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Curso: ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS Docente: Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA

Contenido: 1. 2. 3. 4.

DEFI DEFINI NICI CION ONES ES Y OBJE OBJETI TIVO VOS S CLASIFICACIÓN SELE SELECC CCIÓ IÓN N DEL DEL TIPO TIPO DE PRES PRESA A DETER DETERMIN MINACI ACION ON DE LA ALTUR ALTURA A DE DE PRES PRESA A

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Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA

DEFINICIONES Y OBJETIVOS Una presa es un lago artificial que se forma al construirse un muro grueso que interrumpe el curso de un río, con el fin de controlar el caudal de agua. Las presas tienen como propósito almacenar este líquido para el riego y el consumo humano; o bien para la producción de energía eléctrica.

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Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA •

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Elevar su nivel para poder conducirla por alguna estructura de conducción. Formar un depósito que retenga los excedentes hídricos, para poder compensar luego los períodos de escasez, o para amortiguar (laminar) las crecidas. Con la cortina se represa el agua hasta una elevación suficiente que permita derivar el gasto por la bocatoma y se diseña para que la corriente pase sobre ella, ya sea parcial o totalmente su longitud.

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•

La longitud de la corona de la presa no será menor de 500 m La capacidad del reservorio formado por la presa no será menor que un millón de metros cúbicos El máximo flujo de descarga distribuído por la presa no será menor que 2000 m 3 /s La presa tiene problemas de fundación especialmente difíciles La presa es de un diseño inusual

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CLASIFICACIÓN

Se puede intentar una clasificación de estas cortinas considerando varios aspectos: 1. POR SU EJE EN PLANTA:  

Rectas Curvas

“ La línea del eje por lo general es recta, y normal a la

corriente, pero en ocasiones debido a la topografía o geología, del cauce se adaptan ejes curvos y mixtos con el fin de disminuir las excavaciones y volúmenes del material en el cuerpo de la cortina o bien por cimentarla en los estratos geológicos mas favorables del sitio”.

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2. POR SU MATERIAL •

De concreto: Presas de gravedad Presas de arco Presas con contrafuertes Pre / post-tensadas. De terraplén: Presas de tierra Presas de enrocado / escollera. Compuestas –

–

–

–

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–

–

•

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PRINCIPALES TIPOS DE PRESAS

PRESAS DE

HOMOGENEA

TIERRA MATERIALES SUELTOS

MODIFICADA ESCOLLERA MACIZAS GRAVEDAD

CONCRETO

ALIGERADAS

CURVATURA HORIZONTAL ARCO Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA

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POR SU FUNCION •

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Presas de Almacenamiento: Sirvan para embalsar agua en épocas de lluvia, para utilizarla en épocas de estiaje, que puede ser estacionales, anuales, o de períodos más largos. Presas de Derivación: Se construyen para proporcionar la carga hidráulica necesaria para desviar el agua hacia túneles, canales, etc. Se emplean en los proyectos de riego, energía, para uso industrial, agua potable, etc.

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Presas de Regulación: Sirven para controlar el escurrimiento de las avenidas y para detener los sedimentos, evitando en el primer caso las inundaciones y las consecuencias derivadas de este fenómeno. En el segundo caso, permiten incrementar la vida útil de los embalses de almacenamiento construídos aguas abajo. 9


PRESAS DE GRAVEDAD DE CONCRETO La presión que el agua ejerce sobre la presa, por un lado tiende a hacerla "deslizar" sobre su fundación y por otro a "volcarla" hacia aguas abajo. Las Presas de gravedad son todas aquellas en las que el peso propio de la presa es el que impide que se produzcan alguna de estas dos situaciones. Podríamos imaginar que la transferencia del empuje del agua hacia la fundación se realiza a través de la presa, la que será más estable cuanto "más pesada" sea. Desde este punto de vista, tanto una presa de materiales sueltos como una de hormigón, son de gravedad. Sin embargo, suelen llamarse así a las presas macizas de hormigón. 10


El cuerpo de las presas de hormigón, se compone de cemento, piedras, gravas y arenas, en proporciones variables según 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 vez fraguado, da la posibilidad de optimizar 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.

