueltos, de hormigón macizas, de hormigón aligerada, de contrafuerte. Presas de arco. Presas combinadas: hormigón arco-gravedad. PRESAS DE EMBALSE: Funciones esencial y complementaria. Una presa es una construcción que tiene por objeto contener el agua de un cauce natural con dos fines, alternativos o simultáneos, según los casos: Elevar su nivel para que pueda derivarse por una conducción (creación de altura). Formar un depósito que, al retener los excedentes, permita suministrar el líquido en los los momentos de escasez (creación de embalse). En general, en cuanto una presa tiene una cierta altura, existe un efecto de embalse, que suele ser predominante. De esto resulta que la función mecánica esencial de una presa es elevar el nivel natural del río. De ahí se deduce que la sobrecarga fundamental de la estructura será el empuje del agua, y este empuje determina su concepto resistente. Junto con ese objetivo esencial, hay que cumplir otro secundario y accidental que, a pesar de ello, es importantísimo y condiciona el concepto estructural. Esa necesidad funcional es la evacuación del agua sobrante. Los ríos son tan variables que no podemos prever sus caudales con absoluta seguridad; y por grande que sea un embalse, no podemos estar seguros de que no se presente una crecida excepcional que rebase su capacidad almacenadora. La evacuación de los caudales excedentes es, pues, inevitable, pero presenta, además, una característica: como los sobrantes no se presentan repartidos en un largo período
sino por efecto de avenidas de duración relativamente corta (días u horas), con caudales muy grandes, la evacuación de éstos plantea problemas. Los órganos destinados a la evacuación de caudales sobrantes se llaman ALIVIADEROS y pueden ser de varios tipos, según su ubicación: Aliviaderos de superficie. Aliviaderos de medio fondo. Desagües de fondo. Los primeros suelen ser los aliviaderos propiamente dichos en cuanto a avenidas. Los desagües de fondo rara vez sirven para aliviar avenidas, pero son fundamentales para permitir descender el nivel del embalse por debajo de las tomas de agua para su revisión; o para bajar rápidamente ese nivel cuando hay algún defecto, consiguiendo una importante disminución del empuje hidrostático, ya que éste varía con el cuadrado de la altura. Los caudales a evacuar suelen ser moderados en los desagües de fondo (del orden de 3 veces el medio), bastante mayores en los de medio fondo (hasta 50 veces el medio). En una gran parte de las presas, el tipo de estructura resistente viene condicionado e incluso determinado por el aliviadero. Es esta dualidad funcional, la positiva de retención y la negativa de evacuación, y su correlativa traducción técnica, la que da a las presas su personalidad esencial y singular. Una presa, es una estructura hidráulica, y este calificativo es esencial, dándole a la técnica presística un sello especialísimo que constituye el distintivo de esta técnica.
PRESAS DE DERIVACION O AZUDES Están destinados a provocar y mantener en el curso del agua un cierto nivel, con el fin principal de lograr la derivación parcial y total del recurso. La capacidad del lago que podría formarse aguas arriba de la obra es despreciable frente al derrame anual del río. Puede ser tipo vertedero o de compuertas (presa móvil) en los cuales la evacuación se efectúa por encima o a través de la obra, respectivamente. Puede ser de distintos materiales (escollera, ramaje, bajas, provisionales, gravedad o en arco). Sus finalidades pueden ser: a) Riego y abastecimiento de agua potable. b) Disminución de la velocidad de escurrimiento para mitigar el efecto erosivo en el fondo y/ó márgenes del cauce, aguas arriba del azud. c) Obtención de un nivel constante del pelo de agua, aguas arriba del azud, anulando oscilaciones mediante la erogación de un caudal variable. d) Obtención de un aumento de calado aguas arriba de la obra para posibilitar la navegación.
