Ciudad Vieja, Sacate=uez > de "&ril, 901?
I/)R@+UCCI@/ 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 presa presas s de concr concreto eto,, y se resis resisten ten a la dislo dislocac cació ión n por por la presi presión ón hidrostática del depósito de agua. Un sitio favorable por lo general es un en una una const constri ricci cción ón en un valle valle dond donde e la base base está está raon raonab ablem lement ente e cerca de la super!cie tanto en el piso como en los estribos de la presa.
I.
DEFINICIÓN:
7R(S"S +( GR"V(+"+
Un "ique 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 raonablemente cerca de la super!cie tanto en el piso como en los estribos de la presa. Las presas de mamposter#a que con!aron en su peso para la estabilidad contra el desliamiento y volcadura remontan de $%%% a &%%% a'os, tanto cara de arriba como r#o abajo fueron inclinadas y el espesor de la base era muchas veces la altura. En ()*+ an-ine propuso que no hab#a ninguna tensión extensible en una presa de gravedad. En ()/ 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 hab#a sido reconocido en ())+, y el peligro de desliamiento fue destacado por el fracaso de la presa 0ustin, en Estados Unidos. El avance más reciente ha estado en el uso del m1todo de elemento !nito de análisis. El 2*3 de las presas son de gravedad y están hechas con hormigón ya sea con o sin armaduras de acero. Es el tipo de muro más sencillo, se fundamenta en la resistencia que el propio peso de la obra opone al empuje de las aguas. 4u per!l es trapeoidal, y su base de cimentación, rectangular. El peso de la presa es notable y sirve para que, al componerse con el empuje y otras fueras, la resultante incida francamente en el interior de la base de la presa. 0decuadas en valles amplios, desde que la excavación sea menor de / a (% m. 4e acepta desgaste limitado de la roca. "eben chequearse las discontinuidades de la roca con relación al desliamiento. 5ienen bajos esfueros de contacto. equieren de materiales que a veces toca importar como el cemento.
Presa Limón6 Ubicada sobre el curso del r#o 7uancabamba, en el lugar denominado Limón, a la altura del
II.
8m. )* de la carretera 9lmos . :orral ;uemado.
FUNDAMENTO TEORICO
1) PARTES DE UNA PRESA:
a trav1s> de la presa.
) COMPORTAMIENTO DE LA PRESA DE *RA+EDAD 4on todas aquellas 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 1ste debe ser muy estable capa de resistir, el peso de la presa y del embalse. :onstituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren. 4u estructura recuerda a la de un
triángulo isósceles ya que su base es ancha y se va estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado que da al embalse es casi de posición vertical. La raón por la que existe una diferencia notable en el grosor del muro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que la presión en el fondo del embalse es mayor que en la super!cie, de esta forma, el muro tendrá que soportar más fuera en el lecho del cauce que en la super!cie. El cuerpo de las presas de hormigón, se compone de cemento, piedras, gravas y arenas, en proporciones variables seg?n el tipo de estructura y las partes de las mismas que se trate. La particularidad de este material, que le permite adoptar complejas formas una ve fraguado, da la posibilidad de optimiar la forma y, por lo tanto disponer el peso de una manera tal que sea mayor la capacidad de la presa en su conjunto para resistir el empuje. El dise'o de cualquier presa se puede resolver solo si se consideran tres condiciones fundamentales6 garant#a de su estabilidad, control de !ltraciones y disipación de la energ#a en exceso del chorro vertido por la presa.
condición no garantia, y sobre todo para presas altas, que no aparecan tensiones de tracción principales mayores.
UNA PRESA DE *RA+EDAD SER,: = 4egura contra volcadura en cualquier plano horiontal dentro de la presa. = 4egura contra desliamiento en cualquier lugar horiontal dentro de la presa. = 5an proporcionada que las tensiones aceptables tanto en el hormigón como en la fundación no serán excedidas.
