PRESAS (1)

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INTRODUCCIÓN En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón omateriales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un ríoo arroyo con la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterioraprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el objetivo dederivarla a canalizaciones de riego, o para la producción de energía mecánica al transformar laenergía potencial del almacenamiento en energía cinética, y ésta nuevamente en mecánica alaccionar la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánica puede aprovecharsedirectamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energíaeléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas. En el presente trabajo trabajo daremos a conocer los estudios básicos para la ubicación y construcción de presas rígidas de concreto con los respectivos ensayos y parámetros geotécnicos, la cual nos permitirá planificar, diseñar y ejecutar satisfactoriamente.

GEOTECNIA GENERAL

Ing. VIDAL CALSINA COLQUI

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OBJETIVOS 1. Describir los diferentes ensayos aplicados a presas rígidas de concreto. 2. Determinar los parámetros geotécnicos para la elaboración de presas rígidas de concreto. 3. Determinar la ubicación y construcción de presas rígidas de concreto basados a los estudios de suelos y a la capacidad hidrológica de embalse.

GEOTECNIA APLICADA A PRESAS RIGIDAS DE CONCRETO MARCO TEORICO 1. PROPÓSITO DE LAS PRESAS | Esto se entiende cuando clasificamos a las presas por su función y su uso económico.

2. GEOTECNICA APLICADA A GRANDES PRESAS Es constante el incremento de las porciones de la presa de hormigón o materiales sueltos que se construyen actualmente en el mundo. Es, así mismo, cada vez más la necesidad de recurrir. Cuyas condiciones geotécnicas son pobres en su aspecto resistente. Explotación que en el campo tensional supone el aumento de altura de la presa, las condiciones estabilizan de los contornos de apoyo y tienen que basarse en un profundo estudio de comportamiento del conjunto presa – cimiento – agua. Entre las tres etapas por las que es necesario para llegar a la realización de tales obras: 

Observación de las presas existentes



Base técnico – teórica de la estimación de su estabilidad



Proyecto de la obra nueva.

3. PRESAS DE MATERIALES SUELTOS No son excesivos en número, los problemas de las presas de materiales sueltos que no puedan ser analizados en laboratorio. En lo que respecta a la cerrada, es la permeabilidad el principal de ellos, ya que el aspecto resistente queda relegado a probetas, si su estructura es granular, merced a las constantes mejoras de la técnica de toma de muestras inalteradas. Referente al cuerpo de la presa, son las compactaciones y las propiedades del material resultante, las que tienen que ser experimentadas (IN SITU), para su comparación con las deducidas en laboratorio con muestras consolidadas por los métodos convencionales. El conocimiento en este campo va unido, por consiguiente, al perfeccionamiento de los ensayos de laboratorio.

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3.1.

ENSAYO DE IDENTIFICACION

Bajo este epígrafe incluimos todos aquellos ensayos cuya misión es clasificar las tierras y esclarecer la composición mineralógica o estructura atómica de los suelos finos, entre ellos se encuentran: 

Limite de Atterberg



Granulometria



Analisisquimico en general



Análisis petrográficos



Analisis térmico diferencial



Difraccion por rayos X



Capacidad de cambio de bases



Espectroscopia por rayos infrarrojos

Los tres primeros son los más interesantes para el ingeniero, suficiente, en general, para sus propósitos. Solamente en casos especiales es preciso recurrir a los enumerados en último lugar, por ser suficientemente conocidos los primeros ya que son técnicas muy especializadas.

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3.2.

DENSIDAD Y HUMEDAD (COMPACTACIONES)

Las grandes ventajas que ofrecen los métodos nucleares, en especial los derivados de la rapidez de las medidas, la menor interferencia en la construcción de la obra, y la no destructividad de estos ensayos, a provocado una creciente aplicación a la construcción de presas de material suelto.

