INDICE
1. RESUMEN EJECUTIVO.................. EJECUTIVO...................................... ........................................ ................................................................ .............................................. .. 1 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...................... PROBLEMA.......................................... ..................................................... ..................................... ....1 1 1.2. OBJETIVO GENERAL GENERAL Y ESPECIFICOS........................... ESPECIFICOS........................................................................ ................................................. ....1 1 1.3. CONCLUSIONES...... CONCLUSIONES......................... ....................................... ........................................ ........................................... ..................................... .................. .... 1 1.4. RECOMENDACIONES.... RECOMENDACIONES........................ ........................................ ........................................ ....................................................... ................................... 1 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...................... PROBLEMA.......................................... ............................................... ......................................... ................ ..2 2 3. OBJETIVO GENERAL GENERAL Y ESPECIFICOS........................... ESPECIFICOS.............................................. ....................................... ..................................... .................2 2 4. PROPUESTA PROPUESTA DE VALOR VALOR PARA PARA LA EMPRESA/PRO EMPRESA/PROYECTO YECTO O INSTITUCIÓN................... INSTITUCIÓN..............................2 ...........2 4.1. Defn!"n......................... Defn!"n............................................. ........................................ ........................................ ....................................... ............................... ............ 2 4.2. FUNDAMENTO FUNDAMENTO TEORICO............................ TEORICO............................................... ....................................... ............................................... ...........................4 4 4.2.1. PARTES ARTES DE UNA PRESA...................................... PRESA......................................................... ................................................... ................................ 4 4.2.2. COMPORT COMPORTAMIENTO DE LA PRESA DE GRAVEDAD...... GRAVEDAD.......................... ........................................ ........................ ....4 4 4.2.3. UNA PRESA DE GRAVEDAD GRAVEDAD SERA#............. SERA#................................. ........................................ ........................................ .................... $ 4.2.4. CRITERIO DE CARGA#...................... CARGA#.......................................... ........................................ ....................................... .............................. ........... $ 4.2.$. CONSIDERACIONES CONSIDERACIONES GENERALES GENERALES PARA LA UBICACIÓN UBICACIÓN DE LA PRESA.....................% PRESA.....................% 4.2.%. CIMENTACION CIMENTACION DE LAS PRESAS................................. PRESAS........................................................... ........................................ .................. ....& & 4.2.&. FUER'AS ACTUANTES ACTUANTES SOBRE LAS PRESAS DE CONCRETO......................... CONCRETO.................................. .........& & 4.2.(. LAS CARGAS PRINCIPALES# PRINCIPALES# S)n *+, -e ,e0e +!+n ,)e ,)e *+ e,!+ e,!+ 5 ,)n ,)n e,# ( 4.2.6. CARGAS SECUNDARIAS............ SECUNDARIAS................................ ........................................ ............................................. .................................... ........... ( 4.2.17. LAS CARGAS E8CEPCIONALES.. E8CEPCIONALES...................... ........................................ ....................................................... ..................................... 6 4.2.11. COMBINACION COMBINACION DE CARGAS............................................... CARGAS................................................................... .................................. ..............17 17 4.2.12. CALCULO CALCULO DE LA E8CENTRICIDA E8CENTRICIDAD.................. D..................................... ................................. ............................ .................... ...... 12 4.2.13. CALCULO CALCULO DE LOS ESFUER'OS............................. ESFUER'OS................................................. ............................................... ........................... 12 4.3. L+ ,0e,)n................ ,0e,)n.................................... ....................................... ................................................................ .................................................... ....... 1$ 4.4. J,f!+!"n.............................. J,f!+!"n.................................................. ........................................ ......................................... ................................... ................... ..... 1% 4.$. Re,*+9),.......... Re,*+9),.............................. ....................................... ....................................... ........................................ .................................. ....................... ......... 1% 4.%. C)n)!en), C)n)!en), Ne:),................................. Ne:),.................................................... .................................................... ......................................... ........ 1% 4.&. Re,*+9), Re,*+9), E,0e!;f!), 0++ 0n!0), <, +0*),................................ +0*),.............................................. ................ ..1% 1% $. CONCLUSIONES..... CONCLUSIONES......................... ........................................ ........................................ ....................................... .............................................. ........................... 1& %. RECOMENDACIONES.... RECOMENDACIONES........................ ........................................ ....................................... .................................................. ........................................ ......... 1& &. BIBLIOGRAFIA............... BIBLIOGRAFIA.................................. ....................................... ........................................ ........................................ ........................................ .................... 1( 1
(. ANE8OS............... ANE8OS................................... ........................................ ....................................... ....................................... ........................................ ............................. ......... 16
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1. RESUMEN EJECUTIVO 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Surge como necesidad de los habitantes del municipio de Azurduy ante la falta de sistemas de riego mejorados y disponibilidad del recurso agua en diversas fuentes para su uso en riego y por supuesto el establecimiento de sistemas productivos diversificados. El problema visible del municipio, dada la principal actividad de la zona como es la agricultura, es que no cuentan con la suficiente agua para riego de sus cultivos, por lo que se plantea la necesidad de solucionar el déficit de agua para riego, a través del diseño de una presa para almacenamiento del mismo.