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PRESAS DE ARCO Las presas en arco transmiten el empuje del agua hacia su fundación y sus apoyos, denominados estribos, aprovechando su forma de "cáscara". Las presas en arco pueden ser de curvatura horizontal o de doble curvatura conocidas como bóveda o cúpulas. Las presas de arco son sumamente esbeltas adquiriendo formas muy audaces y complejas, las que les permiten ser muy altas y de poco espesor. Para lograr sus complejas formas se construyen con hormigón y requieren gran habilidad y experiencia de sus constructores, los que deben recurrir a poco comunes 12

Debido a que transfieren en forma muy concentrada la presión del agua al terreno natural, se requiere que éste sea de roca muy sana y resistente, la que debe también ser muy bien tratada antes de asentar en ella la presa.


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PRESA DE MATERIALES SUELTOS Son presas de gravedad en las que materiales provistos por la naturaleza no sufren ningún proceso químico de transformación, siendo tratados y colocados mediante procedimientos de compactación propios de la mecánica de suelos. En su composición intervienen, piedras, gravas, arenas, limos y arcillas, siendo denominadas como presas de escollera cuando más del 50 % del material está compuesto por piedra y presas de tierra cuando son materiales de granulometrías más pequeñas. Cuando todo el material que componen las presas de materiales sueltos tiene las mismas características, se denominan homogéneas, pudiendo tratarse de materiales 14


O bien pueden ser heterogéneas, que son las más comunes, cuando se colocan diferentes materiales zonificados, con núcleo impermeable y materiales más permeables a medida que nos alejamos del centro de la presa. La impermeabilidad puede lograrse también mediante pantallas o diafragmas. Estas variantes pueden presentarse mediante configuraciones que se integren con distintas participaciones de las diversas características mencionadas. Las presas de materiales sueltos no soportan ser sobrepasadas por una crecida. Por ello es necesario, basándose en el conocimiento del comportamiento histórico del río, efectuar una predicción de la forma en que se deberá operar el embalse formado, para evitar que en toda la vida de la obra sea sobrepasada por ninguna crecida. 15


ELEMENTOS Y CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS

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FACTORES CONDICIONANTES: Función de la obra. Cimentación.

Materiales. Clima y sismicidad. Equipo de construcción. Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA

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Función de la obra: Los proyectos de presas son de dos tipos: los que

almacenan agua y los que las retienen temporalmente. Dentro del primer grupo caven distinciones en función del valor que tiene el agua; no es lo mismo un aprovechamiento urbano en lugar donde se escasea el agua, que otro de tipo rural en una región de precipitación media. Cimentación : Se pueden usar varios métodos de control de las

filtraciones, que dependen de los requisitos para evitar la pérdida de agua. El objetivo de las cimentaciones es permitir el paso libre de la corriente y disipar la presión sin que se altere la estructura. La clasificación más común que se usa en la discusión Materiales :

de los procedimientos de construcción se basa en los materiales que forma la estructura. En esta clasificación también se menciona el tipo básico de proyecto como, por ejemplo, para presas de concreto de gravedad y las tipo arco.


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CLIMA Y SISMICIDAD La lluvia puede ser un obstáculo serio para compactar el suelo en forma controlada. Pero cuando la construcción se realiza en un ambiente cálido influye en los suelos limosos. Ambas situaciones deben conocerse en la etapa de diseño para establecer normas de trabajo o modificaciones de la sección del borde que se hagan posible la correcta ejecución de la estructura. La sismicidad de la región puede aconsejar que se deseche la construcción, de una cortina por el procedimiento hidráulico, ya que el material se coloca saturado y en estado suelto. Salvo casos particulares, los suelos compactados en terraplenes de baja altura, aunque se encuentren saturados, exhiben un comportamiento satisfactorio bajo las acciones de los sismos intensos debido a que son expansivos. La presencia de limos no plásticos y arenas finas uniformes y en condisiones sueltas bajo una obra hidráulica, puede llevar a rechazar el sitio elegido por el peligro de licuación. Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA

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CO NST RU CC IÓN: El rápido progreso de los

conocimientos sobre la mecánica de los suelos, se ha traducido en un gran adelanto en el conocimiento de los factores que influyen en la transformación de la tierra suelta y el material estructural. Los progresos futuros en el campo de las terracerias, dependen no solamente de la mecánica de suelos y de la ingeniería de la cimentación, sino también de los buenos métodos de construcción.


