Obras Hidráulicas II– Ing. Liliam Maritza Huayta
S 4421-0
PRESAS DE CONTRAFUERTES
1. ANTECEDENTES
El contrafuerte como elemento estructural fue utilizado desde épocas muy remotas. En obras hidráulicas los primeros ejemplos conocidos son romanos, bien en presas, como la de Consuegra en la provincia de Toledo o en depósitos como el del abastecimiento de Andelos en Navarra y, seguramente, en algunos otros casos. En la Edad Media los contrafuertes son elementos importantes en la arquitectura románica y gótica. Las presas de contrafuertes vuelven en el Renacimiento y en España están dos del Siglo XVI de las primeras conservadas. Una verdaderamente notable, es la de Trujillo, obra del arquitecto Francisco Becerra y la otra, con contrafuertes interiores, la presa de Ontigola cerca de Aranjuez, en cuyo proyecto y construcción intervinieron Juan Bautista de Toledo y Juan de Herrera. Con esta última se reanudó una tradición de embalses de recreo, interrumpida desde el Imperio Romano. En cambio, no quedan presas de esta época en el resto del mundo, aunque si dibujos y descripciones que, sobre todo, se refieren a Italia.
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Roberto Terrazas Perrogon – Ing. Civil
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2. PRESAS DE CONTRAFUERTES
Estas presas son construidas en valles anchos, y su costo en materiales es mínima. El concepto estructural de las presas de contrafuerte consiste en un paramento continuo aguas arriba soportado a intervalos regulares por un contrafuerte aguas abajo. En otras palabras, en las presas de contrafuerte la cara de la presa está sostenida por un conjunto de soportes (que por lo general son pilares triangulares) que refuerzan la presa en el lado aguas abajo sujetando la pared y transmitiendo las cargas que el agua impone en la presa y sujetando la misma, para luego transmitir dichas cargas a la base o suelo.
Como se puede observar en la imagen, conocemos que el embalse ejercerá una presión sobre la presa para contrarrestar esa presión se crearon los contrafuertes que ejercerán otra presión en sentido contrario que la del embalse así anulando la reacción al volteo, Estas presas precisan de un 35 a un 50% del hormigón que necesitaría una de gravedad de tamaño similar, ya que en vez de una gran masa de hormigón, se sustituye con los contrafuertes.
3. GEOMETRIA DE LAS PRESAS DE CONTRAFUERTES
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3. 1. SECCIÓN A
3. 2. SECCIÓN SIMPLE T
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3. 3. SECCIÓN DOBLE T
3. 4. SECCIÓN CAJÓN
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4. TIPO DE CONTRAFUERTES
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De la figura anterior mostrada, el tipo de la viga simple, mostrado en el inciso (a), es normalmente el más utilizado. La acción de la viga tipo continua mostrada en el inciso (b) es incierto ya que existe mucha desigualdad de presiones en las cimentaciones. También, se exige que en las juntas se minimice el encogimiento debido a los efectos de temperatura. Los autores no conocen ningún uso real para el tipo de contrafuerte mostrado en el inciso (c). El tipo del contrafuerte redondo mostrado en el inciso (d), fue propuesto en 1925. Las cabezas del contrafuerte se agrandan para abatir la anchura del palmo y las caras se encorvan, de tal manera que la presión de agua se transmite al contrafuerte en compresión. No se refuerzan las cabezas del contrafuerte. En el tipo del múltiple-arco mostrado en el inciso (e), la carga de agua es tomada por una serie de arcos inclinados que miden, por palmos, los espacios entre los contrafuertes. Los arcos se analizan según los principios establecidos. Si se encuentran tensiones se pueden utilizar tensores para refuerzo de la estructura.
5. DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES EN LAS CARAS DE LAS PRESAS
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6. PRESAS O CORTINAS TIPO CONTRAFUERTE
Las presas tipo contrafuerte e diseñan generalmente en suelos rocosos o semirocosos. Para suelos no rocosos se requiere construir una pantalla estabilizadora en el subsuelo. Las cortinas de este tipo pueden ser de 3 maneras:
De placa plana de hormigón armado
De arco múltiple de hormigón simple o hormigón armado
Masivas o machones
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7. ESPACIADO ENTRE LOS CONTRAFUERTES
Los huecos que quedan entre los contrafuertes consiguen un efecto drenante; al ser menor la subpresión, se puede tener igual estabilidad al deslizamiento, aunque se haya reducido la masa de hormigón. 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. El espaciado de los contrafuertes varía de acuerdo al h dela presa desde 4,6 m si h = 15 m, hasta 15 m para presas de H≥45,72 m
Los contrafuertes con espaciamientos muy cerrados pueden ser menos masivos y las losas delgadas, pero se necesita más cantidad de obra falsa.
