UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA ÁREA ACADÉMICA DE INGENIERÍA LICENCIATURA EN INGENIERÍA CIVIL OBRAS HIDRAULICAS
PRESAS DE ARCO Y CONTRAFUERTES ALUMNO: 281784 OR ORTI TI !UIROGA CARLOS HUMER HUMERTO TO
“Presa de Arco-Gravedad.” Algunas presas de gravedad son ligeramente curvas en planta por razones estéticas o de otro tipo, sin confiar en la acción del arco para su estabilidad. Cuando se introduce deliberadamente un pequeño grado de acción de arco en el diseño, permitiendo un perfil mucho más delgado, debe emplearse el término de arco-gravedad que da origen a este tipo de presa. ambién se conoce con el nombre de presa arqueada, presa de gravedad curva o presa de arco-gravedad este tipo de presas combina caracter!sticas de las presas de arco " las presas de gravedad " se considera una solución de compromiso entre los dos tipos. iene forma curva para dirigir la ma"or parte del esfuerzo contra las paredes de un cañón o un valle, que sirven de apo"o al arco de la presa. Además, el muro de contención tiene más espesor en la base " el peso de la presa permite soportar parte del empu#e del agua. $ste tipo de presa precisa menor volumen de relleno que una presa de gravedad. A continuación se muestra una imagen vista en planta de una presa de arco-gravedad%
Ilustración 1 Presa de arco gravedad
Como e#emplo de este tipo de presas podemos hacer mención a la & Presa Hoover” una presa de arco gravedad ubicada en el curso del r!o Colorado, en la frontera entre los estados de Arizona " 'evada ($$. )).*. $stá situada a + ilómetros al sureste de as /egas. •
Altura% 001,+ m.
•
ongitud% 234, 0 m.
•
5rosor 066 m en su base, 17 m en la coronación.
• •
8rea del lago embalsado% 924 m: /olumen embalsado% 27,2 m;
Ilustración 2 Presa Hoover vista desde las
alturas
“Presa de Arco.” $s aquella en la que su propia forma es la encargada de resistir el empu#e del agua.
Ilustración 3 Distribución de fuerzas en una presa de arco
Como e#emplo de este tipo de presas podemos hacer mención del embalse de “El Atazar” es el ma"or de la Comunidad de =adrid " de la cual podemos hacer mension de los siguientes datos% • • •
A"#$%& '( "& )*%#+,&: 1-4. capacidad de +07,2 hm; superficie% 1636 ha
Ilustración 4 Ilustración 3 Presa "El Altazar" !adrid Espaa
“Presa de Arco-bóveda.” as cortinas en arco con doble curvatura, también conocidas como de arco bóveda, tienen una geometr!a comple#a, con variaciones tanto en su vista vertical como en la horizontal. )na geometr!a preliminar puede ser seleccionada a través de nomogramas, sin embargo un diseño detallado requiere de modelación f!sica o matemática. >on recomendables para reducir el efecto de fle?ión " torsión en sus elementos, distribu"en en forma uniforme, tanto a lo largo como a lo ancho@ las fuerzas de presión actuantes en ella. ienen un espesor pequeño respecto las cortinas con otras curvaturas " aumenta de la corona a la base de ésta, presentan una sección con pendiente en su paramento mo#ado, la intención de esto es aprovechar el peso del agua como una fuerza que a"uda a la estabilidad de la cortina.
Como este tipo de podemos mención de Cajón” en onduras la siguientes datos% • • • •
Ilustración # $ortina de Arco con doble curvatura
e#emplo de presas hacer la presa “El cual posee los
Altura% 009 m ong. uperficie% 4+ m 0
Ilustración % Presa "El $a&ón" Honduras
“Clasificación de las presas de arco por su forma”
a forma del arco de estas cortinas es mu" variable, su forma se diseña a partir de un análisis esfuerzos-deformaciones, sin embargo de acuerdo a su curvatura pueden ser clasificadas en 0 tipos básicos% •
Badio o centro constante 8ngulo constante
“adio o centro constante” or lo que, las cortinas con radio constante tienen un paramento mo#ado vertical con radio constante mientras que en su paramento aguas aba#o el radio va variando con la elevación. $ste tipo de cortinas no son las más económicas en cuanto a volumen, sin embargo representan una buena opción por su simplicidad de análisis " facilidad constructiva. $n una boquilla simétrica se tienen que el volumen óptimo para la construcción de estas cortinas se logra para un ángulo de curvatura de 122D para todas las elevaciones, sin embargo en la práctica este ángulo resulta ser menor de 116D.
Ilustración ' $ortina de (adio $onstante
as cortinas de radio o centro constante son diseñadas a partir de la teor!a del cilindro delgado, su inclinación es pequeña o nula en su paramento mo#ado " por lo mismo se recomienda en boquillas con forma de ), donde las cargas también son transmitidas en su base.
“An!ulo constante” $l diseño de cortinas con ángulo constante es un poco más comple#o que el de aquellas con radio constante. >us radios van reduciendo de la cresta a la base " el espesor de la cortina es ma"or en la cresta, esto a"uda a reducir la inclinación del paramento mo#ado "a que una pendiente mu" pronunciada la vuelve inestable. $stas cortinas se adaptan me#or a boquillas con forma de /.
“"#todo de arco de prueba.”
Ilustración ) $ortina de Angulo $onstante
muro o de car!as
$ste método supone que las cargas actuantes en la cortina son soportadas por elementos verticales " horizontales que permiten movimientos iguales en los puntos de intersección de estos elementos. a presa se divide en elementos de arco formados por la intersección de planos horizontales " en cantiliver formados por la intersección de planos verticales.
