REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIONUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA EXTENSION OCUMARE DEL TUYDISEO DE OBRAS HIDRAULICAS

PRESAS DE GRAVEDAD

PROF: INTEGRANTES: ING. MEDERLIN PIERO HEMGERBERL GONZALEZ FRANCISCO REPILLOSA MANUEL CASTILLO

OCUMARE DEL TUY ABRIL 2015

INTRODUCCIONEl proyecto y la construccin de una presa, presentan problemas especiales que requieren gran conocimiento de varias ciencias y tcnicas: elasticidad, geologa, cimientos, hidrulica, propiedades y tratamiento de materiales, etc. Una presa de gravedad es aquella estructura cuya estabilidad frente a las fuerzas externas actuantes, viene a ser fundamentalmente a la fuerza de su propio peso, y en la cual influyen diversos factores que atentan con la estabilidad de la misma, tales como el volteo, el deslizamiento y esfuerzos excesivos.El agua en movimiento y su ataque a las obras de ingeniera civil, tales como presas, cimentaciones, muelles, vas de comunicacin, muros de contencin, etc., pueden causar daos si no se toman las medidas de seguridad adecuadas. Para poder contrarrestar los efectos que el agua produce en dichas obras, se debe utilizar la prctica tan comn en ingeniera civil de drenarla, evitando con ello que llegue a los sitios que pueda causar problemas.

PRESAS DE GRAVEDADUna presa de gravedad es aquella estructura cuya estabilidad frente a las fuerzas externas actuantes, viene a ser fundamentalmente a la fuerza de su propio peso.EstabilidadDepende por completo de su propio peso para su estabilidad, es decir, las presas de gravedad son presas que resisten el empuje horizontal del agua totalmente con su peso propio. Su perfil es en esencia triangular, para asegurar estabilidad y evitar esfuerzos excesivos en la presa o su cimentacin.Las presas de gravedad hechas en concreto por lo general se utilizan para bloquear corrientes de agua a travs de gargantas estrechas.A causa de que su peso es el que sostiene el agua del embalse, las presas de gravedad hechas de concreto tienden a usar grandes cantidades de concreto, lo cual puede ser costoso. Pero muchos prefieren su apariencia slida en lugar de las presas de arco o contrafuerte, que son ms delgadas.Las presas de gravedad pueden ser construidas con llenos de tierra o roca o con concreto. Tambin pueden estar hechas con concreto, las cuales suelen ser muy costosas porque requieren de mucho material para su elaboracin.Generalmente la base de una presa de gravedad hecha de concreto es aproximadamente igual a 0.7 veces su altura:b = 0,7 * hLa forma de una presa de gravedad se asemeja a un tringulo. Esto se debe a la distribucin triangular de la presin de agua. En la superficie del embalse el agua no est ejerciendo presin sobre la presa pero en el fondo, est actuando la mxima presin. La forma puede variar de manera insignificante, pero ninguna de estas formas puede ser utilizada para la simulacin de una presa de gravedad si no se conoce la forma exacta.La inclinacin sobre la cara aguas arriba hace que el peso del agua sobre la presa incremente su estabilidad.Las principales fuerzas que actan sobre una presa son las fuerzas del agua del embalse, las fuerzas de levantamiento y peso del concreto. En el caso de la presa de gravedad se tiene que el agua empuja la presa pero su gran peso empuja la estructura hacia abajo, dentro del suelo evitando su colapso. Pero tambin hay muchas otras fuerzas que pueden actuar sobre una presa de gravedad entre las cuales figuran: Puede haber agua en el lado aguas abajo de la presa, la cual tendr el mismo tipo de fuerzas verticales y horizontales sobre la presa que el agua en el lado aguas arriba. Presin hidrosttica interna: en poros, grietas y juntas. Variaciones de temperatura. Reacciones qumicas. Presin de cieno, el cieno se rene con el tiempo en el lado de aguas arriba. El cieno provee cerca de 1,5 veces la presin horizontal del agua y dos veces su presin vertical. Carga del hielo en el lado de aguas arriba. Carga de oleaje en el lado de aguas arriba. Cargas de sismo. Asentamientos de la fundacin o de los estribos. Otras estructuras en la parte superior de la presa: compuertas, puente, carros. Fatiga del concreto (creep): Deformacin del concreto cuando se encuentra bajo una carga constante por un largo perodo de tiempo.

Factores que atentan con la estabilidad de una presa de gravedadLos tres factores ms importantes que atentan contra la estabilidad de una presa de gravedad son:El volteo Bajo la accin de fuerzas externas las cortinas de gravedad tienden a girar alrededor de su pie. Es fcil darse cuenta que antes de que la presa llegara a voltearse como un cuerpo rgido, tendran que haber fallado sus materiales por tensin en el taln o por aplastamiento en el pie.

