HIDROMECANICA
Contenido INTRODUCCION ................................................................................................................................... 2 TEMA : FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE UNA PRESA A GRAVEDAD .................. ........................... .................. .................. ................. ........ 3 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 3 OBJETIVO GENERAL: ........................................................................................................................ 3 OBJETIVOS ESPECIFICOS: ................................................................................................................. 3 MARCO TEORICO ................................................................................................................................. 3 PRESA DE GRAVEDAD ...................................................................................................................... 3 Fuerzas en una presa de gravedad .................................................................................................. 3 Fuerzas actuantes ............................................................................................................................ 3 1. Peso propio.............................................................................................................................. 4 2. Presion hidrostatica ( ea ) ........................................................................................................ 4 3. Subpresión ............................................................................................................................... 6 4. Empujes de tierras, sedimentos o azolves ( Et ............ ..................... ................... ................... .................. .................. .................. .............. ..... 7 5. Fuerzas sísmicas ...................................................................................................................... 7 6. Peso del agua sobre el paramento de aguas abajo .................. ........................... .................. .................. .................. .................. ........... .. 8 7. Presión negativa entre el manto de agua ag ua y el paramento ................... ............................ .................. .................. ................. ........ 8 8. Rozamiento del agua con el paramento de descarga ............... ........................ .................. .................. .................. .................. ........... 8 9. Choque de las olas y cuerpos flotantes ................................................................................... 8 10. Presión del hielo .................................................................................................................... 9 11. Relación del terreno .............................................................................................................. 9 VALORES DE TENSIONES DE COMPRESION MAXIMAS ADMISIBLES DE MATERIALES Y SUELOS .. 10 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 10 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................... 10
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INTRODUCCION
Una presa de gravedad de hormigón es una estructura dimensionada de forma que su propio peso resiste las fuerzas que se ejercen sobre ella. Cuando esta construida sobre un buen cimiento, una presa de hormigón es una estructura duradera que necesita poco gasto de mantenimiento. En este trabajo, se estudian principalmente las fuerzas que actúan sobre la presa de gravedad y sus ecuaciones de equilibrio.
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HIDROMECANICA
TEMA : FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE UNA PRESA A GRAVEDAD
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL:
Conocer y estudiar las Fuerzas que actúan sobre una presa a gravedad.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Incrementar el nivel de conocimiento acerca de las fuerzas sobre una presa
Conocer los procesos que se realizan para el cálculo de dichas fuerzas.
MARCO TEORICO
PRESA DE GRAVEDAD
Una presa de gravedad es una presa de gran tamaño fabricada con mampostería, hormigón o piedra. Están diseñadas para contener grandes volúmenes de agua. Mediante el uso de estos materiales, el peso de la presa por sí sola es capaz de resistir la presión horizontal del agua empujando contra ella. Las presas de gravedad están diseñadas de modo que cada sección de la presa sea estable e independiente de cualquier otra sección de la presa.(1) Fuerzas en una presa de gravedad Las presas de concreto son estructuras de dimensiones tales, que por su propio peso resisten
las fuerzas que actúan en ellas. Si se construyen en cimentaciones buenas, las presas sólidas de concreto son estructuras permanentes que requieren poca conservación. Las presas del tipo de mampostería fueron superadas por mucho por las del tipo de concreto ciclópeo, que fue el procesador de la presa moderna de concreto del tipo gravedad. (1) Fuerzas actuantes En el proyecto de presas de gravedad hay que determinar las fuerzas que se suponen van a
actuar sobre la estructura. Las fuerzas que han de tenerse en cuenta en presas de gravedad del tipo de pequeñas alturas son las debidas a:
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1. Peso propio. 2. Presión hidrostática. 3. Subpresión. 4. Empuje de sedimentos o azolves. 5. Fuerzas sísmicas. 6. Peso del agua sobre el paramento de aguas arriba. 7. Presión negativa entre el manto de agua y el paramento de aguas abajo. 8. Rozamiento del agua con el paramento de descarga. 9. Choque de olas y cuerpos flotantes. 10. Presión del hielo 11. Relación del terreno
1. Peso propio. Se calculará de acuerdo con el material del banco empleado, pero para
fines de anteproyectos, se consideran los siguientes valores, que suelen ser conservadores.