PRESAS DE MATERIALES SUELTOS Pueden ser homogéneas o heterogéneas. Las primeras se conforman con un solo tipo de suelos o una mezcla previa de ellos, colocados luego sin diferenciación de zonas. Las presas heterogéneas o zonificadas tienen materiales de permeabilidad creciente desde el centro hacia los espaldones. Se diferencian también por el método de construcción que puede ser convencional (Colocación de sucesivas capas de material compactados mecánicamente) o refulado (bombeo y conducción de material profundamente mezclados con agua, natural o artificialmente, hasta el lugar de colocación, a este método también se le llama hidromecanización). Las presas de tierra tienen la ventaja del empleo de material en estado casi natural, con un mínimo proceso de elaboración siendo los requisitos de fundación de los menos rigurosos. Deben disponer de vertederos independientes, ya que el agua no debe sobrepasarlas, o de conductos a través de la fundación. El control de la filtración a través del cuerpo de la presa se logra mediante la construcción de un núcleo impermeable, o con la colocación de pantallas impermeables en el interior o en el paramento aguas arriba o a través de un diseño geométrico adecuado para controlar la línea de saturación. Respecto del oleaje se lo controla con enrocado o losas colocadas en el paramento aguas arriba. La sección transversal de las presas de tierra es siempre trapecial, con taludes más o menos tendidos, según el material y el sistema de impermeabilización seleccionado. Los suelos que pueden integrar el cuerpo de una presa son tan variados como la provisión que de ellos hace la naturaleza. Las presas de tierra resisten las solicitaciones por la acción de su peso propio y la resistencia friccionar a lo largo del plano de fundación. PRESAS DE TIERRA- CAUSA DE FALLA. Rebosamiento y borde libre. El vertedero de excesos y la capacidad de desagüe deben ser suficientes para prevenir rebosamientos, con riesgo de erosión severa y posible lavado de relleno. El borde libre, es decir, la diferencia entre el nivel máximo del embalse y el nivel mínimo de la cresta de la presa, debe ser suficiente para prevenir rebosamientos por la acción de las olas. También debe incluir un margen por la sedimentación de largo plazo de la presa, previsible en una cimentación compresible. 2. Estabilidad. El relleno, incluida su cimentación, debe ser estable bajo la construcción y en todas las condiciones de operación del embalse. Las pendientes de los paramentos deben ser, por tanto, suficientemente planas para asegurar que los esfuerzos internos y la cimentación permanezcan dentro de límites aceptables. Durante la construcción de la presa, al aumentar la altura y con ella, los esfuerzos cortantes.
Una vez puesta en servicio la obra, durante un desembalse rápido. (Deslizamientos a lo largo de superficies curvas). La pérdida de resistencia debido a los cambios de volumen con las alternativas de humedad y sequedad (generalmente ocurre en un desembalse rápido). Se producen corrimientos superficiales en talud, ya que a cierta profundidad, las alternativas de la humedad pierden importancia y la arcilla no puede variar de volumen por impedírselo la sobrecarga de la tierra situada encima. La licuefacción, es decir la pérdida instantánea de la resistencia al esfuerzo cortante de una arena fina puesta en obra con densidad inferior a la crítica, a causa de presiones intersticiales (raro en presas correctamente compactadas) aun cuando en aquellas construidas por relleno hidráulico, la arena sedimentada en agua puede quedar en las condiciones precisas para la aparición de licuefacción. 3. Control de infiltración. La infiltración dentro y debajo del relleno debe controlarse para prevenir la erosión interna oculta y la migración de materiales finos, por ejemplo, del núcleo, o la erosión externa y los desprendimientos. Los gradientes hidráulicos., la presión de infiltración y las velocidades de infiltración dentro y bajo la presa deben, por tanto, restringirse a niveles aceptables para los materiales del caso. Muchas roturas se debieron al fenómeno de sifonamiento, que puede ocurrir en la cimentación o aunque más raro, en el cuerpo de la presa. 4. Protección del paramento aguas arriba. Debe protegerse contra la erosión local que resulta de la acción de las olas, movimiento del hielo, etc. 5. Obras de desagüe y auxiliares. Se debe ser muy cuidadoso para garantizar que el desagüe u otras estructuras construidas dentro de la presa, no permitan el paso sin obstrucción de agua infiltrada a lo largo de Su perímetro con riesgo de una migración de suelos y canalización.
Otros corrimientos suelen ser profundos y afectar a una gran masa de la presa, a causa de las siguientes patologías: El sifonamiento puede ocurrir porque alguna zona en el talud aguas abajo resulta inestable y suele ser rápido, llevando a la destrucción casi total de la obra. Puede ser previsto y evitado mediante un proyecto adecuado.
