Presas De Concreto

GUÍA GRUPO N#4

República Bolivariana De Venezuela. Ministerio Del Poder Popular Para La Defensa. Universidad Nacional Experimental Politécnica De La Fuerza Armada. UNEFA. Estado-Apure.

PRESAS DE CONCRETO

San Fernando, Marzo del 2015.

Presas de Concreto

GUÍA GRUPO N#4 1.- PRESAS DE CONCRETO Son las más utilizadas en los países desarrollados ya que con éste material se pueden elaborar construcciones más estables y duraderas; debido a que su cálculo es del todo fiable frente a las producidas en otros materiales. Normalmente, todas las presas de tipo gravedad, arco y contrafuerte están hechas de este material. Algunas presas pequeñas y las más antiguas son de ladrillo, de sillería y de mampostería.

Las

presas

de

Concreto

se

dividen

en

dos

grupos: las

Convencionales, fabricadas con concreto vibrado en forma tradicional y las Compactadas con rodillo, en donde el concreto es de consistencia seca y asentamiento nulo, siendo su colocación similar a la empleada en movimientos de tierra (Compactación).

Entre las presas convencionales destacan:



Presas de gravedad, las cuales son construidas de manera integral con concreto o mampostería y en las cuales las cargas actuantes son soportadas principalmente por el peso de ellas.



De Arco, son las que muestran en planta o en perfil un alineamiento curvo, cóncavo hacia aguas arriba. Este tipo de presas aprovechan el efecto de arco para transmitir la mayor parte de las fuerzas actuantes a los estribos o paredes del sitio de la presa.

Según su Técnica:

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GUÍA GRUPO N#4 1) QUE ES EL CONCRETO COMPACTADO CON RODILLO?  Al CCR lo podemos definir como un concreto seco, con asentamiento “cero”, con bajos contenidos de cemento que pueden ir entre 60 y 240 kg/m3 y que debe ser compactado con un rodillo liso.  Esta mezcla debe cumplir con una humedad mínima, que evite que los equipos de colocación se hundan, pero a la vez suficiente para garantizar la uniformidad de la pasta de cemento dentro de la mezcla.

Por su naturaleza, este material puede ser diseñado considerando la tecnología de suelos y también la tecnología de concretos.

Usando la tecnología de suelos, se considera el material como un suelo estabilizado con un material cementante. Se desarrollan curvas densidad-humedad con diferentes grados de compactación y se determina el grado de humedad óptima y la densidad seca máxima.

Esta tecnología de compactación del suelo debe estar ligada a los desarrollos de los diseños de concreto, que se basa en la relación A/C.

Aplicación Concreto CCR. Presa Zapotillo. Jalisco, México.

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La consistencia de la mezcla se determina usando un Consistómetro VeBe, que es una mesa vibratoria en la que se mide el tiempo requerido de vibración para lograr la consolidación de la misma; este tiempo puede estar

alrededor de los 20 segundos. Dentro de las recomendaciones de colocación  se debe tener en cuenta que la superficie de apoyo para colocar este concreto debe estar nivelada, por lo general se pone una capa de apoyo en concreto

convencional compactada con vibrador de inmersión. El transporte de este concreto se puede hacer con volquetas o cualquier equipo de volteo y/o bandas transportadoras.

El concreto se coloca por capas (alrededor de 30 cm) que deben ser compactadas con rodillo vibratorio de acuerdo a lo especificado en el diseño; por ejemplo: pueden solicitar una densidad mínima del 98% con

respecto a la densidad máxima teórica.

Compactación CCR con Rodillo Vibratorio. Presa Zapotillo. Jalisco, México.

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GUÍA GRUPO N#4 En caso de que el concreto de la capa inferior ya haya empezado su proceso de fraguado, se debe poner un mortero de liga entre las capas para garantizar su adherencia. Finalmente, este concreto debe curarse como se hace el curado de

un concreto convencional,  evitando la evaporación temprana del agua y garantizando la humedad mínima para lograr la resistencia final requerida.

2) CONCRETO CICLOPEO El Hormigón Ciclópeo  es un tipo de material de construcción usado en Cimentaciones, en lechos marinos o de río. Este es un sistema que ha quedado practicamente en desuso; se usaba en construcciones con cargas poco importantes, exceptuando la construcciones

auxiliares

como vallas

de

cerramiento en terrenos

suficientemente resistentes. El hormigón ciclópeo se realiza añadiendo piedras más o menos grandes del lugar, a medida que se va hormigonando para economizar material; se van llenando los intersticios entre las rocas hasta conseguir homogeneizar el conjunto. Utilizando este sistema, se puede emplear piedra más pequeña que en los cimientos de  mampostería hormigonada. La técnica del hormigón ciclópeo consiste en lanzar las piedras desde el punto más alto de la zanja sobre el hormigón en masa, que se depositará en el cimiento.

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GUÍA GRUPO N#4 3) CONCRETO ARMADO La utilización

técnica

constructiva

del hormigón

de hormigón reforzado

con

barras

armado consiste en la o

mallas

de acero,

llamadas armaduras. También se puede armar con fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido. El hormigón

armado

se

utiliza

en edificios de

todo

tipo,

caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales. La utilización de fibras es muy común en la aplicación de   hormigón proyectado o shotcrete, especialmente en túneles y obras civilesen general.