CRITERIO DE CAR*A: "entro de las cuales se encuentran6 = La roca que constituye la fundación y estribos en el sitio es bastante fuerte para llevar las fueras impuestas por la presa con tensiones bajo del l#mite elástico en todos los sitios a lo largo de los planos de contacto. = El poder de porte de la estructura geológica a lo largo de la fundación y estribos es bastante grande para llevar las cargas totales impuestas por la presa sin los movimientos de roca de magnitud perjudicial. = Las formaciones de roca son homog1neas y uniformemente elásticas en todas las direcciones, de modo que sus deformaciones puedan ser predichas satisfactoriamente por cálculos basados en la teor#a de elasticidad, por medidas de laboratorio sobre modelos construidos de materiales elásticos, o por las combinaciones de ambos m1todos. = El Gujo de la fundación se mece bajo las cargas sostenidas que son resultado de la construcción de la presa y el relleno del depósito su!cientemente puede ser tenido en cuenta por usar un módulo algo inferior de elasticidad que de otra manera ser#a adoptado para el empleo en los análisis t1cnicos.
= La base de la presa es cuidadosamente encallada en las formaciones de roca a lo largo de las fundaciones y estribos. = Las operaciones de construcción son conducidas para asegurar una obligación satisfactoria entre el hormigón y materiales de roca en todas las áreas de contacto a lo largo de la fundación y estribos. = El concreto en la presa es homog1neo en todas las partes de la estructura. = El concreto es uniformemente elástico en todas las partes de la estructura. = La distribución de las cargas en presas de mamposter#a pueden ser determinadas por la tra#da de las deGexiones calculadas de los diferentes sistemas de transferencia de carga de acuerdo con todos los puntos conjugados de la estructura.
Presa "!n l!sa La losa tiene la !nalidad de impermeabiliar el talud aguas arriba de la
-) CONSIDERACIONES *ENERALES PARA LA UICACIÓN DE LA PRESA = C!nsi#era"i!nes %!$!&r/0"as La presa debe tener la menor longitud posible, lo cual se logra ubicándola en ca'ones estrechos. En este caso la presa resultante suele ser de mayor altura para lograr el embalsamiento necesario que si se ubica en valles amplios. :a'ones estrechos tambi1n di!cultan la desviación del cauce para la construcción delas obras resultando que las atagu#as y conducciones son más costosas y dif#ciles de construir. Es conveniente ubicar la toma de agua en la parte externa de la curva del cauce en caso de que la presa se sit?e en un tramo curvil#neo. Un valle amplio permite la construcción de las obras en etapas. 4i existe un rápido en el cauce, resulta mejor localiar la presa aguas arriba de 1l, en onas de más bajas pendientes. En cauces navegables, la presa debe tener la longitud su!ciente para ubicar el vertedero, las esclusas de navegación, y las escalas para peces. = C!nsi#era"i!nes &e!ló&i"as
La ubicación de la presa se !ja por la necesidad de aprovechar una buena cimentación o estribación. 0s# mismo, se requiere estabilidad de las laderas del embalse creado. = C!nsi#era"i!nes i#r!ló&i"as La disposición rectil#nea de la presa se usa cuando con ella se logra su!ciente longitud del vertedero pues da menor longitud y menores costos. En caso contrario se puede pensar en alineamientos curvos, tipo abanico, que permiten tener longitudes del frente vertedero mayores y as# poder disminuir la carga de agua sobre la estructura y disminuir altura total de presa. Es conveniente usar la disposición rectil#nea en el caso de presas bajas localiadas en r#os de aguas limpias en que no se tema por sedimentos que producan islotes de forma que en 1pocas de estiaje no se logre la derivación del agua. = C!nsi#era"i!nes i#r/(li"as El sitio escogido debe facilitar la desviación del cauce durante la construcción de las obras y la derivación del r#o durante la operación del proyecto. 4i el cauce es navegable, la presa debe tener la longitud su!ciente de forma que se pueda ubicar el vertedero y las esclusas. = C!nsi#era"i!nes es%r("%(rales La disposición curva de la presa aumenta la distribución de los esfueros hacia los estribos pero resulta más dif#cil constructivamente. = C!nsi#era"i!nes &enerales 4e busca ubicar la presa próxima al sitio de suministro. Esto no siempre es conveniente.