1.2. OBJETIVO GENERAL Y ESPECIFICOS Objetivo Gee!"#. •
El objetivo general es el iseño de una presa de gravedad de forma que resulte econ!mica y que garantice seguridad y solidez para el proyecto.
Objetivo$ E$%e&'(i&o$. •
•
•
"rear condiciones de almacenamiento de agua y de esta manera asegurar la oferta h#drica para riego, generar condiciones de captaci!n, conducci!n y distribuci!n de agua, para una producci!n agr#cola bajo riego $ptimizar el uso de los recursos h#dricos de la zona con la implementaci!n de infraestructura de riego otar de riego permanente y seguro %riego &ptimo'.
1.). CONCLUSIONES Se diseñ! una presa de gravedad combinada y compuesta de dos dosificaciones de hormig!n para mejorar la econom#a del proyecto. (a estabilidad de la obra es comprobada con los diseños estructurales en una planilla en los ane)os, verificando la solidez de la obra y as# también reduciendo los resultados de la supresi!n que era lo que se buscaba. El almacenamiento se verifico con la simulaci!n del embalse con registro de datos hist!ricos y comprobar el correcto funcionamiento y uso del agua. Se comprueba con la hidrolog#a realizada la dotaci!n de agua de forma permanente y segura para los usos de riego que se le pretende dar. El costo de la obra se redujo en gran medida gracias a la optimizaci!n de materiales para el diseño tomando en cuenta que no comprometa la solidez y estabilidad de la presa, y sus componentes.
1.*. RECOMENDACIONES Se recomienda ahondar en la teor#a de drenajes en cuerpos de presas, para tener m*s conocimientos para reducir la subpresion en estas obras de gran tamaño. Se recomienda realizar en proyectos similares, la hidrolog#a de forma completa y correcta porque es la base de realizar un diseño completo y optimo en proyectos de presas. Se recomienda realizar los estudios necesarios de geolog#a y geotecnia del lugar de emplazamiento para presas, verificando as# que el terreno tenga las cualidades necesarias para soportar una obra de estas magnitudes.
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2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Surge como necesidad de los habitantes del municipio de Azurduy ante la falta de sistemas de riego mejorados y disponibilidad del recurso agua en diversas fuentes para su uso en riego y por supuesto el establecimiento de sistemas productivos diversificados. El problema visible del municipio, dada la principal actividad de la zona como es la agricultura, es que no cuentan con la suficiente agua para riego de sus cultivos, por lo que se plantea la necesidad de solucionar el déficit de agua para riego, a través del diseño de una presa para almacenamiento del mismo.
). OBJETIVO GENERAL Y ESPECIFICOS Objetivo Gee!"#. •
El objetivo general es el iseño de una presa de gravedad de forma que resulte econ!mica y que garantice seguridad y solidez para el proyecto.
Objetivo$ E$%e&'(i&o$. •
•
•
"rear condiciones de almacenamiento de agua y de esta manera asegurar la oferta h#drica para riego, generar condiciones de captaci!n, conducci!n y distribuci!n de agua, para una producci!n agr#cola bajo riego $ptimizar el uso de los recursos h#dricos de la zona con la implementaci!n de infraestructura de riego otar de riego permanente y seguro %riego &ptimo'.
*. PROPUESTA DE VALOR PARA LA EMPRESA+PROYECTO O INSTITUCI,N 1.-. De(ii&i epende por completo de su propio peso para su estabilidad, es decir, las presas de gravedad son presas que resisten el empuje horizontal del agua totalmente con su peso propio. Su perfil es en esencia triangular, para asegurar estabilidad y evitar esfuerzos e)cesivos en la presa o su cimentaci!n. (as presas de gravedad hechas en concreto por lo general se utilizan para bloquear corrientes de agua a través de gargantas estrechas. A causa de que su peso es el que sostiene el agua del embalse, las presas de gravedad hechas de concreto tienden a usar grandes cantidades de concreto, lo cual puede ser costoso. +ero muchos prefieren su apariencia s!lida en lugar de las presas de arco o contrafuerte, que son m*s delgadas. (as presas de gravedad pueden ser construidas con llenos de tierra o roca o con concreto. ambién pueden estar hechas con concreto, las cuales suelen ser muy costosas porque requieren de mucho material para su elaboraci!n. -eneralmente la base de una presa de gravedad hecha de concreto es apro)imadamente igual a ./ veces su altura0 b 1 ,/ 2 h (a forma de una presa de gravedad se asemeja a un tri*ngulo. Esto se debe a la distribuci!n triangular de la presi!n de agua. En la superficie del embalse el agua no est* ejerciendo presi!n sobre la presa pero en el fondo, est* actuando la m*)ima presi!n. (a forma puede variar de manera insignificante, pero ninguna de estas formas puede ser utilizada para la simulaci!n de una presa de gravedad si no se conoce la forma e)acta.