2.- ORIGEN Y EVOLUCIÓN En muchas de las primeras presas se empleo con éxito la mampostería ordinaria o mampostería al azar. En la segunda parte del siglo xix, la mampostería se utilizo en la construcción de presas altas de acuerdo con los primeros criterios racionales de diseño. La mampostería ciclópea (es decir de piedras hasta de 10 t de masa individual mezcladas en un montero) se utilizo generalmente con mampostería ordinaria en las caras por su durabilidad y apariencia (vine, 1987b). El concreto macizo, en un principio sin la construcción de juntas transversales de contracción, empezó a desplazar el uso de la mampostería en la construcción de grandes presas que no fueran de relleno, alrededor de 1900, por razones económicas y también por las facilidades en la construcción de perfiles más complejos como el arco. Los primeros concretos utilizados empleaban grandes piedras como áridos gruesos (mampostería ciclópea). Desde 1950, el concreto utilizado incorporo

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GUÍA GRUPO N#4 cada vez mas aditivo minerales como cenizas pulverizadas o escoria para intentar reducir problemas térmicos y disminuir los crecientes costos.

-Presa o cortina de concreto tipo 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. Innumerables innovaciones en el proyecto y la construcción, como la refrigeración de la masa para difundir el calor de hidratación, el uso de ceniza voladora, la construcción de bloques separados, y muchas otras, han hecho posible la construcción de estructuras monumentales como la de Aguamilpa y Chicoasen.

-Concreto compactado:  con rodillo, roller compacted concrete u hormigón compactado con rodillo: El Concreto Compactado con Rodillo (CCR), utilizado para construcción de presas, tiene una historia relativamente corta que se remonta a 1960 en Taiwan, ahí se utilizó para la construcción de la presa Shihmen y en 1961 se construyó la presa Alpe Gera en Italia.

 A principios de la década siguiente, varios ingenieros propusieron la utilización del concreto CCR en la construcción de presas por gravedad. Pero fue solo hasta 1974 con la construcción de la presa Tarbela en Pakistan que el concreto compactado con rodillo comienza a ser visto como un material competitivo en las construcciones presas.

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Desde entonces son más las obras que evalúan y definen al Concreto Compactado con Rodillo como el material para conformación de presas.

Imagen Tomada del Libro: “Ingeniería de Presas de Fábrica” por Joaquin Diez, Gascón

Sagrado y Francisco Bueno Hernández.

 Aunque su mayor uso se ha dado en la construcción de presas, este concreto se ha utilizado también para la construcción de pavimentos, aeropuertos, obras de drenaje y concretos masivos.

3.- FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE LA PRESA DE CONCRETO Sobre una presa actúan tres tipos de cargas: las cargas principales, las cargas secundarias y las cargas excepcionales.

1)

LAS CARGAS PRINCIPALES: Son las que siempre actúan sobre la

estructura y son tres:

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- Carga de agua: Es debida a la distribución hidrostática de presión y tiene una resultante horizontal de la fuerza P1. También existe componente vertical en el caso de que el espaldón de aguas arriba tenga un talud y las cargas equivalentes aguas abajo operasen en el espaldón respectivo). - Carga del peso propio: Se determina para un peso específico del material. Para un análisis elástico simple se considera que la fuerza resultante P2 actúa a través del centroide de presión -

Carga de infiltración: Los patrones de infiltración de equilibrio se

desarrollarán dentro y por debajo de la presa, por ejemplo, en los poros y las discontinuidades, con una carga resultante vertical identificada como un empuje externo e interno.

2) LAS CARGAS SECUNDARIAS: Pueden ser temporales o no presentarse durante la vida útil de la obra. Estas fuerzas son: - Carga de sedimentos: Los sedimentos acumulados generan un empuje horizontal, considerado como una carga hidrostática adicional - Carga hidrodinámica de ondas: Es una carga transitoria generada por la acción de las ondas sobre la presa (generalmente no es importante). - Carga de hielo: Se puede desarrollar en condiciones climáticas extremas (generalmente no es importante). - Carga térmica (presas de concreto):  Es una carga interna generada por las diferencias de temperatura asociadas con los cambios en las condiciones ambientales y con la hidratación y enfriamiento del cemento. -

Efectos interactivos: Son internos, surgen de las rigideces relativas

y las deformaciones diferenciales de una presa y su cimentación.

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GUÍA GRUPO N#4 -

Carga hidrostática sobre los estribos: Es una carga interna de

infiltración en los estribos en una roca maciza. (Es de particular importancia en las presas de arco o de bóveda).

3) LAS CARGAS EXCEPCIONALES: Se presentan durante eventos extremos:

-

Carga sísmica:  Las cargas inerciales horizontales y verticales se generan con respecto a la presa y al agua retenida debido a movimientos sísmicos

- Efectos tectónicos: La saturación o las perturbaciones producidas por excavaciones profundas en rocas, pueden generar cargas como resultado de movimientos tectónicos lentos.