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PRESAS ALIGERADAS En las presas aligeradas, para resistir el empuje del agua, se reemplaza la utilización de hormigón en grandes masas por un cuerpo resistente más liviano integrado por elementos estructurales tales como columnas, losas y vigas. La presión del agua, distribuida a lo largo de una superficie, se transforma en fuerzas concentradas y se "conduce" a los apoyos de la presa mediante elementos planos y lineales. Las presas del tipo aligeradas más conocidas son las de contrafuertes verticales .


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Los contrafuertes son especies de costillas estructurales perpendiculares al eje de la presa, que se unen hacia aguas arriba con losas de hormigón que "sostienen" el agua, reciben su empuje y lo "transmite" a los contrafuertes, los que a su vez trasladan los esfuerzos a las fundaciones de la presa.


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PRINCIPALES PRESAS DEL PERU PRESA

MAL PASO SAN LORENZO EL FRAYLE TINAJONES

AGUADA BLANCA TABLACHACA POECHOS CONDOROMA

UBICACION (RIO)

ALTURA (m)

JUNIN (MANTARO) PIURA (CHILIPICO) AREQUIPA (BLANCO) LAMBAYEQUE (QDA. AREQUIPEÑA)

70 57 74

AREQUIPA (CHILI) HUANCAVELICA (MANTARO) PIURA (CHIRA) AREQUIPA (COLCA)

GALLITO CIEGO

CAJAMARCA (JEQUETEPEQUE)

YURACMAYO

LIMA (BLANCO)

TIPO TIERRA Y ENROCADO TIERRA Y ENROCADO CONCRETO EN ARCO

AÑO DE PUESTA EN SERVICIO

PROPOSITO

1936

ENERGIA

1958

IRRIGACION

1961

IRRIGACION

40

TIERRA

1968

IRRIGACION

45

ENROCADO CON PANTALLA DE ACERO

1971

IRRIGACION

80

CONCRETOGRAVEDAD

1972

ENERGIA

48

TIERRA

1975

IRRIGACION

92

TIERRA

1985

IRRIGACION

112

TIERRA Y ENROCADO

1987

IRRIGACION

1992

ENERGIA Y AGUA POTABLE

56

TIERRA


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LAS PRESAS MAS IMPORTANTES DE MEXICO


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Presa

Capacidad (millones de metros cúbicos-MMC)

La Angostura (Belisario Domínguez) Nezahualcóyotl (Malpaso) Chicoasén (Manuel Moreno Torres) Infiernillo Presidente Miguel Alemán (Temascal) Internacional La Amistad Aguamilpa Miguel de la Madrid (Cerro de Oro) Internacional Falcón Álvaro Obregón (Oviachic)

20,217 14,028 11,883 11,860 9,106 7,000 7,000 5,380 4,908 4,200

Presidente Adolfo López Mateos (Humaya)

4,064

Lázaro Cardenas (El Palmito) Miguel Hidalgo (El Mahone) Presidente Plutarco Elías Calles

4,438 4,030 3,676 Msc. RICARDO NARVAEZ ARANDA

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SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA Los principales factores involucrados son los siguientes:

a) Factores topográficos (forma del valle): •

Valle en V



presa de arco

•

Valle en U



presa de gravedad o terraplén

•

Si B/H

•

Si B/H varía entre 4 y 7

•

Si B/H

<4 >7



arco 

arco grueso; arco gravedad

gravedad; contrafuertes, terraplén



Msc. RICARDO NARVAEZ

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SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA •

b) Calidad de la roca: Los niveles promedio de esfuerzo transmitidos por las presas a la fundación son los siguientes:

Presión o Esfuerzo de Presa

Roca o Fundación



•

Presa con contrafuertes:

7 MN/m2

•

Presa de gravedad:

4 MN/m2

•

Presa de arco:

10 MN/m2

•

Presa de terraplén:

2 MN/m2


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DETERMNACION DE LA ALTURA DE LA PRESA Se debe tomar en cuenta: •

•

Nivel alcanzado en el reservorio durante el tránsito de la avenida de diseño en el vaso. Sobre elevación por empuje del viento (wind set-up). S

•

•

Acción de las olas

V 

2

F cos

6200 D

Disposición de un margen libre adecuado. Una estimación preliminar del margen libre es la siguiente:


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