2) CIMENTACIÓN DE LAS PRESAS
ase #e la $resa El área de la fundación de la presa se debe limpiar totalmente removiendo todos los árboles, maleas, ra#ces, piedras, tierra vegetal, basuras, materiales permeables, etc., hasta llegar a una capa de suelo resistente y adecuado. La super!cie obtenida para la fundación deberá ser escari!cada antes de comenar a construir el terrapl1n. = La cimentación debe proporcionar un apoyo estable para el terrapl1n en todas sus condiciones de carga y saturación. = "ebe tener resistencia a la !ltración para evitar da'os por erosión y p1rdidas de agua. = El área de fundación correspondiente a cauces de arroyos deberá ser limpiada, profundiada y ampliada hasta remover todas las piedras, grava, arena, y cualquier material indeseable. La limpiea de los cauces se efect?a profundiando de manera que los taludes de la excavación sean estables. = :uando se encuentre roca durante la preparación de la fundación, es importante que 1sta quede perfectamente limpia removi1ndose de su super!cie toda costra o fragmento de roca.
3) FUER4AS ACTUANTES SORE LAS PRESAS DE CONCRETO
4obre una presa act?an tres tipos de cargas6 las cargas principales, las cargas secundarias y las cargas excepcionales.
1) LAS CAR*AS PRINCIPALES: 4on las que siempre act?an sobre la estructura y son tres6 = Car&a #e a&(a: Es debida a la distribución hidrostática de presión y tiene una resultante horiontal de la fuera <(. 5ambi1n 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 respectivoF. = Car&a #el $es! $r!$i!: 4e determina para un peso espec#!co del material.
) LAS CAR*AS SECUNDARIAS:
Es una carga transitoria generada por la acción de las ondas sobre la presa generalmente no es importanteF. = Car&a #e iel!: 4e puede desarrollar en condiciones climáticas extremas generalmente no es importanteF. = Car&a %5rmi"a 6$resas #e "!n"re%!): 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. = E'e"%!s in%era"%i!s: 4on internos, surgen de las rigideces relativas y las deformaciones diferenciales de una presa y su cimentación. = Car&a i#r!s%/%i"a s!bre l!s es%rib!s: Es una carga interna de in!ltración en los estribos en una roca macia. Es de particular importancia en las presas de arco o de bóvedaF.
-) LAS CAR*AS E7CEPCIONALES: 4e presentan durante eventos extremos6 = Car&a s8smi"a: Las cargas inerciales horiontales y verticales se generan con respecto a la presa y al agua retenida debido a movimientos s#smicos = E'e"%!s %e"%óni"!s: 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 dise'ador, de la importancia de la obra, y de su localiación. Los dise'os deben basarse en la más desfavorable combinación de condiciones probables de carga. "ebe incluirse solo aquellas combinaciones de carga que tienen probabilidad raonable de ocurrencia simultánea.
9) COMINACIÓN DE CAR*AS Las presas de gravedad deben ser dise'adas para una combinación adecuada de cargas que tengan en cuenta las condiciones mas adversas que tengan posibilidad de ocurrencia 4imultánea. La siguiente tabla resume las combinaciones de carga propuestas productos de prácticas representativas en EU0 y eino Unido. 4u uso no es limitante sino que
cada ingeniero debe decidir a discreción las combinaciones de carga que mejor reGejen la situación de cada presa, incluyendo por ejemplo, carga muerta y embalse vac#o.