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(a inclinaci!n sobre la cara aguas arriba hace que el peso del agua sobre la presa incremente su estabilidad. (as principales fuerzas que act3an 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. +ero también hay muchas otras fuerzas que pueden actuar sobre una presa de gravedad entre las cuales figuran0 •
• • • •
• • • • • •
+uede haber agua en el lado aguas abajo de la presa, la cual tendr* el mismo tipo de fuerzas verticales y horizontales sobre la presa que el agua en el lado aguas arriba. +resi!n hidrost*tica interna0 en poros, grietas y juntas. 4ariaciones de temperatura. 5eacciones qu#micas +resi!n de cieno, el cieno se re3ne con el tiempo en el lado de aguas arriba. El cieno provee cerca de 6,7 veces la presi!n horizontal del agua y dos veces su presi!n vertical. "arga del hielo en el lado de aguas arriba. "arga de oleaje en el lado de aguas arriba. "argas de sismo. Asentamientos de la fundaci!n o de los estribos. $tras estructuras en la parte superior de la presa0 compuertas, puente, carros. 8atiga del concreto %creep'0 eformaci!n del concreto cuando se encuentra bajo una carga constante por un largo per#odo de tiempo.
Adecuadas en valles amplios, desde que la e)cavaci!n sea menor de 7 a 6 m. Se acepta desgaste limitado de la roca. eben chequearse las discontinuidades de la roca con relaci!n al deslizamiento. ienen bajos esfuerzos de contacto. 5equieren de materiales que a veces toca importar como el cemento.
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1./. FUNDAMENTO TEORICO 1./.1. PARTES DE UNA PRESA
+artes que componen una represa son0 • • • •
E# e0b"#$e es el volumen de agua que queda retenido por la presa. E# v"$o es la parte del valle que se inunda y contiene el agua embalsada. L" &e!!"" es el punto concreto del terreno donde se construye la presa. L" %!e$" es el muro que debe soportar el empuje del agua y no permitir la filtraci!n del agua hacia abajo.
En la presa se destacan0 • • • •
•
•
•
•
Lo$ %"!"0eto$ el interior, que est* en contacto con el agua, y el e)terior. L" &o!o"&i es la superficie que delimita la presa superiormente. Lo$ e$t!ibo$ los laterales, que est*n en contacto con las paredes de la cerrada. L" &i0et"&i la superficie inferior de la presa, a través de la cual descarga su peso al terreno. E# "#ivi"e!o o ve!tee!o es una estructura que permite descargar agua e)cedente cuando la presa se llena. L"$ to0"$ son también estructuras hidr*ulicas pero de mucha menos entidad y son utilizadas para e)traer agua de la presa para un cierto uso, como puede ser abastecimiento a una central hidroeléctrica o a una ciudad. L" e$&"!3" e (oo permite mantener el denominado caudal ecol!gico aguas abajo de la presa. L"$ e$$"$ que permiten la navegaci!n 9a través9 de la presa.
1./.2. COMPORTAMIENTO DE LA PRESA DE GRAVEDAD Son 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 este debe ser muy estable capaz de resistir, el peso de la presa y del embalse. "onstituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren. Su estructura recuerda a la de un tri*ngulo is!sceles ya que su base es ancha y se va estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en 4
muchos casos el lado que da al embalse es casi de posici!n vertical. (a raz!n por la que e)iste una diferencia notable en el grosor del muro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que la presi!n en el fondo del embalse es mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendr* que soportar m*s fuerza en el lecho del cauce que en la superficie. El cuerpo de las presas de hormig!n, se compone de cemento, piedras, gravas y arenas, en proporciones variables seg3n el tipo de estructura y las partes de las mismas que se trate. (a 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. El diseño de cualquier presa se puede resolver solo si se consideran tres condiciones fundamentales0 garant#a de su estabilidad, control de filtraciones y disipaci!n de la energ#a en e)ceso del chorro vertido por la presa. +erfil te!rico. (as primeras presas de concreto se construyeron con perfiles bastante pesados de forma trapezoidal. Este perfil se fue desarrollando con el tiempo hasta llegar a un perfil triangular que resulta m*s econ!mico y que es el usado en la actualidad. Este perfil te!rico se convierte en un perfil pr*ctico al tener en cuenta algunas inclinaciones y correcciones determinadas por las condiciones de trabajo y estabilidad de las presas. El vértice del tri*ngulo del perfil te!rico se coloca al nivel normal del agua. El francés :aurice (evy fue el primero en fijar los criterios que actualmente se siguen para el diseño y bas*ndose en el perfil triangular propuso una sencilla formulaci!n para el dimensionamiento inicial de la presa. El perfil econ!mico busca encontrar el ancho m#nimo de la presa ;. Este perfil sin embargo, debe satisfacer dos condiciones0 +rimero, que no haya esfuerzos de tracci!n en el concreto y Segundo, que haya una suficiente estabilidad de todo el cuerpo de la presa al corrimiento por la cimentaci!n. (a primera condici!n es obligatoria puesto que el concreto débilmente resiste la tracci!n.
?h, %un cuarto de la presi!n hidrost*tica a la profundidad h'. Si esto no se cumple se e)ige una cara a presi!n hidroaislada. El vuelco no se suele chequear porque generalmente no es dominante.