El deslizamiento La fuerza horizontal EH, suele desplazar la cortina en direccin horizontal, las fuerzas resistentes sern las producidas por la friccin y por la resistencia al corte del concreto en la cimentacin. Antes de que la presa de deslice como cuerpo rgido habran fallado sus materiales o la liga con la cimentacin o esta ltima por esfuerzo cortante.

Esfuerzos ExcesivosLa falla de la estabilidad estar vinculada a la ruptura de sus materiales, por lo el proyecto debe enfocarse dentro de los lmites aceptables, porque los esfuerzos en concretos de presas, inducidos por fuerzas externas son normalmente muy bajos si el diseo ha sido elaborado con el suficiente cuidado.

LA CIMENTACIONEl cimiento es aquella parte de la estructura encargada de transmitir las cargas al terreno. Dado que la resistencia y rigidez del terreno son, salvo raros casos, muy inferiores a las de la estructura, la cimentacin posee un rea en planta muy superior a la suma de las reas de todos los soportes y muros de carga. Lo anterior conduce a que los cimientos son en general piezas de volumen considerable, con respecto al volumen de las piezas de la estructura. Los cimientos se construyen casi invariablemente en hormign armado y, en general, se emplea en ellos hormign de calidad relativamente baja, ya que no resulta econmicamente interesante el empleo de hormigones de resistencias mayores.Para poder realizar una buena cimentacin es necesario un conocimiento previo del terreno en el que se va a construir la estructura. Aqu vamos a realizar una pequea introduccin sobre el suelo y la roca.Los trminos roca y suelo, tal como se usan en la ingeniera civil, implican una clara distincin entre dos clases de materiales de cimentacin. Se dice que roca es un agregado natural de granos minerales unidos por grandes y permanentes fuerzas de cohesin. Por otra parte, se considera que suelo es un agregado natural de granos minerales, con o sin componentes orgnicos, que pueden separarse por medios mecnicos comunes, tales como la agitacin en el agua.

Los requisitos de cimentacin de las presas de concreto (CVC o RCC) se suelen expresar en trminos cualitativos: roca sana,roca compacta,pordebajodelazonade descompresinSe han construido muchas presas en todo el mundo con esos criterios (antes y despus del desarrollo de la Mecnica de Rocas) y el nmero de roturas por fallo de la cimentacin ha sido siempre relativamente bajo. Fraser [2001] describe los diferentes mtodos para definir el objetivo de cimentacin de una presa: alcanzar una unidad geolgica definida. excavar hasta una profundidad definida mediante ensayos in situ. alcanzar una calidad de roca previamente especificada. alcanzar una superficie que cumpla un determinado ensayo de control de construccin. excavar hasta una profundidad definida por la capacidad de los equipos de excavacin. excavar hasta una profundidad definida por el proyecto. alcanzar un material considerado adecuado a partir de la observacin visual.

DRENAJELa funcin principal de unsistema de drenajees la de permitir la retirada de lasaguasque se acumulan en depresiones topogrficas del terreno, causando inconvenientes ya sea a la agricultura o en reas urbanizadas ocarreteras.El origen de las aguas puede ser: Por escurrimiento oescorrentasuperficial Por la elevacin delnivel fretico, causado por elriego, o por la elevacin del nivel de unroprximo Directamenteprecipitadasen el rea.Otra funcin sumamente importante del sistema de drenaje es la de controlar, en los permetros de riego, la acumulacin de sales en el suelo, lo que puede disminuir drsticamente la productividad.Principalmente, el sistema de drenaje est compuesto por una red de canales que recogen y conducen las aguas a otra parte, fuera del rea a ser drenada, impidiendo al mismo tiempo, la entrada de las aguas externas. Tpicamente estos sistemas se hacen necesarios en los amplios estuarios de los grandes ros y en los valles donde el drenaje natural es deficiente.