) INDICADORES MECANICOS DE LA PRESA 1. P;NDULOS Los p1ndulos directos e invertidos se utilian para la medida de movimientos horiontales en estructuras. 4u !abilidad, precisión y excelente comportamiento a largo plao, los han hecho prácticamente imprescindibles para el control de desplaamientos horiontales en presas de hormigón. = P;NDULOS DIRECTO El p1ndulo directo permite medir movimientos horiontales de la estructura relativos a su punto superior. :onsta de un hilo de acero situado en un poo vertical, anclado en su extremo superior a la estructura y en su extremo inferior a un peso con aletas inmerso en un depósito relleno de aceite. Esta disposición asegura la verticalidad del hilo. = P;NDULO IN+ERSO El p1ndulo invertido permite medir movimientos respecto a su punto inferior. :onsta de un hilo de acero inoxidable cuyo extremo inferior está unido a un anclaje ubicado en el interior de un sondeo vertical, y cuyo extremo superior se !ja a una unidad de Gotación solidaria a la estructura. La unidad de Gotación está formada por un recipiente con un Gotador en
ba'o de aceite y está dise'ada de tal forma que permite mantener el hilo en tensión sin que el movimiento de la estructura altere su posición
. MEDIDORES TRIDIMENSIONALES DE
-. CAE4ALES DE DRENES Los drenes se utilian normalmente para controlar las sub.=presiones en el cimiento de las presas. "entro de la auscultación hidráulica es un dato esencial ya que permite conocer la e!cacia de la red de drenaje y el comportamiento de la pantalla de impermeabiliación y la ley de sub.= presiones en las secciones controladas. Estos cabeales disponen de una llave de tres v#as, con posiciones de cerrado no permitiendo drenajeF, abierto drenandoF y de lectura, de forma que cuando existe presión en el dren este efect?e la medida con un manómetro. Los tubos y pieas de unión hasta el tubo del dren son de
2. ASES *EOD;SICO=TOPO*R,FICAS PARA CONTROL DE MO+IMIENTOS EN CORONACIÓN. = ase 0>a #e es%a"ión: Está constituido por un pilar de hormigón armado anclado en una apata cuadrada tambi1n de hormigón armado.
= ases $ara mira móil #e "!lima"ión ? se@al #e niela"ión. La base de nivelación consiste en un perno esf1rico de diámetro () mm. En acero inoxidable, atornillado y soldado a la parte central del fondo de una arqueta cil#ndrica de chapa de acero cinchado de diámetro exterior ((/ mm. y 2% mm. "e altura. La arqueta irá provista de una tapa de acero rilsiniado color gris, roscada a la arqueta y con dos taladros en la parte superior para el anclaje de la llave de apertura. En la coronación de la presa la arqueta va empotrada en el suelo, y la tapa queda enrasada con la super!cie adyacente.
= Mira móil ? 0>a #e "!lima"ión. El sistema de colimación se basará en la utiliación de dos miras portátiles6 una !ja y otra móvil y un teodolito o colimador para visualiarlas La mira móvil consta de una placa de punter#a, pintada de blanco y negro , con posibilidad de desplaamiento horiontal mediante tornillos micrómetros, y de una reglilla graduada de (%% mm. :on una apreciación de la d1cima de mm. El conjunto estará montado sobre un soporte con $ apoyos semiesf1ricos que encajan en la base, siempre en la misma posición. La mira !ja dispondrá de una placa rectangular, id1ntica a la anterior, pero sin posibilidad de movimiento sobre el soporte, y montada sobre una base en $ apoyos semiesf1ricos que aseguren el asiento siempre en la misma posición.