La

decisión

de

considerar

todas

las

cargas

secundarias

y

excepcionales o una combinación de ellas depende de la experiencia del ingeniero diseñador, de la importancia de la obra, y de su localización.

Los diseños deben basarse en la más desfavorable combinación de condiciones

probables

de

carga.

Debe

incluirse

solo

aquellas

combinaciones de carga que tienen probabilidad razonable de ocurrencia simultánea.

4.- PRESIONES Presión Del Azolve: Cuando en una corriente que lleva limos se construye una presa, eventualmente entrará el vaso y se depositarán en el agua tranquila, aguas

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GUÍA GRUPO N#4 arriba de la presa. En algunas veces se construyen en la presa canales de descarga para evitar que se acumule limo en el vaso. Se deberá de dar mayor importancia a los azolves cuando el objeto principal es la detención del limo.

En este caso no se considerara una cantidad arbitraria. Se pueden hacer cálculos más precisos sobre la carga del limo combinando la presión hidrostática con la componente horizontal del limo, que está determinada por la fórmula de Rankine.

donde: γ’ peso del material sumergido. φ ángulo de fricción interna. hd profundidad de la capacidad de azolves. Para diseños preliminares se empleará:

Donde Y’= 0.36 ton/m3

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GUÍA GRUPO N#4 Presión Del Hielo: Se origina por la dilatación térmica de la lámina de hielo y por el arrastre del viento. Es difícil determinar los valores que se deben asignar a la carga del hielo en el proyecto de una presa de concreto.

Los datos relativos de las características físicas del hielo como una resistencia al aplastamiento, su módulo de elasticidad, los efectos del flujo plástico son inadecuados y aproximados.

 Además el esfuerzo ejercido por el hielo al dilatarse depende del espesor de la lámina, y de la rapidez de la elevación de la temperatura del hielo de las fluctuaciones del nivel del agua , del carácter de la playa del vaso , del talud del paramento de aguas arriba de la presa , del arrastre del viento y de otros factores.

La rapidez de la elevación de la temperatura en el hielo es una función de la rapidez de la elevación de temperatura del aire y de la cantidad de nieve que cubra el hielo.

Terremotos: Los terremotos comunican aceleraciones de las presas que pueden aumentar las presiones del agua y de limo sobre ellas, y los esfuerzos dentro de las mismas presas.

Debe dejarse algún margen para las cargas producidas por los terremotos en el proyecto de las presas de concreto del tipo de gravedad que se van a construir en zonas sísmicas. Además del aumento de las cargas del

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GUÍA GRUPO N#4 agua y de los azolves , el efecto de los terremotos de la carga muerta sobre la estructura que se debe de tomar en cuenta.

Se deben de tomar cargas tanto verticales como horizontales producidas por los temblores, en relación de que la estructura que de menos estable. Para la condición del vaso lleno esta será un choque sobre la cimentación en la dirección de aguas arriba y el choque de la cimentación hacia abajo.

El primero aumenta la carga hidráulica y produce un momento de volteo debido a la inercia del concreto. El segundo, en efecto, produce una disminución del peso del concreto y del agua arriba del paramento inclinado, reduciendo de esta manera la estabilidad de la estructura.

Con el objeto de determinar las fuerzas totales debidas a un terremoto, es necesario determinar su intensidad o aceleración, que generalmente se expresa con la relación a la aceleración debida a la gravedad. Las aceleraciones que razonablemente se pueden suponer en un emplazamiento de una presa se determinan en consideración la geología del emplazamiento, vecindad a fallas mayores, antecedentes de los terremotos en la región, y los registros sísmicos que se puedan disponer. En las zonas no tan sísmicas se puede, generalmente se usa una aceleración horizontal de 0.10 la de la gravedad y una vertical de 0.05.

Por medio del procedimiento analítico se ha demostrado que, debido a la resistencia interna del corte del limo, la aceleración de un temblor hasta de 0.30 de gravedad tiene una eficiencia en el limo igual a la mitad que en el agua. La resonancia en las presas bajas no es probable que ocurra durante las sacudidas de los terremotos por varias razones.

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El periodo fundamental de vibración de una presa de concreto de una altura de 15 m, de sección triangular está entre 0.03 y 0.04 seg. Los periodos de vibración de las sacudidas fuertes de la tierra determinada, quedan entre 0.2 y 1 seg. Por lo tanto, no se producirá ninguna resonancia importante entre la presa y la sacudida del suelo.

 Además, los terremotos se tratan de analítica y experimentalmente como movimientos armónicos, pero los movimientos del terreno registrados en la zona destructiva de un temblor no parecen ser armónicos.

Peso De La Estructura: Incluye el peso del concreto más el de los accesorios como compuertas y puentes. Sin embargo, en la mayor parte de las presas bajas solamente la carga muerta debida al peso del concreto es la que se usa en el análisis. El peso unitario del concreto se toma ordinariamente como 150 Kg/cm2. El peso actúa verticalmente en el centro de gravedad de la sección transversal.

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EJERCICIO

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