Principios sobre drenajes. Pozos de drenaje.Si ponemos a cierta distancia del paramento una serie de pozos verticales equidistantes entre s, estos atraern las lneas de corriente, que tienden a seguir el mnimo camino de filtracin (gradiente mximo).En ello influye tanto la distancia entre pozos, como el dimetro de los mismos. En realidad, la intensidad de la llamada hacia los pozos es funcin de su dimetro (directamente) y de su distancia (inversamente). Segn esto nos convendran dimetros grandes y pozos prximos pero, llevado esto al extremo, nos conducira a debilitar la presa.Actualmente, los pozos se sustituyen por drenes relativamente prximos con una relacin dimetro / distancia "0,20, ya que resulta mejor no sacrificar la distancia, sino el dimetro.Disposicin y dimensiones normales de los drenes.El dimetro de los drenes no suele pasar de 20 cm., con un mnimo que suele ser de 7,5 cm. Es habitual elegir los de 10-12 cm.Con estos dimetros se pueden hacer los agujeros fcilmente, bien poniendo un tubo como encofrado, o hacindolo por perforacin posterior.Si los drenes se van haciendo conforme avanza la construccin de la presa, hay que tener mucho cuidado de taparlos para evitar que se obstruyan con desperdicios de la obra; el tapado se hace mediante tapones troncocnicos de madera o cartn preparados a tal efecto.Los drenes de estos dimetros tienen otra ventaja sobre los pozos, y es que se prestan a ser usados, si es necesario, para inyectar la presa. En este caso es recomendable lavarlos con agua limpia al terminar la inyeccin.La distancia entre ejes de drenes depende del caso. No es aconsejable pasa de 3 m. pues se disminuira mucho el efecto de drenado y, normalmente, no se baja de 1 m. pues resultara caro y debilitara la presa. No obstante, en ciertos casos es preciso acercarlos ms y se llega a 0,75 o 0,50 m.Lo normal es poner los drenes a 2-2,5 m. y luego, si en alguna zona se ve necesario, se hacen unos drenes intermedios. De esta forma hacemos el gasto nada ms que cuando sea preciso y en zonas limitadas.La disposicin en planta suele ser en un plano vertical, pero tambin pueden ponerse en dos, situando entonces los drenes al tresbolillo; esto puede ser indicado cuando de entrada se vea que hay que colocarlos a corta distancia (< 1,5 m.).

Red de drenaje y vigilancia.Si hiciramos los drenes en uno o dos planos de arriba hacia debajo de la presa resultaran excesivamente largos para poderlos revisar y limpiar. Adems, conviene tener un acceso al interior de la presa para observarla y, eventualmente, inyectarla; ambas necesidades nos llevan a establecer una serie de galeras horizontales a las que vayan a parar los drenes.Estas galeras se ponen a distancias verticales de 15 a 30 m. Con esta equidistancia se puede lograr que los drenes estn perfectamente rectos entre cada dos galeras, con lo que el control de su limpieza es fcil. Las galeras sirven tambin para recoger el agua que filtra por los drenes; a estos efectos llevan unas cunetas. Naturalmente, las galeras han de tener una salida al exterior y por ellas sale el agua de filtracin. Gracias a esta recogida de agua entre dos galeras no slo se fracciona el caudal, sino que se sabe e dnde procede e incluso se ve si uno o varios drenes dan una filtracin excesiva.Las dimensiones normales de estas galeras, son las suficientes para el paso de un hombre. Es aconsejable hacer las galeras en forma oval, porque de esa forma se distorsionan menos las tensiones que habra en la zona ocupada por la galera.Los drenes se insertan en las galeras normalmente en su pared agua arriba, pero algunos prefieren hacerlo en clave. As se ven y limpiaran mejor, pero suelen ser ms molestos porque el agua cae sobre los vigilantes.Es aconsejable poner un tapn a los drenes en su parte superior para evitar la cada de material que pudiera ensuciarlos u obstruirlos. La boca inferior, debe estar siempre libre. Se exceptan los drenes de la galera inferior, cuya nica salida es por su boca superior, que deber estar siempre descubierta.Los drenes deben prolongarse bastante en la roca, llegando en algunos casos hasta una profundidad igual a la altura de la presa y, como mnimo, un 25 % de ella. As se drena todo el apoyo de la presa y se asegura su estabilidad. Es rechazable interrumpir los drenes en la galera inferior, pues se deja de tratar la parte ms interesante, que es el cimiento.Los drenes pueden acabar todos en la misma profundidad o hacer los intermedios con profundidad menor.El plano de drenes se suele colocar a una distancia de aproximadamente 1,50 m. del paramento agua arriba en la coronacin. Como el talud suele ser 0,05, si la presa tiene 100 m. de altura, la distancia resulta de 6,50 m. en su pie. Esta es otra ventaja de un ligero talud agua arriba: dar espesores crecientes hasta la pantalla de drenes al aumentar la presin hidrosttica, como parece lgico. Si el paramento fuera vertical, la distancia debe ponerse de aproximadamente 0,05H, para que tenga el debido espesor en el punto ms bajo.Los drenes se completan en la roca con rastrillo de inyecciones situado inmediatamente agua arriba de aquellos. El objeto es crear una zona impermeable para dificultar el paso del agua y detrs un drenaje para atraer el agua que pudiera haberse filtrado. Si slo pusiramos los drenes, bajaran estas presiones, pero atraeramos excesivamente las filtraciones, pudiendo producir lavado en las diaclasas o fracturas de la roca con efectos que podran ser contraproducentes.