Erosión interna, que consiste en que la velocidad de filtración sea lo suficientemente grande para producir arrastre de las partículas más finas del terreno. Puede preverse y evitarse mediante un proyecto correcto y la disposición de filtros graduados. Por lo general, el sifonamiento se debe a fallas, o bien de la cimentación (grietas, vetas arenosas) o de las presas mismas. En estas obras, la solución de continuidad entre la superficie externa de una tubería y las tierras, favorece la iniciación del fenómeno. Por lo tanto los conductos deben disponerse en las laderas, en lo posible, y no atravesar la presa. Otra causa de inestabilidad son las variaciones bruscas de comprensibilidad de la tierra en distintos puntos de la presa o del terreno de cimentación, que pueden producir grietas, especialmente donde prevalecen los materiales arcillosos, ahí es donde comienza. Por último, una vez que el fenómeno de sifonamiento comienza, sus efectos quedarán localizados y contenidos si colocamos drenajes amplios y bien protegidos por filtros graduados. PRESAS DE GRAVEDAD Una presa tiene que cumplir fundamentalmente, estas dos condiciones: Ser estable, esto es que, como conjunto, esté en equilibrio. Ser resistente, es decir, que en ningún punto pueda romperse. CONDICIONES GENERALES DE EQUILIBRIO. Para que un cuerpo esté en equilibrio, el sistema de fuerzas que actúa sobre él debe dar proyecciones nulas sobre cada uno de los ejes y momentos nulos respecto a estos ejes. Los criterios esenciales que rigen la idoneidad de una presa de gravedad son consecuencia de considerar las ecuaciones: ∑H = ∑V = 0 ∑M = 0
Y Al evaluarse todas las condiciones de carga probables, incluyendo la condición de vaciado del embalse, el perfil debe mostrar un margen de seguridad aceptable con respecto a: 1. Rotación y vuelco, 2. Traslación y deslizamiento, 3. Sobreesfuerzo y falla del material. Los criterios 1 y 2 controlan la estabilidad estructural global. El perfil de la presa debe satisfacer ambos para todos los planos horizontales dentro de la presa y la cimentación. El criterio de sobreesfuerzo, 3 debe satisfacerse para presas de concreto y para cimentaciones en roca.
El criterio de estabilidad al deslizamiento, 2, por lo general es el más crítico, en especial en cimentación en rocas naturales, debido a razones asociadas con la influencia de factores geológicos. Los supuestos inherentes en los análisis preliminares utilizados en el método de la gravedad son los siguientes: 1. El concreto (o mampostería) es homogéneo, isótropo y uniformemente elástico. 2. Todas las cargas actúan por la acción de la gravedad de voladizos con lados paralelos verticales sin soporte mutuo entre voladizos adyacentes (monolitos). 3. No ocurren movimientos diferenciales que afecten la presa o la cimentación como resultado de la fuerza del agua del embalse. Normalmente, los análisis de estabilidad y de esfuerzos, se sustentan en el supuesto de que se apliquen las condiciones de esfuerzo plano. El análisis de gravedad es, por tanto, llevado a cabo en forma bidimensional, considerando una sección transversal de la estructura con ancho unitario paralelo al eje longitudinal de la presa. En general, los esfuerzos internos se determinan mediante la aplicación de teorías elásticas estándares. Técnicas más sofisticadas, que incluyen los análisis de elementos finitos (AEF) se aplican para determinar los esfuerzos en estructuras más grandes y más complejas o para investigar problemas específicos. Se debe prestar atención a la importancia de mantener una convención de signos; en general, todas las fuerzas, cargas y momentos que operan en el sentido de mantener el equilibrio, es decir, el Peso propio y su momento, son positivos. ESTABILIDAD VERTICAL ESTABILIDAD AL VUELCO. ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO
ESTABILIZACIÓN Y SOBREELEVACIÓN DE PRESAS Se pueden tomar medidas remediales para mejorar la estabilidad mediante: 1. El postesado vertical de la presa, o 2. La construcción de un espaldón o berma de soporte aguas abajo. a. POSTESADO El postesado proporciona una fuerza vertical adicional con línea de acción resultante cercana al paramento aguas arriba. Requiere la introducción de cables o tendones de acero, que se someten a grandes tensiones de tracción dentro de la presa, previo anclaje a profundidad adecuada dentro de la cimentación (anclaje muerto), tesado luego mediante sistemas constructivos adecuados patentados, fijando el anclaje vivo a nivel de la cresta. Por ello, se requiere la presencia de una roca de alta calidad que acepte las grandes fuerzas de anclaje impuestas, como así también cierta calidad en el material de la presa.