(2) 2. Presion hidrostatica ( ea ) Se considera la presión del agua que actúa sobre el
paramento de aguas arriba de la cortina. Cuando el paramento de arriba no sea vertical el empuje del agua que obra normal a ese paramento se descompone para efectos de cálculo de un empuje horizontal y una componente vertical que viene siendo el peso de la cuña de agua. Es claro que el peso del agua se elimina cuando se tiene un talud vertical. Si la condición de estabilidad de la cortina es derramada con el gasto máximo de diseño, el
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diagrama de presiones deberá ser el 1 - 2 - 3 - 4 cuyo valor de empuje es:
( H T - H )
E a = p1 + p2 /2
P1 = WH ; P 2 = W HT
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Donde: P1 = Presión paramento aguas arriba. P2 = Presión paramento aguas abajo. Ea = Presión hidrostática. Ht = espesor de tierra o sedimentos. H = Altura del N.A.M.E. W = Peso específico del agua
El punto de aplicación de este empuje se localiza en el centroide del diagrama trapecial, es decir:
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X = h/3 (( 2P1 + P2 ) / P1 + P2 )
Cuando el nivel de agua se considera hasta la cresta vertedora, el diagrama que debe de tomarse será, a b c a, cuyo valor de empuje es:
Ea = Wh2/2
EXTERNA La presión externa que actúa sobre una presa que no es vertedora
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Sobre las presas vertedoras sin dispositivo de control, la presión horizontal sobre el paramento de aguas arriba es representado por un trapezoide ( abcd ) en la figura IV.1 en la que las presiones unitarias en la parte superior y en la parte inferior son iguales, respectivamente. La línea de acción de fuerza pasa por el centro de gravedad del trapezoide.
La presión interna o subpresión: Se presenta como presión interna en los poros, grietas y hendiduras tanto de la presa como de su cimiento. Es evidente que estos espacios de la presa o de la cimentación estarán llenos de agua, la cual ejerce presiones en todas direcciones. Esta presión puede tener un efecto importante en la estabilidad de la presa y debe de incluirse en el análisis. (2) 3. Subpresión Es una presión debida al agua de filtración que actúa en la cimentación de la
cortina con sentido de abajo hacia arriba, y por lo tanto, es desfavorable a la estabilidad de la cortina.Para determinar su valor en la cimentación de las presas, se debe de estudiar primeramente lo que se llama " longitud de paso de filtración”. También se indicaran las medidas tendientes a disminuir el valor de la sub presión. (2)
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4. Empujes de tierras, sedimentos o azolves ( Et ) Debido a los azolves y acarreos en
general, que deposita la corriente de aguas arriba de la cortina, se tendrá una presión sobre el paramento correspondiente que deberá tomarse en cuenta. Aún cuando existe el canal desarenado, no es posible evitar la mayoría de los casos el depósito de esos materiales, sobre todo el terreno del cauce y también en el margen que no tenga desarenador. (2) El empuje de estos materiales se valúa en forma aproximada empleando la fórmula de Rankine:
E T = 0.5 g ht2 tan2 ( 45 - f /2 ) Donde : Et = Empuje activo de tierras o sedimentos en Kg. ht = Espesor de tierra o sedimentos, en m. f = Angulo formado por la horizontal y el talud natural de los acarreos.