1./.). UNA PRESA DE GRAVEDAD SERA • • •
Segura contra volcadura en cualquier plano horizontal dentro de la presa. Segura contra deslizamiento en cualquier lugar horizontal dentro de la presa. an proporcionada que las tensiones aceptables tanto en el hormig!n como en la fundaci!n no ser*n e)cedidas.
1./.*. CRITERIO DE CARGA entro de las cuales se encuentran0 •
(a roca que constituye la fundaci!n y estribos en el sitio es bastante fuerte para llevar las fuerzas impuestas por la presa con tensiones bajo del l#mite el*stico en todos los sitios a lo largo de los planos de contacto.
$
•
•
•
•
•
• •
El poder de porte de la estructura geol!gica a lo largo de la fundaci!n y estribos es bastante grande para llevar las cargas totales impuestas por la presa sin los movimientos de roca de magnitud perjudicial. (as formaciones de roca son homogéneas y uniformemente el*sticas en todas las direcciones, de modo que sus deformaciones puedan ser predichas satisfactoriamente por c*lculos basados en la teor#a de elasticidad, por medidas de laboratorio sobre modelos construidos de materiales el*sticos, o por las combinaciones de ambos métodos. El flujo de la fundaci!n se mece bajo las cargas sostenidas que son resultado de la construcci!n de la presa y el relleno del dep!sito suficientemente puede ser tenido en cuenta por usar un m!dulo algo inferior de elasticidad que de otra manera ser#a adoptado para el empleo en los an*lisis técnicos. (a base de la presa es cuidadosamente encallada en las formaciones de roca a lo largo de las fundaciones y estribos. (as operaciones de construcci!n son conducidas para asegurar una obligaci!n satisfactoria entre el hormig!n y materiales de roca en todas las @reas de contacto a lo largo de la fundaci!n y estribos. El concreto en la presa es homogéneo en todas las partes de la estructura. El concreto es uniformemente el*stico en todas las partes de la estructura. (a distribuci!n de las cargas en presas de mamposter#a pueden ser determinadas por la tra#da de las defle)iones calculadas de los diferentes sistemas de transferencia de carga de acuerdo con todos los puntos conjugados de la estructura.
1./.-. CONSIDERACIONES GENERALES PARA LA UBICACI,N DE LA PRESA "5 Co$ie!"&ioe$ to%o3!6(i&"$ (a presa debe tener la menor longitud posible, lo cual se logra ubic*ndola en cajones estrechos. En este caso la presa resultante suele ser de mayor altura para lograr el embalsamiento necesario que si se ubica en valles amplios. "ajones estrechos también dificultan la desviaci!n del cauce para la construcci!n de las obras resultando que las atagu#as y conducciones son m*s costosas y dif#ciles de construir. Es conveniente ubicar la toma de agua en la parte e)terna de la curva del cauce en caso de que la presa se sit3e en un tramo curvil#neo. n valle amplio permite la construcci!n de las obras en etapas. Si e)iste un r*pido en el cauce, resulta mejor localizar la presa aguas arriba de él, en zonas de m*s bajas pendientes. En cauces navegables, la presa debe tener la longitud suficiente para ubicar el vertedero, las esclusas de navegaci!n, y las escalas para peces.
b5 Co$ie!"&ioe$ 3eo#3i&"$ (a ubicaci!n de la presa se fija por la necesidad de aprovechar una buena cimentaci!n o estribaci!n. As# mismo, se requiere estabilidad de las laderas del embalse creado.
&5 Co$ie!"&ioe$ 7i!o#3i&"$ (a disposici!n rectil#nea de la presa se usa cuando con ella se logra suficiente 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 disposici!n rectil#nea en el caso de presas bajas localizadas en r#os de aguas limpias en que no se tema por sedimentos que produzcan islotes de forma que en +ocas de estiaje no se logre la derivaci!n del agua.
5 Co$ie!"&ioe$ 7i!64#i&"$
%
El sitio escogido debe facilitar la desviaci!n del cauce durante la construcci!n de las obras y la derivaci!n del r#o durante la operaci!n del proyecto. Si el cauce es navegable, la presa debe tener la longitud suficiente de forma que se pueda ubicar el vertedero y las esclusas.
e5 Co$ie!"&ioe$ e$t!4&t4!"#e$ (a disposici!n curva de la presa aumenta la distribuci!n de los esfuerzos hacia los estribos pero resulta m*s dif#cil constructivamente.
(5 Co$ie!"&ioe$ 3ee!"#e$ Se busca ubicar la presa pr!)ima al sitio de suministro. Esto no siempre es conveniente. +or ejemplo0 la altura de carga sobre las turbinas puede mermar a medida que se acerca la presa a la casa de m*quinas. +ara compensar esto, tocar#a aumentar la altura de la presa. "uando la soluci!n no es obvia, se requiere hacer la comparaci!n técnica y econ!mica considerando aspectos tales como la altura de la presa, la longitud, tipo y dimensiones de la conducci!n, pérdidas de carga y altura de presi!n disponible.