Se hacen perforaciones a través de la presa y dentro de la cimentación a intervalos adecuados a lo largo de la cresta. Los cordones para postesar se insertan y se forma un anclaje inferior inyectando. Luego se conducen hasta un ensamblaje superior de anclaje a nivel de cresta, donde son tensados a nivel deseado antes de ser anclados. La carga de postesado es distribuida dentro de la presa desde el anclaje superior, lo que obliga a un estudio detallado para evitar sobreesfuerzos locales en el concreto adyacente. De este modo aumenta la carga vertical y el momento estabilizador. El postesado debe satisfacer los modos de estabilidad al vuelco y al deslizamiento. Los tendones se localizan con separación entre 3 y 7 m a lo largo de la cresta. La carga de cada tendón es un múltiplo apropiado de la carga total. El postesado también es un método estructuralmente eficiente y económico para elevar presas existentes.
PRESAS DE CONTRAFUERTE Estructuralmente consisten en un paramento continuo aguas arriba, soportado a intervalos regulares por contrafuertes aguas abajo. Ventajas con respecto a presas de gravedad: Economía de materiales. Reducción de la carga de empuje. Se acomoda a la deformación de la cimentación sin daños. Desventaja: El hormigón terminado tiene mayor costo por m3 debido al uso de encofrados, que muchas veces no se repiten. Se eleva considerablemente el esfuerzo transmitido a la fundación de cada contrafuerte.
PRESAS DE ARCO Pueden ser de curvatura simple, o de doble curvatura o bóveda con curvatura horizontal y vertical. Las presas de arco y bóveda transfieren la mayor parte de la carga del agua a las laderas del valle y no al lecho. La integridad y estabilidad de los estribos son, por tanto, críticas, y la importancia de este punto no puede exagerarse. La deformación o influencia del estribo en respuesta al empuje del arco produce una transferencia de carga y una redistribución del esfuerzo dentro del cuerpo de la presa y en el estribo mismo. En situaciones más extremas de fluencia significativa del estribo o de
inestabilidad local, el sobreesfuerzo de la pared de la presa sobrevendrá y se producirá un colapso catastrófico. Los conceptos de estabilidad al vuelco y al deslizamiento aplicable a presas de gravedad o de contrafuerte tienen poca relevancia en el arco o la bóveda. Un arco ejemplifica una forma estructural estable y, dado que se garantiza la integridad de los estribos que la soportan, sólo puede ocurrir la falla como resultado de sobreesfuerzos. El diseño de presas de arco está, por tanto, centrado principalmente en el análisis de esfuerzos y en la definición de una geometría del arco que evite concentraciones de esfuerzos de tensión locales y/o esfuerzos de compresión excesivos. Para lograr este objetivo es necesario a menudo, adoptar curvaturas y espesores variables entre la corona del arco y el estribo y también entre el nivel de la cresta y la base. Las presas de arco y de bóveda ofrecen grandes economías en volumen de concreto. En el caso de una bóveda esbelta este ahorro puede exceder el 80 % del necesario en un perfil de gravedad equivalente. También se puede economizar en la excavación y preparación de la cimentación. Así como ocurre con las presas de contrafuerte, la forma sofisticada de la bóveda hace que se incrementen bastante los costos unitarios finales. Por consiguiente en términos financieros, los potenciales ahorros globales pueden disminuirse significativamente. La interacción estructural entre un arco o una bóveda y sus estribos de soporte es muy compleja. GEOMETRÍA Y PERFIL DEL ARCO. El componente horizontal del empuje del arco debe transferirse al estribo con un ángulo seguro, es decir, uno que no promueva la fluencia o inestabilidad del estribo. En cualquier elevación, el empuje del arco puede considerare que entra el estribo como indica la figura 3.13. El empuje horizontal es adoptado para distribuirlo entre la roca con un ángulo incluido de 60º. Al distribuir a través del estribo el empuje, no debe alinearse muy cerca del entorno de roca sólida del valle o de cualquier discontinuidad mayor que pueda contribuir a la inestabilidad del estribo. Esto sugiere que el áng. de entrada ß esté entre 45º y 70º. El valor óptimo de ß se determina a partir de una evaluación cuidadosa de la estructura geológica y los parámetros de diseño asociados. Los perfiles de arco y bóveda se basan en varias formas geométricas: a. Perfil de radio constante. Tiene la geometría más simple; combina un paramento vertical aguas arriba de radio constante con una pendiente radial uniforme aguas abajo. El radio del paramento aguas abajo varía entonces con la elevación. Es evidente que el ángulo central, 2θ alcanza su máximo a nivel de la cresta. Este perfil no es el de menor volumen, pero tiene la ventaja de la simplicidad analítica y de la construcción, además de ser apropiado en valles en forma de U relativamente simétricos.