Para la grava f = 34º aproximadamente. g = Peso del material sumergido en el agua. Este peso g se calcula con la siguiente expresión:
g = g ´ - w ( 1-K )
Donde: g ´ = Peso del material fuera del agua o seco en Kg/cm3 w = Peso específico del agua 1,000 Kg/cm3 K = Porcentaje de vacíos del material ( K = 0.30 )
Ahora bien, el depósito de acarreos sobre el paramento de aguas arriba de la cortina, puede formarse en una sola temporada de lluvias, o bien por las características del río, dicho depósito, tarda en algún tiempo en formarse. 5. Fuerzas sísmicas Como en la mayoría de los proyectos las cortinas suelen ser de poca
altura y relativamente de poco peso la fuerza debida de los temblores es despreciable. Cuando las cortinas llegan a tener altura considerable, el efecto de los temblores deberá tratarse como las cortinas altas para presas de almacenamiento. (2)
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6. Peso del agua sobre el paramento de aguas abajo Este peso, es relativamente pequeño
y en general suele despreciarse, porque además, actúa a favor de la estabilidad de la cortina. Su valor, teóricamente se anula, cuando se diseña la cortina con un cimacio Creager o parabólico ya que en estas condiciones, teóricamente la lámina vertiente no ejerce ninguna presión sobre la cortina, puesto que el perfil del cimacio se aproxima a la trayectoria del chorro. (2) 7. Presión negativa entre el manto de agua y el paramento Se presenta cuando el manto
del agua que se despega del paramento de aguas abajo y no se halla previsto una buena aireación de dicho manto. Esta presión es debida al vacío que se produce bajo la lámina vertiente, cuando el aire en sitio es arrastrado por la corriente y cuando su magnitud es despreciable en la mayoría de los casos; en otros su valor puede ser tal que ocurran fenómenos de cavitación, corroyendo el paramento de la cortina. En vez de considerar el valor de esta presión en la revisión estructural de la cortina, lo viable es evitar que tengan en el sitio señalado presiones negativas y obviamente esto se logra construyendo un perfil parabólico adecuado. (2) 8. Rozamiento del agua con el paramento de descarga
Su valor es pequeño y despreciable, prácticamente se hace nulo por la forma que se adopta para el perfil del dique vertedor. (2) 9. Choque de las olas y cuerpos flotantes
Debido al poco "fetch" que se tiene en algunas presas y la poca altura; los fenómenos de oleaje son pequeños y la acción dinámica de las olas no se toman en cuenta. Tampoco el choque de los cuerpos flotantes. (2)
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10. Presión del hielo
La presión del hielo es producida al dilatarse la lámina de hielo combinada con el arrastre del viento. Es difícil valuar esta presión, por que es función de muchos factores y así se dice que su magnitud depende del espesor de la lámina congelada, de la rapidez con la que se eleva la temperatura, fluctuaciones del nivel del agua, velocidad del viento, así como la inclinación del paramento aguas arriba de la cortina. En México no se consideran esta fuerza por que las heladas no son tan intensas como para congelar el agua de las presas. (2) 11. Relación del terreno
Para que exista la estabilidad de la cortina, bajo cualquier condición de fuerzas horizontales y verticales, que actúan en ella se deberá oponer otra producida por la relación del terreno, que deberá ser igual y contraria a la resultante de la combinación de todas las demás cargas que actúen sobre la cortina. El terreno deberá tener capacidad de carga mayor a la solicitada. (2)
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VALORES DE TENSIONES DE COMPRESION MAXIMAS ADMISIBLES DE MATERIALES Y SUELOS
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CONCLUSIONES
Se determinó que el estudio de las fuerzas sobre una presa a gravedad son muy importante ya que se obtuvieron conocimientos sob re los cálculos de las mismas.
Se puede deducir si se realiza un mal cálculo sobre las fuerzas que influyen en una presa, puede causar daños incluso el colapso de la misma.
BIBLIOGRAFIA
(1) Navarro, J. L. G. (1932). Saltos de agua y presas de embalse.
(2) Streeter, V. L., Wylie, E. B., Bedford, K. W., & Saldarriaga, J. G.
(1963). Mecánica de los fluidos. Ediciones del Castillo.
(3) Ortíz, J. E. D. (2006). Mecánica de los fluidos e hidráulica. Universidad del
valle.
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