Investigación de Presas hidráulicas

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UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO

DIVISIÓN ACADÉMICA DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

• Investigación de Presas hidráulicas

Alumno: xxxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx

Profesor: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

Carrera: Ing. Civil

Matricula: 132d16036

Asignatura: Obras hidráulicas

05/03/2017

PRESAS

• Tipos de presas

Las presas se clasifican con base en el tipo y material de construcción, como de gravedad, de arco, de machones y de diques de tierra.

• Una presa de gravedad depende de su propio peso para la estabilidad, y usualmente es recta en planta, aunque algunas veces es ligeramente curveada.
• Las presas de arco transmiten la mayor parte del empuje horizontal del agua detrás de ellas, los ataques por “acción de arco”, y pueden tener secciones transversales más delgadas que las presas de gravedad comparables.
• Las presas de arco, solo pueden utilizarse en cañones estrecho donde las paredes son capaces de resistir el empuje producido por la acción de arco.
• El más simple de los muchos tipos de presas de machones es el tipo de losas, que consiste en losas planas inclinadas y apoyadas a intervalos por machones.
• Las presas de tierra son bordos o diques de roca o tierra con dispositivos o medidas para controlar la filtración por medio de un corazón impermeable o delantal aguas arriba. [pic 3]

La selección del tipo de presa para un sitio determinado es un problema que involucra tanto la factibilidad desde el punto de vista de la ingeniería, como el costo de la erección de la obra. La factibilidad está regida por la topografía, la geología y el clima. El costo relativo de los diversos tipos de presas depende principalmente de las disponibilidades de los materiales de construcción cercanos al sitio y de la accesibilidad de las facilidades para su transportación.

• Fuerzas que actúan sobre las presas.

Es muy importante que las presas sean relativamente impermeables al agua y capaces de resistir las fuerzas que actúan sobre ellas. Las más importantes de estás fuerzas son:

1. La gravedad (Peso de la presa)
2. La presión hidrostática
3. La sub-presión
4. La presión del hielo
5. Las fuerzas sísmicas o telúricas

Estas fuerzas se transmiten a la cimentación y a las laderas o atraques de las presas, las cuales reaccionan contra la presa con una fuerza igual y opuesta, llamada la reacción de la cimentación. El efecto de la presión hidrostática causado por los depósitos de azolve en el vaso y el efecto de las fuerzas dinámicas causadas por el agua escurriendo sobre la presa.

El peso de una presa es el producto de su volumen y del peso específico del material. La línea de acción de esta fuerza pasa por el centro del área de la sección transversal. Las fuerzas hidrostáticas pueden actuar en ambos paramentos: de aguas arriba y aguas debajo de la presa. La componente horizontal Hh de la fuerza hidrostática es la fuerza hidrostática sobre una proyección vertical del paramento de la presa, y para una anchura unitaria de presa será:

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Donde  es el peso específico del agua y h es la profundidad del agua. La línea de acción de estas fuerzas es h/3 arriba de la base de la presa. La componente vertical de la fuerza hidrostática es igual al peso del agua verticalmente arriba del paramento de la presa, y pasa por el centro de gravedad de este volumen de agua.[pic 5]

El agua a presión inevitablemente encuentra su camino entre la presa y su cimentación, y crea subpresiones. La magnitud de la fuerza de subpresión depende del carácter de la cimentación y de los métodos de construcción. Con frecuencia, se considera que la subpresión varía linealmente desde la presión hidrostática total en el paramento de aguas arriba (talón) hasta la presión total de agua de salida en el paramento de aguas abajo (pie). Para esta consideración la fuerza de subpresión U es

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Donde t es el espesor de la base de la presa, y h1 y h2 son los tirantes de agua en el talón y pie de la presa, respectivamente. La fuerza de subpresión actuará a través del centro del área del trapezoide de presión.

Cuando un sismo sacude el terreno en el cual descansa una presa, la fuerza resultante de inercia iguala al producto de la masa de la presa por la aceleración causada por el sismo. El movimiento vertical también puede ocurrir durante el temblor con una fuerza de inercia vertical resultante, y que actúa momentáneamente para cambiar el peso efectivo de la presa.

Además de las fuerzas de inercia que actúan sobre la presa, los sismos también causan incrementos oscilatorios y disminuciones en la presión hidrostática sobre el parámetro de la presa. Von Karman sugirió que esta fuerza se calculara con la siguiente ecuación:

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Donde k es la relación de la aceleración causada por el sismo con la aceleración de la gravedad. La fuerza Ew actúa en una distancia 4h/3π arriba del fondo del vaso.