b. Perfil de ángulo constante. La geometría es más compleja; sin embargo, induce a un voladizo aguas arriba considerable a medida que se llega a los estribos. El voladizo excesivo es indeseable, ya que la sección transversal local resultante puede ser inestable durante la construcción o en condiciones de embalse vacío. Para aliviar esto, puede ser necesario introducir un puntal aguas arriba, o modificar el ángulo central 2θ. Este perfil se ajusta mejor a valles angostos y relativamente simétricos con laderas pendientes y en forma de V.
c. Perfil de bóveda. La forma de bóveda de doble curvatura tiene una geometría y perfil particularmente complejos, con un radio que varía de manera constante en dirección horizontal y vertical en cada cara. Es posible seleccionar una geometría de prueba para propósitos preliminares utilizando los nomogramas de Boggs (1975), y refinándolos cuando sea necesario mediante modelos matemáticos o físicos. ETALLES DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN INTRODUCCIÓN Todos los análisis se fundamentan en un grado mayor o menor de supuestos acerca del régimen de carga, respuesta del material, mecanismos estructurales, etc. La aplicación de métodos analíticos mencionados precedentemente, representa sólo la fase inicial del proceso de diseño. La segunda fase consiste en asegurar, mediante un diseño detallado, que los supuestos hechos en el análisis se cumplan en la mayor medida y que correspondan a una construcción rápida y económica. Ciertos detalles de diseño importantes reflejan el criterio del ingeniero para resolver problemas de cargas, por ej. Los sistemas de drenaje para aliviar el empuje. Otros detalles se deben a las características de la masa de concreto, o a la presión de racionalizar y simplificar para minimizar costos. El buen diseño detallado no necesariamente es un asunto racional y formalizado. En muchos casos es la aplicación de principios empíricos basados en experiencias previas y satisfactorias. Los detalles de diseño se dividen en cuatro categorías principales: Los relacionados con el control de la infiltración externa o interna; Aquellos que acomodan las deformaciones o desplazamiento relativos. Los que contribuyen a la continuidad estructural (transferencia de cargas). Los detalles que simplifican o facilitan la construcción. D
RASTRILLOS E INYECCIONES EN LA CIMENTACIÓN En las presas de concreto modernas, los rastrillos se forman invariablemente mediante inyecciones. El diente de una zanja poco profunda construido bajo el talón de algunas presas contribuye muy poco al control de la infiltración. Las inyecciones bajo las presas de concreto se organizan en dos categorías: 1) Inyecciones de cortina. Su propósito es formar un rastrillo parcial para limitar la infiltración y, en teoría, modificar el régimen de presiones aguas abajo. La pantalla o cortina de inyección primaria se forma perforando una serie regular de agujeros, a intervalos de 2 a 3 m, desde una plataforma angosta que se extiende aguas arriba a partir del talón, inyectando una lechada, generalmente basada en cemento, bajo presión. A menudo la profundidad de la cortina es comparable con la altura de la presa y se extiende más allá de los estribos si se requiere. Si es necesario, se pueden
hacer inyecciones adicionales mediante perforaciones intermedias o adicionales secundarias. 2) Inyecciones de consolidación. Su propósito es darle rigidez y consolidar la roca en la crítica e inmediata zona de contacto bajo la presa. También ayudan a reducir las infiltraciones en la zona de contacto, donde la roca puede estar más fisurada o meteorizada que a profundidades mayores. Se debe tener cuidado en las presiones de inyección de la lechada utilizadas para evitar la ruptura, fraccionamiento o abertura de grietas horizontales.