1././. CIMENTACION DE LAS PRESAS El @rea de la fundaci!n de la presa se debe limpiar totalmente removiendo todos los @rboles, malezas, ra#ces, piedras, tierra vegetal, basuras, materiales permeables, etc., hasta llegar a una capa de suelo resistente y adecuada. (a superficie obtenida para la fundaci!n deber* ser escarificada antes de comenzar a construir el terraplén. B (a cimentaci!n debe proporcionar un apoyo estable para el terraplén en todas sus condiciones de carga y saturaci!n. B ebe tener resistencia a la filtraci!n para evitar daños por erosi!n y pérdidas de agua. B El @rea de fundaci!n correspondiente a cauces de arroyos deber* ser limpiada, profundizada y ampliada hasta remover todas las piedras, grava, arena, y cualquier material indeseable. (a limpieza de los cauces se efect3a profundizando de manera que los taludes de la e)cavaci!n sean estables. B "uando se encuentre roca durante la preparaci!n de la fundaci!n, es importante que Esta quede perfectamente limpia removiéndose de su superficie toda costra o fragmento de roca. +ara esta operaci!n no se podr* emplear ning3n tipo de e)plosivos. B Es importante que se realice simult*neamente la preparaci!n de la fundaci!n y la e)cavaci!n para la tuber#a de toma de agua de acuerdo con las pendientes y dimensiones m#nimas indicadas en planos. B En esta etapa de la construcci!n es importante tomar todas las previsiones para controlar el agua hasta que se concluya la obra.
1./.8. FUER9AS ACTUANTES SOBRE LAS PRESAS DE CONCRETO
&
Sobre una presa act3an tres tipos de cargas0 las cargas principales, las cargas secundarias y las cargas e)cepcionales.
1./.:. LAS CARGAS PRINCIPALES So #"$ ;4e $ie0%!e "&t<" $ob!e #" e$t!4&t4!" = $o t!e$ " C"!3" e "34" Es debida a la distribuci!n hidrost*tica de presi!n y tiene una resultante horizontal de la fuerza +6. ambién e)iste componente vertical en el caso de que el espald!n de aguas arriba tenga un talud y las cargas equivalentes aguas abajo operasen en el espald!n respectivo'.
35 C"!3" e# %e$o %!o%io Se determina para un peso espec#fico del material. +ara un an*lisis el*stico simple se considera que la fuerza resultante += acta a través del centroide de presi!n. 8uerza vertical determinada por0 Fpp= γ hor · A
!nde0 γ hor =¿
+eso unitario del Cormig!n
A 1 @rea de secci!n transversal
75 C"!3" e i(i#t!"&i S4%!e$i (os patrones de infiltraci!n de equilibrio se desarrollar*n dentro y por debajo de la presa, por ejemplo, en los poros y las discontinuidades, con una carga resultante vertical identificada como un empuje e)terno e interno. Fsub= γ H 20 · H·
B 2
!nde0 γ h 2 o=¿
+eso unitario del agua
H 1 Altura de Agua B 1 ;ase de la +resa
1./.>. CARGAS SECUNDARIAS
(
+ueden ser temporales o no presentarse durante la vida 3til de la obra. Estas fuerzas son0
" C"!3" e $ei0eto$ (os sedimentos acumulados generan un empuje horizontal, considerado como una carga hidrost*tica adicional Fsed =γ sed · Hsed·
Hsed 2
· K A
!nde0 γ SED=¿
+eso unitario sumergido de los sedimentos
H sed 1 Altura de Sedimentos K A 1 "oeficiente de presi!n activa de 5anDine
i5 C"!3" 7i!oi60i&" e o"$ Es una carga transitoria generada por la acci!n de las ondas sobre la presa %generalmente no es importante'.
j5 C"!3" e 7ie#o Se puede desarrollar en condiciones clim*ticas e)tremas %generalmente no es importante'.
?5 C"!3" t@!0i&" %!e$"$ e &o&!eto5 Es una carga interna generada por las diferencias de temperatura asociadas con los cambios en las condiciones ambientales y con la hidrataci!n y enfriamiento del cemento.
#5
E(e&to$ ite!"&tivo$
Son internos, surgen de las rigideces relativas y las deformaciones diferenciales de una presa y su cimentaci!n.
05 C"!3" 7i!o$t6ti&" $ob!e #o$ e$t!ibo$ Es una carga interna de infiltraci!n en los estribos en una roca maciza. %Es de particular importancia en las presas de arco o de b!veda'.
1./.1.LAS CARGAS ECEPCIONALES Se presentan durante eventos e)tremos0 5 C"!3" $'$0i&" (as cargas inerciales horizontales y verticales se generan con respecto a la presa y al agua retenida debido a movimientos s#smicos F sis−h presa= P p · α h
!nde0 F sis−h presa=¿
8uerza s#smica horizontal +resa.
6
P p 1 +eso +ropio de la secci!n de la presa.
α h=¿
"oeficiente s#smico horizontal seg3n la zona s#smica.
F sis−v presa= P p · α v
!nde0 F sis− v presa=¿
8uerza s#smica vertical +resa.
P p 1 +eso +ropio de la secci!n de la presa.