Ilustración * Intersección de los ele+entos Arco , cantiliver (eferencia -(H
An$lisis del elemento cantiliver %
ara iniciar el análisis, éste método considera que tanto el arco como el cantiliver traba#an independientemente. os cantiliver están espaciados una unidad medida verticalmente a partir del e#e de la cortina, si la cortina es simétrica es posible analizar Enicamente la mitad de sus elementos, por el contrario si es asimétrica es indispensable estudiar a todos ellos. as propiedades mecánicas " geométricas, se determinan para cada elevación correspondiente a cada elemento, se analizan con una distribución de cargas unitarias triangulares normales que decrecen en valor, cuanto más se apro?iman al l!mite del elemento, otras más aplicadas radialmente tanto aguas arriba como aguas aba#o del elemento. Además de estas cargas, son consideradas las cargas unitarias tangenciales, que son fuerzas de cortante aplicados a lo largo de la l!nea central del cantiliver " sus cargas unitarias triangulares de torsión consisten en momentos torsionantes sobre planos horizontales aplicados en la l!nea horizontal del cantiliver. $stas cargas producen tres efectos principales%
• • •
a defle?ión radial os movimientos tangenciales as rotaciones en los cantilivers
a defle?ión radial, se calcula por medio del análisis mecánico de una viga en voladizo en la que se consideran la fuerza de fle?ión, cortante " los asentamientos de la cimentación. >u valor corresponde a la suma de las contribuciones originadas por momentos fle?ionantes " fuerzas cortantes. os momentos tangenciales son los producidos por las fuerzas tangenciales cortantes " las rotaciones son producidas por los momentos de torsión en el plano horizontal del elemento más la rotación de los elementos que lo rodean. An$lisis del arco
os elementos horizontales están determinados por dos planos horizontales, separados una unidad por las caras aguas arriba " aguas aba#o de la cortina. as caras aguas arriba " aguas aba#o se suponen verticales para facilitar su análisis@ las fle?iones " esfuerzos se consideran como vigas curvas. >e consideran las cargas actuantes unitarias triangulares o concentradas " entre ellas se considera el efecto del cambio por temperatura. Ajustes%
e realizan tres tipos de a#ustes% • • •
Badial angencial orsión
$l a#uste radial, como su nombre lo indica analiza los a#ustes radiales, para los desplazamientos tangenciales son analizados los movimientos verticales " rotaciones alrededor del radio, el a#uste por torsión analiza las rotaciones alrededor de e#es tangenciales " verticales. &ipos de an$lisis%
>e utilizan 2 tipos de análisis para este método% •
•
Análisis del Cantiliver central. >e basa en hacer un a#uste de defle?iones radiales " defle?iones de los arcos centrales Análisis de defle?iones radiales. Considera un con#unto de defle?iones radiales en algunos puntos representativos de arcos " cantiliver
•
Análisis completo. $ncuentra los desplazamientos angulares " lineales, por división radial, tangencial " torsión producidos por las cargas tanto en los cantilver como en los arcos.
Evaluación de esfuerzos%
Con el análisis matemático del método de cargas de prueba se obtienen las ecuaciones para la evaluación de los esfuerzos en cualquier punto de la cortina. $stas ecuaciones quedan e?presadas en términos de las fuerzas " momentos actuantes en los arcos " cantiliver.
“PE'A (E C)*&A+,E&E.”
as cortinas de machones o contrafuertes nacen de la idea de economizar material de construcción en las cortinas de concreto masivo, es decir en cortinas de tipo gravedad, su diseño también parte de una cortina elemental triangular@ sin embargo los cambios que estas presentan es en la forma de sus machones, como se e?plicará a continuación. Fste tipo de cortinas está compuesta por 0 elementos estructurales principales% - =achones Contrafuertes os machones son elementos estructurales que al #untarse forman la barrera que impide el paso a la corriente, estos elementos son sostenidos por elementos apo"ados perpendicularmente conocidos como contrafuertes, estos elementos transmiten las fuerzas actuantes a su cimentación, por ello es importante que este tipo de cortinas sean pro"ectadas para sitios con buena calidad de roca en la boquilla. $stas cortinas pueden ser clasificadas en base a dos caracter!sticas principales% - ipo de cabeza del machón - =aterial de construcción del contrafuerte os diversos tipos de cortinas de contrafuertes, clasificados por su machón o cubierta son% • • • • •
=achones de cabeza sólida,
Ilustración 1. pri+er cortina de +ac/ones de cabeza redonda Presa Don !art0n (0o -alado $oa/uila !ico .
Cabeza redonda, tipo 'oetzli Cabeza de diamante Cabeza en
Ilustración 11 tipos de cabeza de +ac/ones
Conclusiones
C*, "& %(&"+/&)+0, '( "& &,#(%+*% +,(#+3&)+0, ( $'* ""(3&% & )*.%(,'(% )*, .&5*% 6&)+"+'&' "* $( *, "& %(& )*, 6*%.& '( &%)* 5 '( )*,#%&6$(%#( A,&"+/&,'* $ )"&+9)&)+*,( 5 "& 6*%.& $( (#, %((,#&, '((,'+(,'* '( "& )&%&)#(%;#+)& 5 )*,'+)+*,( '(" #(%%(,*< &'(. '( $( ( %*6$,'+/* (, "& )*.%(,+0, '( $,* '( "* .=#*'* .$5 )*.>,.(,#( $#+"+/&'* &%& (" &,"++ '( "& (#&?+"+'&' '( "& )*%#+,& (, (#( )&* 6$( (" .=#*'* '( &%)* .$%* * #&.?+=, )*,*)+'* )*.* (" .=#*'* '( )&%3& '( %$(?&
+uentes de consulta Presa curvada de gravedad @+, 6()& R()$(%&'* (" 2 '( O)#$?%( '( 21
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