El control de compactaciones se realiza en España, con los clásicos ensayos PROCTOR NORMAL Y MODIFICADO. No obstante, dado los diferentes grados de humedad que requiere las modernas y pesadas maquenarias de consolidación diferente de la optima del ensayo PROCTOR, y normalmente del lado seco, suelen complementarse con toma de muestras inalteradas y exigir unas características determinadas de resistencia.

3.3.

PERMEABILIDAD

Se realizan normalmente los ensayos siguientes: o Permeabilidad IN SITU (carga constante y variable) o Permeabilidad indirecta (edómetro y triaxial) Permeabilidad directa (carga constante y variable) o 

ESQUEMA DEL PERMEAMETRO

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3.4.

COMPRESIBILIDAD Y ENDURECIMIENTO

Lasvariariaciones de volumen de los suelos naturales o artificialmente compactados en las diversas condiciones de humedad y presión, se determinan en laboratorio mediante los clásicos ensayos endometrios. Se estudian con especial interés los cambios volumétricos destinados a los núcleos impermeables de las presas de escollera, o de tierras con zonas diferenciadas. Las determinaciones IN SITU en terrenos cuarentes de cohesion o de grano grueso, se efectúan con los ensayos de carga con placas de diferentes diámetros, entre 30 y 75 cm.

3.5.

RESISTENCIA AL ESFUERZO TANGENCIAL

Los siguientes ensayos son de práctica corriente en laboratorio. Triaxiales rápidos sin consolidación ni drenaje.

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Triaxialesrapidos con consilidacion previa



Triaxiales lentos



Compresion simple



Corte directo

En la determinación de los parámetros que define la línea de resistencia intrínseca de los suelos, existe la tendencia acusada de aigual forma que hemos indicado al hablar de la permeabilidad, a considerar diferentes presiones de saturación hasta la máxima que la obra va soportar. Se estudia, asimismo, con detenimiento, la variación de los coeficientes A y B de presión intersticial, para estimar el efecto de la supresión, en especial en los regímenes transitorios de la construcción de la obra, o en desembalses más o menos importantes.

4. CLASIFICACIÓN DE LAS PRESAS 4.1.

POR SU FUNCIÓN

- PRESAS DE ALMACENAMIENTO. Almacenan los escurrimientos superficiales de una determinada sub-cuenca hidrográfica para su aprovechamiento económico y recreativo. - PRESAS PARA REGULARIZACIÓN DE AVENIDAS . Retienen temporalmente escurrimientos superficiales torrenciales y los descargan hacia aguas abajo de manera controlada. Protegen contra inundaciones a zonas urbanas, industriales y agrícolas. Salvan vidas y evitan grandes pérdidas económicas. - PRESAS DERIVADORAS . Elevan el tirante normal de una corriente para desviar caudal hacia las márgenes y conducirlo a un aprovechamiento de tipo económico o recreativo. - PRESAS DE A PROPÓSITO MÚLTIPLE . Combinan las anteriores funciones.

4.2.

POR SU USO

- Abastecimiento urbano e industrial (agua potable y usos industriales) - Irrigación (riego agrícola) - Generación hidroeléctrica - Piscicultura y abrevadero - Recreación y deporte - Usos múltiples (combinación de las anteriores)

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5. TIPOS DE CORTINA Las cortinas de las presas se clasifican según sus materiales y la forma de la cortina. En México son más comunes las de tipo homogéneo y las de materiales graduados (zonificadas). Otros tipos son las de enrocamiento con núcleo impermeable o con cara de concreto y las presas de concreto o mampostería cuya estabilidad depende de su peso (gravedad) o de su forma (arco) y las de contrafuertes o machones (variante de las presas de gravedad). Las estructuras de contrafuertes pueden ser del tipo Ambursen (losa plana), arco múltiple y de cabeza masiva. Algunas presas combinan varios materiales: terracerías, enrocamiento, mampostería y concreto. Unas pocas tienen membranas impermeables de materiales sintéticos, de mezclas asfálticas o de madera.