α v =¿
"oeficiente s#smico vertical seg3n la zona s#smica.
F sis−hemb =0.66 ·C e · α h · H presa · γ H 2 O · √ H presa · H H 2 O
!nde0 F sis−h Emb =¿
8uerza s#smica horizontal Embalse.
Ce 1 8actor de presi!n s#smica
α h=¿ γ h 20=¿
"oeficiente s#smico horizontal seg3n la zona s#smica. +eso unitario del agua
H presa=¿
Altura de presa
H H 2 O=¿
Altura de agua contra la presa
F sis−v emb =
α h 1.5
· A H 2 O · γ H 2 O
!nde0 F sis−h Emb =¿
8uerza s#smica horizontal Embalse.
Ce 1 8actor de presi!n s#smica
17
α h=¿ γ h 20=¿
"oeficiente s#smico horizontal seg3n la zona s#smica. +eso unitario del agua
H presa=¿
Altura de presa
H H 2 O=¿
Altura de agua contra la presa
o5 E(e&to$ te&ti&o$ (a saturaci!n o las perturbaciones producidas por e)cavaciones profundas en rocas, pueden generar cargas como resultado de movimientos tect!nicos lentos. (a decisi!n de considerar todas las cargas secundarias y e)cepcionales o una combinaci!n de ellas depende de la e)periencia del ingeniero diseñador, de la importancia de la obra, y de su localizaci!n. (os diseños deben basarse en la m*s desfavorable combinaci!n de condiciones probables de carga. ebe incluirse solo aquellas combinaciones de carga que tienen probabilidad razonable de ocurrencia simult*nea.
1./.11.COMBINACION DE CARGAS (as presas de gravedad deben ser dice dadas para una combinaci!n adecuada de cargas que tengan en cuenta las condiciones m*s adversas que tengan posibilidad de ocurrencia Simultanea. (a siguiente tabla resume las combinaciones de carga propuestas productos de pr*cticas representativas en EA y 5eino nido. Su uso no es limitante sino que cada ingeniero debe decidir a discreci!n las combinaciones de carga que mejor reflejen la situaci!n de cada presa, incluyendo por ejemplo, carga muerta y embalse vac#o.
11
eniendo los valores de fuerzas resistentes y fuerzas de vuelco en diferentes situaciones pertinentes, con una sumatoria de momentos se determina la resultante de los momentos resistentes y de los momentos de vuelco para la verificaci!n de factores de seguridad al vuelco. F vuelco =
M resist M act
1.25
!nde0 F vuelco =¿
8actor de Seguridad al 4uelco.
M resist =¿
:omento de fuerzas 5esistentes.
M Act =¿
:omento de fuerzas Actuantes.
F h F v
F desli!amie"to =
1+
−0.05
# 0.75
( ) F h F v
∗0.05
!nde0 F desli!amie"to =¿
8actor de Seguridad al eslizamiento.
F h =¿
8uerzas totales horizontales.
F v =¿
8uerzas totales verticales.
F Friccio"al Corte=
C H · 10000 · B + F v · $ F h
4
!nde0 F %riccio"alcorte =¿
8actor de fricci!n al corte.
F h =¿
8uerzas totales horizontales.
F v =¿
8uerzas totales verticales.
C H =¿
"ohesi!n del hormig!n.
B =¿
;ase de la +resa.
12
$ =¿ Angulo de 8ricci!n interna del hormig!n.
1./.12.CALCULO DE LA ECENTRICIDAD e=
(∑ M +∑ M %av
des%av
) · 1000
F v
!nde0 e =¿ E)centricidad. M %av=¿
Sumatoria de :omentos favorables.
∑¿ M des%av =¿
Sumatoria de :omentos desfavorables.
∑¿
F v =¿
8uerzas totales verticales.
1./.1).CALCULO DE LOS ESFUER9OS " No!0"#e$ Ve!ti&"#e$ γ H 2 O · H & mi"=
10000
−& ' H (
3
!nde0 & mi" =¿ γ H 2 O=¿ H =¿
& ' H ( =¿
Esfuerzo permisible de agrietamiento por tracci!n. +eso espec#fico del Agua. Altura del agua hasta el
13
& 2=
F v · B
(
6 ·|e|
1)
B
)
10000
2si eJ0
& 2=
F v · B
(
1−
6 ·|e|
B
)
10000
2si eK0 F v & 2=
B
·
(
1+
)
6 ·|e|
B
10000
!nde0 & 2= ¿
Esfuerzo esfuerzos aguas arriba.
F v =¿
8uerzas verticales.
|e|= ¿ 4alor absoluto de la e)centricidad. B =¿ ;ase de la +resa.
2si eJ0 F v & 1=
B
·
(
1+
)
6 ·|e|
B
10000
2si eK0 F v & 1=
B
·
(
1−
6 ·|e|
B
)
10000
!nde0 & 1=¿
Esfuerzo esfuerzos aguas abajo.
F v =¿
8uerzas verticales.
14
|e|=¿ 4alor absoluto de la e)centricidad. B =¿
;ase de la +resa.