3. AUSCULTACIÓN IDR,ULICA Las !ltraciones se producen debido al contacto del agua con la presa, la cual se !ltra a trav1s del material. En las presas de tierra o escollera, debido al material que constituye la presa deben tener una mayor vigilancia. El aforador de !ltraciones es, sin duda, el mejor indicador del comportamiento general de la presa. 4u importancia reside en el hecho de que la !ltración es una magnitud integral y, por tanto, reGeja el comportamiento de toda la presa y no solo las situaciones puntuales. El caudal de !ltraciones debe medirse a intervalos regulares, analiando el agua de !ltración por si hay decoloración o turbiedad o por si se registra un aumento anormal durante las rutinarias visitas de inspección. En el interior de la presa se crea una presión intersticial cuya componente vertical produce una fuera contraria al peso, que es desestabiliadora por ello se miden las presiones intersticiales en los
materiales de la presa y del cimiento de la presa para conocer si la distribución de presiones intersticiales y de subpresiones está conforme con lo previsto. El equipo empleado en estos sistemas de medida puede variar desde unos sencillos poos para observar el nivel freático hasta so!sticadas boquillas para medir presiones que proporcionan registros de presiones en lugares concretos
9. AUSCULTACIÓN T;RMICA La medición de temperaturas, tanto del ambiente como del interior de la presa, tiene una gran importancia en el cálculo de tensiones en las presas de hormigón. El hormigón en masa está especialmente sometido a las tensiones inducidas por la temperatura derivada de la expansión o retracción, cuando los parámetros de la presa están expuestos directamente a la lu solar en 1pocas calurosas o a la presencia del viento muy fr#o.
. AUSCULTACIÓN SBSMICA En todas las grandes presas deben instalarse dispositivos para medir la actividad s#smica. Los aparatos s#smicos sismógrafosF se utilian tanto en las presas de hormigón como en las de materiales sueltos para controlar los efectos de las vibraciones naturales terremotosF como las vibraciones provocadas por actividades humanas voladurasF. 5ales vibraciones podr#an provocar deformaciones excesivas o una licuefacción en una presa de materiales sueltos o en sus cimientos, lo que supondr#a una drástica disminución de la seguridad y a un aumento de la !ltración.
Los terremotos pueden causar tambi1n inestabilidad de los estribos o laderas del embalse. La mayor parte de la instrumentación s#smica consiste principalmente en dispositivos para registrar fuertes sacudidas acelerógrafosF que miden la aceleración del terreno en dos o más planos. Estos aparatos consisten en una base embebida en una parte de la presa y en un acelerómetro u otros dispositivos de identi!cación del movimiento que registra la magnitud de la vibración de modo continuo durante un periodo de tiempo dado. 0lgunos aparatos funcionan de forma continua, mientras que otros requieren una ligera vibración para empear afuncionar.
. AUSCULTACIÓN DEFORMACIONAL TENSIONAL La medida de los movimientos de traslación se lleva a cabo normalmente utiliando cierto tipo de t1cnicas topográ!cas. 5odos los aparatos usados para este propósito tienen caracter#sticas comunes. equieren ser altamente sensibles, una cuidadosa instalación de los puntos de medición y una gran precisión al hacer las observaciones. Las medidas de los movimientos de traslación horiontal requiere generalmente el uso de teodolitos de precisión, un distanció metro, p1ndulos o clinómetros. En el muro se disponen los medios de observación instalando puntos o dianas permanentes en la coronación, yIo en los paramentos durante o inmediatamente despu1s de la construcción. 5ambi1n se disponen hitos de referencia en los estribos o en lugares su!cientemente alejados de la presa para que no est1n afectados por las deformaciones próximas que puedan producir la presa o embalse. El m1todo topográ!co utiliado para este tipo de control es el de colimación. Este m1todo consiste en estudiar el desplaamiento de cada uno de los bloques que con!guran la presa independientemente. 4e estaciona el teodolito en el hito topográ!co existente en uno de los estribos de la presa.
horiontales que miden asientos verticales están compuestos por aparatos basados en los vasos comunicantes. El asiento o levantamiento total puede determinarse rápidamente mediante observación de las dianas situadas en la presa, re!ri1ndolas a los hitos situados fuera de la estructura. Las diferencias de cota que ocurren a lo largo del tiempo pueden determinarse fácilmente. 9bviamente es importante determinar la cota inicial de los puntos de medida con gran precisión, de modo que sirva de referencia para comparar con ellas las cotas futuras determinadas en posteriores mediciones. Los movimientos relativos de una parte del muro o estructura de hormigón respecto a otra parte de las mismas o del cimiento, se miden generalmente mediante distintos tipos de aparatos de medida de deformaciones. 5ales aparatos son los medidores de juntas, extensómetros y otras clases de aparatos de control de !suras.