MATERIALES GRADUADOSCONCRETO TIPO ARCO O BÓVEDA

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TIPO ENROCAMIENTO 6. PRESAS RIGIDAS DE CONCRETO TIPO GRAVEDAD Son estructuras de tales dimensiones que por su propio peso resisten las fuerzas que actúansobre ellas. Están ampliamente difundidas en todo el mundo gracias a la sencillez de suesquema constructivo y métodos de ejecución, a la seguridad para cualquier altura de presa ypara diferentes condiciones naturales de su emplazamiento. La relación de esbeltez para los primeros trabajos de este tipo, realizados en Egipto, fue de 4:1. Los romanos mejoraron esta relación a 3:1 pero en la actualidad son comunes relaciones menores que 1.

Las presas de gravedad modernas se construyen frecuentemente hidroaliviadoras es decir con orificios vertedores superficiales o profundos. Se hacen sordas solamente en aquellos sectores donde existe el contacto con las orillas. Presas completamente sordas se construyen en la actualidad muy raramente puesto que ellas resultan más caras para una misma altura que las flexibles. En Colombia se da el caso del Bajo Anchicayá como presa rígida de concreto hidroaliviadoras; todas las demás presas de grandes proyectos son de tipo flexible (La Esmeralda, Golillas, Salvajina, entre otras).

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6.1.

PRESAS SOBRE TERRENO IMPERMEABLE

Usualmente, se trata de presas cimentadas en roca o arcillas. Las filtraciones laterales y por lacimentación son despreciables al igual que el valor de la supresión. El posible arrastre departículas es un problema menor y no se presentan problemas de erosión, aumento del caudalfiltrado, o problemas de inestabilidad. Las dimensiones dependen por tanto de los resultados del cálculo de estabilidad.

6.2.

PRESAS SOBRE TERRENO PERMEABLE

Debe distinguirse entre presas cimentadas sobre terreno rocoso y no rocoso

6.2.1. PRESAS SOBRE FUNDACIONES ROCOSAS Las rocas constituyen la cimentación ideal para una presa. Si las presas se cimientan sobreroca sana resultan con valores de coeficientes de esbeltez bastante bajos y por ende muyeconómicas. Se puede lograr con ellas alturas considerables. El cuerpo de la presa como reglageneral está unido a la cimentación por las fuerzas de adherencia y su estabilidad se estudiacomo un complejo único: presa y cimentación. En muchos casos la infiltración en mediosrocosos puede ser despreciada a menos que se trate de rocas muy fisuradas. Rocas fisuradasse ven sometidas a los esfuerzos de la presión del agua de filtración que antes de existir lapresa no se presentaban. Al penetrar en las fisuras, aún en las más pequeñas, al agua produceuna acción de cuña, ampliando los espacios, y disminuyendo la impermeabilidad. Esta acciónde cuña del agua se hace notar gradualmente y a veces solo se manifiesta al cabo de los años.Realmente, la filtración en estos medios no está muy bien estudiada. Dentro de las fundaciones en roca se distinguen dos tipos básicos: · Fundaciones en rocas duras como granitos, dioritas, basaltos, diabasas, porfiritas,andesitas, gneis, cuarcitas, etc. Merecen especial cuidado las piedras calcáreas, esquistos,calcitas y todas aquellas rocas constituidas por yeso, anhídridos y sal común, que puedenformar cavernas que se caracterizan por su poca resistencia a la acción del agua. Cuandoestán fuertemente fisuradas son peligrosas como fundaciones para estructuras de contención.

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· Fundaciones semi-rocosas (argilitas, arcillolitas, margas, etc.). Estas formaciones tienengran sensibilidad al agua y pueden presentar profunda meteorización. La preparación para cimentar la estructura de la presa consiste en abrir la excavación hasta lascotas fijadas, hacer el tratamiento de la superficie de la roca y su limpieza de basuras, suelosarcillosos, etc. El mejoramiento de la base de fundación consiste en la cementación de lasgrietas y el relleno de los sitios débiles con concreto. Además para cambiar el régimen defiltración se recomienda implementar el drenaje de la fundación. a) compresibilidad. Para cimentar una presa en ellos, hay que tomar especiales

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