• Presas de gravedad

Estabilidad estructural de las presas de gravedad. La figura 8-4 es un diagrama de cuerpo libre simplificado, sobre la sección transversal de una presa de gravedad. Las fuerzas representadas son el peso de la pesa W, las componentes horizontales de la presión hidrostática Hh, las componentes verticales de la fuerza hidrostática Hv, la subpresión U, la presión de hielo Fi, el incremento de presión hidrostática causada por el sismo Ew y la fuerza de inercia producida por el mismo sismo sobre la presa Ed. El vector resultante de estas fuerzas es igual y opuesto a R, que es la equilibrante la cual es la fuerza efectiva de la cimentación sobre la base de la presa.

Una presa de gravedad puede fallar por deslizamiento a lo largo de un plano horizontal, por rotación alrededor del talón, o por falla del material. La falla puede ocurrir en el plano de la cimentación o a cualquier nivel más alto en la presa. El deslizamiento (o falla por cortante) ocurrirá cuando la fuerza neta horizontal arriba de cualquier plano de la cimentación o a cualquier nivel más alto en la presa.

Los esfuerzos típicos de trabajo empleados en el diseño de presas de concreto son aproximadamente de 600 plg/lb2 para compresión y de 0 libras por plg2 para tensión.

Análisis de las presas de gravedad. El análisis preliminar de una presa de gravedad se hace aislando una sección transversal típica de anchura unitaria. Esta sección se considera que actúa independientemente de las secciones adjuntas, aunque esta consideración desprecia la acción de viga en la presa como un todo. El análisis estructural de una sección se lleva a cabo paso por paso, desde la parte superior hasta el fondo, y deben considerarse condiciones del vaso lleno y del vaso vacío.

En la figura 8.6 se ilustra un análisis gráfico de una presa de gravedad. Las sumas de las fuerzas horizontales y verticales se computan y se trazan como vectores (Fx, Fy) desde la intersección de sus respectivas líneas de acción. La resultante (R) de todas las fuerzas se determina gráficamente. Si esta resultante cae dentro de la base de la sección el bloque es estable estáticamente, y si cae dentro del tercio medio de la base no habrá tensión en el concreto.

[pic 8]

Construcción de las presas de gravedad. Antes de que pueda iniciarse el trabajo de construcción en el cauce de un río, el escurrimiento fluvial debe desviarse. En una construcción en dos etapas, el escurrimiento se deriva o desvía a un lado del cauce por medio de una ataguía (fig. 8-8b), mientras que el trabajo se continúa en el otro lado. Después de que se termina el trabajo en la porción más baja de un lado de la presa, el escurrimiento se deriva por tomas en esta parte, o hasta puede permitirse que salte por la porción terminada mientras se continúa el trabajo en la otra mitad del cauce. Si las condiciones geológicas y topográficas son favorables puede utilizarse un cauce de derivación o túnel para conducir todo el escurrimiento alrededor del sitio en que se construya una presa.

[pic 9]

La cimentación debe excavarse hasta la roca sólida antes de que cualquier concreto sea vaciado. Después de la excavación las cavidades o grietas en los estratos subyacentes se cierran o tapan con inyecciones de concreto o lechada. Con frecuencia, una cortina de inyección se coloca cerca del talón de la presa para reducir la filtración y la subpresión.

El concreto para la presa, generalmente se coloca en bloques dependiendo de las dimensiones de la estructura, con una anchura máxima de unos 50 pies en las presas grandes. La altura máxima de un colado simple usualmente es de cerca de 5 pies. Las secciones se cuelan alternadamente para que a cada bloque se le permita permanecer varios días antes de que el siguiente se cuele próximo a él o sobre él mismo. Después de que se cuelan las secciones individuales, se riegan con agua y se les protege del efecto desecante del aire. Después de que las formas se quitan, las superficies laterales de cada sección se pintan con una emulsión asfáltica para evitar adherencias con las secciones adjuntas y para formar las juntas de construcción que reducen los agrietamientos del concreto. Entre cada sección se ponen muescas o quijadas para absorber el cortante de una sección con la adyacente y hacer que la presa trabaje monolíticamente. Cuando el concreto se afirma, se deja libre una gran cantidad de calor y se eleva la temperatura de la masa.

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