2Si los valores son positivos quiere decir que no hay tracciones.
b Co!t"te$ o!iot"#e$ * 1=
(
γ H 2 O · H 10000
)
−& 2 ·m
!nde0 * 1=¿
"ortante aguas arriba.
γ H 2 O=¿
+eso espec#fico del agua.
H =¿
Altura de la presa.
& 2= ¿
Esfuerzos
m=¿ +endiente del talud. * 2=
(
γ H 2 O · H 10000
)
−& 1 ·m
!nde0 * 2= ¿
γ H 2 O=¿
"ortante aguas abajo. +eso espec#fico del agua.
H =¿
Altura de la presa.
& 1=¿
Esfuerzos
m=¿ +endiente del talud.
& No!0"#e$ 7o!iot"#e$
(
& H −2=
γ H 2 O · H & 2− γ H 2 O · H 10000
+
10000
)
·m
2
1$
!nde0 & H − 2=¿
γ H 2 O=¿
Esfuerzo normal horizontal aguas arriba.
+eso espec#fico del agua.
H =¿ Altura de la presa.
& 2= ¿
Esfuerzos
m=¿ +endiente del talud.
(
& H −1=
γ H 2 O · H & 1− γ H 2O · H +
10000
10000
)
·m
2
!nde0 & H − 1=¿ γ H 2 O=¿
Esfuerzo normal horizontal aguas abajo.
+eso espec#fico del agua.
H =¿ Altura de la presa. & 1=¿ m =¿
Esfuerzos
E$(4e!o$ P!i&i%"#e$
(
& P−1=& 2 · ( 1+ m ) − 2
γ H 2O · H 10000
2
·m
)
!nde0 & P− 1=¿ γ H 2 O=¿
Esfuerzo principal aguas arriba.
+eso espec#fico del agua.
H =¿
Altura de la presa.
& 2= ¿
Esfuerzos
m=¿ +endiente del talud.
1%
& P−3=
γ H 2 O · H 10000
!nde0 & P− 3=¿
γ H 2 O=¿
Esfuerzo principal aguas arriba.
+eso espec#fico del agua.
H =¿ Altura de la presa. & P−2=& 1 · ( 1+ m
2
)
!nde0 & P− 1=¿ γ H 2 O=¿ & 1=¿
Esfuerzo principal aguas abajo.
+eso espec#fico del agua. Esfuerzos
m=¿ +endiente del talud.
1.8. L" $4b%!e$io " i$to!i" (a rotura de la presa francesa de ;ouzey, ocurrida en 6LM7, fue el detonante para que se introdujera el concepto de subpresi!n en el c*lculo de estabilidad de las presas, aunque se tardar#a, sorprendentemente, m*s de G años en empezar a comprender el fen!meno. En un principio se pens! que el empuje del agua bajo la presa se deb#a a la formaci!n de una grieta en el contacto, por la que entraba el agua, directamente desde el embalse. (a teor#a de la -rieta, ha llegado hasta los años L con bastante pujanza. Sin desdeñar la posibilidad, constatada en numerosos casos, de que aparezcan grietas en el pié de presa de aguas arriba, la subpresi!n se produce, de forma generalizada, por la naturaleza porosa tanto del hormig!n de la presa, como de la roca sobre la que apoya la estructura. A d#a de hoy se siguen aplicando antiguas reglas emp#ricas y obsoletas, y en alg3n caso manifiestamente err!neas para el c*lculo y dimensionamiento del drenaje.
b E$t"o e# A!te e los estudios recientes analizados por este grupo de trabajo, se desprende que la motivaci!n com3n de aquéllos, ha sido comprobar que los criterios de diseño universalmente admitidos sobre los efectos del drenaje, de la pantalla de impermeabilizaci!n o de cualquier otro método de control de las subpresiones, nunca han sido plenamente contrastados. :uchas presas antiguas, a la luz de las actuales e)igencias de seguridad y de los criterios tradicionalmente admitidos sobre la subpresi!n, obligan a actuar sobre ellas. n mejor conocimiento de los mecanismos de la subpresi!n y de su control, podr#an contribuir a obviar innecesarias actuaciones.
& P"t"##" e i0%e!0e"bi#i"&i
1&
Su profundidad puede variar entre el 6 N y varias veces la altura de la presaO y aunque est* universalmente admitido, que la correcta ejecuci!n de la pantalla de impermeabilizaci!n reduce las filtraciones bajo la presa, su influencia en la disminuci!n de la subpresi!n es todav#a un tema de debate. Efectivamente, aunque pantallas, de dos o tres l#neas de taladros de inyecci!n, muy bien ejecutadas, parece que pueden contribuir a disminuir la subpresi!n, no se les puede confiar, en e)clusiva, este cometido.
D!e"je odos los estudios confirman que un correcto drenaje es el medio m*s efectivo para conseguir la reducci!n de la subpresi!n.
e C"0bio$ e$t"&io"#e$ (os datos confirman que los cambios estacionales de temperatura pueden producir alteraciones significativas en la subpresi!nO los mayores valores se alcanzan en tiempo fr#o. (os cambios de temperatura pueden asimismo tener influencia sobre la falta de linealidad de los valores de la subpresi!n con respecto a la cota de embalse.