DRENES DE ALIVIO DE EMPUJE El alivio del empuje en las cimentaciones se efectúa mediante una línea de agujeros para drenaje localizados aguas debajo de la cortina de inyección. Los agujeros tienen un diámetro usual entre 75-100 mm y están espaciados 3-5 m entre sus centros.; se perforan a partir de las galerías de inspección. El empuje dentro de la presa se alivia por medio de agujeros que se extienden a lo largo de la altura completa de la estructura y están localizadas cerca del paramento aguas arriba. Deben tener por lo menos 200 mm de diámetro para inhibir el bloqueo por el lixiviado de depósitos calcáreos; están espaciados cerca de 3 m entre sus centros, y conducen a un canal de drenaje en la solera de la galería. Es importante diseñar el sistema de alivio para que los drenes puedan ser escariados o perforarse de nuevo en caso de taponamiento. La eficiencia del drenaje de alivio es función de su geometría, es decir, diámetro, espaciamiento y distancia al paramento aguas arriba. Una estimación comparativa de la eficiencia para diferentes configuraciones de drenaje se puede obtener de la figura.
DETALLES DE DISEÑO INTERNO 1. GALERÍAS DE INSPECCIÓN. Una galería de inspección de bajo nivel es necesaria para recolectar el caudal de infiltración de los drenes de alivio de empuje. La galería también sirve para dar acceso a los instrumentos de auscultación, a las válvulas de descarga internas y a las tuberías. Las galerías no deben tener secciones menores de 2,0 m x 1,20 m, y deben tener medidas adecuadas para el acceso, ventilación e iluminación. Las presas más grandes deben incluir asimismo una o más galerías a niveles más altos, interconectados por pozos verticales. 2. JUNTAS DE CONTRACCIÓN TRANSVERSAL (Juntas entre bloques). Las Juntas de contracción vertical se construyen a intervalos regulares de 12-15 m a lo largo del eje de la presa. Las juntas son necesarias debido a la contracción y a las características térmicas del concreto macizo. Permiten deslizamiento diferenciales entre bloques adyacentes y en su ausencia se desarrollan grandes grietas transversales. Para controlar la infiltración a lo largo del plano de la junta se construye, cerca del paramento aguas arriba, una barrera contra agua, como en la Fig. 3.19. 3. JUNTAS DE CONSTRUCCIÓN (Juntas longitudinales). El vaciado individual del concreto dentro de cada monolito debe limitarse en volumen y altura para reducir la contracción y el agrietamiento después de la construcción. El vaciado del concreto, por tanto, debe restringirse mediante la construcción de juntas “longitudinales” o de construcción casi horizontales. De ordinario, la distancia entre ellas se limita a 1.5 – 2.0 m. La superficie de juntas se construye, en general, con una caída escalonada o uniforme de 5-10% hacia el paramento aguas arriba para mejorar la resistencia al deslizamiento. 4. TRANSFERENCIA DE CARGA Y CONTINUIDAD. Aunque tradicionalmente las presas de gravedad se diseñan sobre la base de voladizos verticales libres e independientes , lo normal es proporcionar un grado de interacción de transferencia de carga entre bloques adyacentes. Esto se efectuará entrelazando unos dientes de corte vertical en el paramento de la junta de construcción. En el caso de presas de arco y de bóveda es esencial proveer continuidad horizontal para desarrollar la acción de arco. Así, las juntas de construcción de esas presas, son inyectadas después de que la estructura se ha enfriado a su temperatura media más baja para asegurar una transferencia de carga efectiva y una acción de arco monolítica. También se han hecho inyecciones en las juntas de algunas presas de gravedad.
5. PULVINO. Un pulvino de concreto perimetral pesado, o almohadilla, se construye a menudo entre la cáscara de una presa de bóveda y la roca de soporte. Ayuda a la distribución de carga a los estribos y la cimentación. El cuerpo de la presa puede estar separado del pulvino por una junta perimetral para evitar su fijación. 6. ZONIFICACIÓN DEL CONCRETO. Una zona de concreto de revestimiento con alto contenido de cemento de 1-1,5 m de espesor se coloca con frecuencia en ambos paramentos. La mezcla de concreto más rica, que tiene en general aire arrastrado, se coloca para mejorar la durabilidad y, en el paramento del vertedero, la resistencia a los daños de cavitación y erosión. En las presas más grandes de gravedad, el concreto del interior o del corazón puede también zonificarse por razones económicas. El contenido de cemento, y por consiguiente la resistencia del concreto, se reduce gradualmente con el aumento en la elevación.