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El mejor espaciamiento de contrafuertes es el que da el costo total mínimo. Las vigas de concreto o diafragmas para mejorar la rigidez entre los contrafuertes adyacentes o los contravientos de concreto, pueden utilizarse para resistir el pandeo de los contrafuertes.
8. LOSAS PARA LAS PRESAS DE CONTRAFUERTES
Una característica de la presa de losas planas es su articulación, es decir, la losa no está rígidamente unida al contrafuerte. La junta entre la losa y el contrafuerte se llena con asfalto o con algún compuesto para juntas flexibles. Esto permite que cada losa trabaje independientemente, y que los desplazamientos mínimos de la cimentación no dañen seriamente la estructura. Las presas de contrafuertes y losas planas se adaptan particularmente a los valles amplios, donde se necesita una presa de gran longitud y los materiales de la cimentación son de resistencia inferior.
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9. PRESAS DE CONTRAFUERTES CON ARCO MÚLTIPLE
Las cortinas están formadas por una serie de arcos o bóvedas que permiten mayor espaciamiento entre los contrafuertes.
Las primeras presas de este tipo fueron construidas con contrafuertes separados a cortas distancias, los cual implica espesores pequeños de bóvedas y contrafuertes esbeltos, con el peligro de falla por pandeo o efectos sísmicos, este tipo de cortinas requerían mayor cantidad de acero de refuerzo, mayor complicación de los colocados y gran cantidad de cimbra y obra falsa, entonces se optó por construir contrafuertes masivos y bóvedas grandes y con mayor espesor, en esta forma empleando hormigón de mayor calidad casi se elimina el acero de refuerzo.
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10. PRESAS DE CONTRAFUERTES TIPO AMBUERSE
Este tipo de cortinas, están conformados por losas planas, que se apoyan sobre los contrafuertes.
El espaciamiento de los contrafuertes varía con la altura de la presa, los contrafuertes con espaciamiento muy cerrados pueden ser menos masivos, y las losas delgadas, pero se necesita más cantidad de obra falsa y cimbra. El mejor espaciamiento de contrafuertes es el que da e costo mínimo. El cálculo de la losa se hace tomando en cuenta que se apoya libremente sobre los contrafuertes estos se hace con el objeto de que trabajen independientemente y no haya transmisión de esfuerzos. La junta entre la losa y el contrafuerte se llena con asfalto o con algún compuesto para juntas flexibles.
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11. SISTEMAS DE JUNTAS ENTRE LA LOSA Y EL CONTRAFUERTE
Este tipo de presas son construidas en valles amplios donde se necesita una presa amplia; si a cimentación no fuera buena, se adaptarían zapatas amplias, aunque esto puede incrementar la subpresion. En estudios preliminares, es común considerar que la losa consiste en una seria de vigas paralelas que trabajan independientemente una de la otra, como las vigas están simplemente apoyadas se calculan por los métodos normales de diseñar de hormigón armado. El espesos de la viga y la cantidad de refuerzo aumenta con la profundidad abajo del agua
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12. DIFERENCIA DE RIGIDEZ
Pueden haber la siguientes: Deformación por separado (izq.) y deformación conjunta (der.)
13. TENSIONES EN EL CONTACTO CON EL CIMIENTO
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VENTAJAS Y DEVENTAJAS
Requieren notablemente mayor superficie de encofrado, y además presentan mayores dificultades constructivas, debiendo ser el hormigón de mejor calidad. Se necesita medidas especiales para dar resistencia contra las solicitaciones sísmicas con excepción de las presas masivas de contrafuertes. En presas de múltiples arcos es evidente la retracción por la temperatura que cambia bruscamente no solo de los arcos sino de los contrafuertes. Se tiene dificultad para la disposición de aliviaderos. Estas presas se adaptan a diferentes tipos de cauce, sin embargo en lugares estrechos son no económicos por el volumen de hormigón, aun así son los más usados como las presas de materiales sueltos.
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