. AUSCULTACIÓN *EOD;SICA Las medidas geod1sicas fueron las que primero se utiliaron para controlar el comportamiento de una presa. Utiliando un equipo topográ!co de cierta precisión, el m1todo en el paramento de aguas abajo de la presa, desde puntos supuestamente !jos situados aguas abajo de la estructura. "e este modo se obtienen, despu1s de cálculos laboriosos básicamente, los mismos resultados que los obtenidos con los p1ndulos. Este tipo de observaciones tiene por objeto la medición de corrimientos en diversos puntos de los paramentos, fundamentalmente en el de aguas abajo, pues el otro está cubierto por el agua en largos periodos, precisamente cuando, al estar cargada la presa, puede tener más inter1s la medición de sus corrimientos. El m1todo consiste en medir ángulos de visuales a diversos puntos desde unos puntos !jos de observación. "esde varias estaciones de observación en las laderas, aguas abajo de las presas y a su!ciente distancia de ella, para que no puedan ser afectadas por sus movimientos y los de los cimientos. :uando esto no es posible de manera su!ciente, las posiciones de estas estaciones se re!eren, a su ve, a puntos más lejanos que puedan considerarse como !jos y poder corregir posibles movimientos de aquellas. En cada estación hay un bloque de hormigón dispuesto para colocar el teodolito en un punto perfectamente de!nido en sus tres coordenadas x, y, F. Las estaciones deben estar cubiertas y cerradas lateralmente para aislarlas de los efectos de elementos ambientales externos,
aunque, por supuesto, la visual ha de hacerse sin interferencias de un cristal en las ventanas u otros. Los puntos de medición se distribuyen por el paramento y las laderas.
) IMPACTO AMIENTAL DE PROECTOS DE APRO+ECAMIENTO DE RECURSOS IDR,ULICOS La construcción de obras hidráulicas impone la alteración del conjunto de la cuenca hidrográ!ca en la que se asienta. Esto supone alteraciones de tipo ambiental que deben ser estudiadas y evaluadas desde el punto de vista t1cnico, ambiental y económico. El estudio de efecto ambiental está orientado a determinar y valorar la trascendencia de las modi!caciones ocasionadas en el medio por la construcción de la obra hidráulica.
Localiación "escripción del proyecto 9bras constitutivas Estado legal del proyecto
= LA INFORMACIÓN AMIENTAL COMPRENDE: J :omponente biótico Mauna, Mlora J :omponente abiótico 4uelos, 0gua, 0ire,
III. APLICACIÓN "ise'ar la presa de gravedad de concreto para una altura de (2.)m de la pantalla, construidas sobre una cimentación de roca. ealiar las respectivas veri!caciones de estabilidad volteo, desliamiento, etcF "atos6 agua (%%%kgIm$, concreto +&%%kg Im$, suelo +.*/kg I
cm+. :oeficiente de seguridad para volteo N (.$
:oe!ciente de seguridad contra desliamiento fF
@aterial :oncreto sobre concreto :oncreto sobre roca profunda, sup. limpia e irregular :oncreto sobre roca y algunas
%.2/=%.) %.) %.*
laminaciones :oncreto sobre grava y arenas gruesas :oncreto sobre arena :oncreto sobre esquistos
%.& %.$ %.$
S!l("ión: 1. Pre#imensi!namien%!. 5alud aguas arriba recomendado (% grados de inclinación de pantalla y longitud de base6
7
%.* O %. 7 L= %.*O%.F H L= 0.9 x (2.)mP (/.(+m