TIPOS DE OBRA DE EXCEDENCIA Las obras de control y excedencia son estructuras que forman porte intrínseca de una presa, ya sea de almacenamiento o derivación y cuya función es la de permitir la salida de los volúmenes de agua excedentes a los de aprovechamiento. Lo anterior establece de manera tácita la condición de que previamente se halla satisfecho la capacidad de aprovechamiento de la presa, o sea que el embalse se encuentre lleno hasta su nivel de conservación o máximo de operación antes de que se inicien los desfogues por la obra de excedencias. Las obras de excedencia deben ser concebidas como verdaderas válvulas de seguridad de las presas. Ha habido muchas fallas de presas debido a insuficiente capacidad de descarga o defectos en el diseño de la propia obra. La capacidad de una obra de excedencia la determinan la avenida de diseño, las características del embalse y el programa de operación de la propia obra. En general, el ingeniero proyectista debe ser sumamente cauteloso al evaluar la seguridad de una obra de excedencias en una presa de tierra o de tierra y roca debido a que si por una operación defectuosa o por la presencia de una avenida mayor a la supuesta el nivel del agua sobrepasa la elevación de la corona de la cortina puede haber graves consecuencias tanto para la presa como para la vida y bienes materiales localizados aguas debajo de la mismo; no así en presas de concreto en donde las consecuencias de tales condiciones pueden ser menores. Además de tener suficiente capacidad, la obra de excedencias debe ser hidráulica y estructuralmente adecuada y con las descargas localizadas de manera que no erosionen el pie de la cortina u otras estructuras existentes aguas abajo. Los materiales que formen los revestimientos de la estructura deben ser resistentes a la erosión y tener un acabado liso, con el fin de que sean capaces de resistir las altas velocidades que frecuentemente se presentan en ellas, así como para evitar fenómenos de cavitacion y presiones diferenciales en las caras del revestimiento. Cuando sea necesario deberá prever la construcción de algún dispositivo para disipar la energía cinética del agua en el extremo inferior de la descarga. Otro aspecto importante es que se debe considerar en el diseño de una obra de excedencias es la frecuencia con que funcione, es decir el número de veces por año que vaya a trabajar. Se puede afirmar que en general el incremento en costo de una obra de excedencias no es directamente proporcional al incremento de capacidad de descarga, por lo que con frecuencia el costo de una obra de excedencia muy amplia será solo
moderadamente mayor a la de otra con una capacidad reducida. Esta es la razón para proyectar obras con descarga amplia. VERTEDORES DE CAIDA LIBRE Están asociados a presas de arco o de contrafuertes donde el espesor del concreto y la geometría general no sean favorables para guiar la vena liquida desde la cresta hasta la parte inferior; si la roca de cimentación es resistente a la erosión, el agua se puede dejar caer libremente sin protección; pero en caso contrario se debe prever alguna estructura para disipar energía cinética del agua y amortiguar el impacto VERTEDEROS CON CAIDA EN RAPIDO Se localizan en una sección reducida de la presa de tipo gravedad, sobre la cual se permite el paso del flujo del agua. La cresta se forma para ajustarse a la vena liquida en las condiciones de descarga máxima. Si la roca de cimentación es compacta y de buena calidad, la parte inferior de la descarga se puede diseñar como un deflector o un salto de esquí; si la cimentación es erosionable se requerirá de la construcción de un tanque disipador de energía. VERTEDORES CON TIRO VERTICAL Tienen una entrada de embudo que conecta a un túnel en cuyo extremo inferior puede existir un deflector o una estructura disipadora de energía. Esta forma de vertederos se adapta a presas de embalses muy encañonados, gastos relativamente pequeños y en el que el agua que fluya a través de ellos este libre de objetos que pueda obstruirlos. VERTEDEROS CON DESCARGA DIRECTA EN CANAL Están asociados a presas de tierra, tierra encorvamiento o concreto cuando por alguna razón no conviene que sean vertedoras. Se considera buena práctica de ingeniería no ubicar este tipo de vertederos sobre presas de tierra o tierra enrocado debido a que estas estructuras están sometidas a algún grado de asentamientos después de terminada la construcción; tales asentamientos podrían provocar movimientos verticales y agrietamientos en el canal de descarga del vertedor. El agua que fluye en dichas descargas puede adquirir velocidades del orden de 40 o 50 m/s dependiendo del desnivel, la pendiente y la rugosidad del canal. Con estas velocidades, cualquier desalineamiento de los planos de revestimiento puede provocar muy altas presiones hidrostática en la cara inferior de la losa y levantarla, trayendo como consecuencia el fracaso de la estructura y de la misma presa.