(
Mei" e #" $4b%!e$i
na conclusi!n muy importante, sobre la que volveremos m*s adelante es que la forma, bastante habitual, de medir la subpresi!n cerrando un dren y coloc*ndole un man!metro es una pr*ctica absolutamente descartable.
3 S4b%!e$ioe$ e e# &4e!%o e %!e$" A pesar de la importancia que tienen para la seguridad de la presa, pr*cticamente nunca se mide la presi!n intersticial en el cuerpo de presa. 1.:. J4$ti(i&"&i Este proyecto se realiz! con el fin de diseñar una presa como soluci!n al problema de déficit de agua en la poblaci!n de Azurduy para tal efecto, se realiz! el diseño de una presa de gravedad de Gm de alto en una ubicaci!n que no era de las mejores geol!gicamente, por lo cual requiri! el diseño de una presa combinada entre gravedad y un tramo de presa de tierra, esto porque el terreno no era lo suficientemente s!lido. A parte de realizar una presa combinada, con el fin de economizar en los costos de la presa de gravedad, dada la cantidad de hormig!n a utilizar, se determin! utilizar un n3cleo con un hormig!n m*s pobre y un recubrimiento de ./7m con un hormig!n m*s dosificado. Adem*s siendo un considerablemente gran volumen de hormig!n se tiene en cuenta que la supresi!n es un tema delicado, as# que se vio necesaria la inclusi!n de red de drenaje en el cuerpo de la presa, la teor#a indica que un correcto drenaje es el medio m*s efectivo para conseguir la reducci!n de la supresi!n.
1.>. Re$4#t"o$ (os resultados del actual diseño de presa con todas las caracter#sticas propuestas, brindan seguridad y cumplen con requerimientos de solidez y estabilidad, lo cual se estaba buscando.
1.1.
Coo&i0ieto$ N4evo$
1(
(os conocimientos adquiridos con este proyecto fueron los de pulir los conocimientos de estabilidad de presas de gravedad as# mismo la interacci!n para hacer una presa combinada entre una presa de gravedad y una presa de tierra para contrarrestar los problemas por la poca capacidad portante del terreno en esa ubicaci!n.
1.11.
Re$4#t"o$ E$%e&'(i&o$ %"!" %!i&i%io$ 06$ "0%#io$
Esto abre las puertas para conocimientos nuevos en el *rea de drenajes en el cuerpo de las presas, para conocer la correcta disposici!n de los drenes y as# disminuir la supresi!n.
-. CONCLUSIONES Se diseñ! una presa de gravedad combinada y compuesta de dos dosificaciones de hormig!n para mejorar la econom#a del proyecto. (a estabilidad de la obra es comprobada con los diseños estructurales en una planilla en los ane)os, verificando la solidez de la obra y as# también reduciendo los resultados de la supresi!n que era lo que se buscaba. El almacenamiento se verifico con la simulaci!n del embalse con registro de datos hist!ricos y comprobar el correcto funcionamiento y uso del agua. Se comprueba con la hidrolog#a realizada la dotaci!n de agua de forma permanente y segura para los usos de riego que se le pretende dar. El costo de la obra se redujo en gran medida gracias a la optimizaci!n de materiales para el diseño tomando en cuenta que no comprometa la solidez y estabilidad de la presa, y sus componentes.
/. RECOMENDACIONES Se recomienda ahondar en la teor#a de drenajes en cuerpos de presas, para tener m*s conocimientos para reducir la subpresion en estas obras de gran tamaño. Se recomienda realizar en proyectos similares, la hidrolog#a de forma completa y correcta porque es la base de realizar un diseño completo y optimo en proyectos de presas. Se recomienda realizar los estudios necesarios de geolog#a y geotecnia del lugar de emplazamiento para presas, verificando as# que el terreno tenga las cualidades necesarias para soportar una obra de estas magnitudes.
16
8. BIBLIOGRAFIA Co0i$i N"&io"# e# A34" 1>:25 Presas de México. M@i&o J"i0e P"!ee$ A#be!to = Mi34e# A3e# Fi34e!"$ Co!te 2:5 Aspectos Fundamentales para el Diseño de Presas Pequeñas M@i&o. E P!e$" US De%"!t0et o( t7e Ite!io!. 1>/5 Design of Small Dams Fi!$t Eitio. L4i$ To!!et Ro!i34e 1>:85 Nota sobre la estabilidad de las presas de Graedad Revi$t" e Ob!"$ P>*5 !bras "idr#ulicas Se34" ei&i. M@i&o Li04$". S"&7e B!ibie$&" Jo$e L. 1>8-5 $onsideraciones sobre el Funcionamiento "idr#ulico e "idrol%gico de las Presas Pequeñas. M@i&o So&ie" Mei&"" e Me&6i&" e S4e#o$. M"!$"# R"4# 1>8*5 Presas Pequeñas. Mei&o I$tit4to e I3eie!i" UNAM. Co0i$io Fee!"# e E#e&!i&i". 1>:5 Manual de Diseño de !bras $iiles& México.
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