FILTROSEl filtro permitir que el agua escape atreves de l y as evitara la presin hidrosttica, que sin l, actuaria contra el respaldo del muro al saturarse el relleno, adems de que evitara la erosin del suelo a proteger.Los filtros que se utilizan con mayor frecuencia estn constituidos por agregados naturales, aunque ltimamente se utilizado fibras sintticas, como las de plstico o vidrio, la tela y aun el papel para hacerlos trabajar como filtros.Para el diseo de un filtro se debe tener en cuenta la granulometra y plasticidad del material a proteger, el gradiente hidrulico a la salida del agua, a la susceptibilidad del material a sufrir erosin interna, el volumen de material disponible para formar el filtro y su tratamiento, la vida til del filtro, las caractersticas de los agregados disponibles, etc.Los filtros deben garantizar una seguridad permanente a la estructura a proteger y cuando son de material granular es indispensable que tengan una graduacin correcta, que no cambien sus propiedades con el tiempo y que se coloquen adecuadamente bajo estricto control de calidad.

Requisitos de un buen filtroLos materiales que constituyen a un filtro deben satisfacer ciertas condiciones con objeto de asegurar que el filtro cumpla sus funciones. Por una parte debe permitir el libre paso del gasto del agua producido por el material al que protege, y por otra, evitar el paso de las partculas que constituyen el material protegido. Estas dos funciones implican tendencias contrarias en cuanto a la granulometra del filtro, pues la primera requiere que el dimetro de los poros del filtro sea suficientemente grande, mientras que la segunda obliga a que dichos poros sean reducidos. Puestos a que el tamao de los poros est en funcin del tamao de las partculas y de su distribucin granulomtricas.

TALUD MINIMO QUE GARANTIZA LA ESTABILIDAD DE LA CORTINASe puede garantizar la estabilidad y la ausencia de tensiones en una cortina de seccin gravedad, considerando el peso de la estructura, el empuje hidrosttico que tiende a empujar la estructura en direccin aguas abajo y a voltearlo alrededor del pie de la cortina y la supresin , si no hay una buena adherencia entre el muro y la cimentacin la tendencia al volteo inducir una posibilidad de levantar el taln lo que dar cabida a la introduccin de agua entre ella y la cimentacin de la cortina , esta agua producir un empuje hacia arriba que tendra momento volteante respecto al pie de la presa empeorando las condiciones de estabilidad del muro. Ser conveniente evitar, toda separacin de la cortina cimentacin. Es decir evitar toda posible tensin en el taln.Esto sepodrlograr siel pesodel muroproduce esfuerzos de compresin de tal modo que contrarresten la tensin en el taln. Bajo esta condicin el talud mnimo ser K=0.645. Si se permitieraqueelaguaproduzcasub-presinalfiltrarse,puescorresponde algradiente hidrulico. Solo por cortante, que son proporcionales a la longitud del camino recorrido por el agua, para este caso se obtiene un talud K=0.845.Se puede notar la importancia de la sub-presin, al actuar como sehasupuesto,ocasionaralanecesidaddeincrementarelvolumende lapresaenun 31%.0.845-0.645 entre 0.645 = 0.310.645

MEDIDAS PARA REDUCIR LA SUBPRESIONReducir las filtraciones Es importante evitar las filtraciones a travs de la cortina, entre ella y la cimentacin, por medio de impermeabilizacin, lo cual produce perdidas de carga de tal modo que se reduce la presin. Para evitar esto se recomienda cuidar la uniformidad del concreto para evitar huecos, grietas o disgregaciones que faciliten la intromisin del agua en el en el cuerpo de la cortina.Sin embargo el concreto no es del todo permeable, y el agua puede filtrarse a travs de l, aunque tarde un tiempo muy largo se recuerda que una grieta o una caverna originan subpresin. Para esto debe tener cuidado en la calidad de la unin al unirse presa cimentacin, para esto debe de limpiarse perfectamente la superficie de desplante, tratando de quede rugosa y controlando la colocacin de la primera capa de concreto colocado.

CARGAS A CONSIDERAR EN UNA CORTINA DE GRAVEDAD

PESO PROPIOEl peso propio de la cortina se calculaW=m.VPara el caso del concretom=2.4tn/m3Parala mampostera el valor dem,escercanoa2.2tn/m3(dependiendo de la piedra usada), generalmente se desprecianenelclculolasgalerasylosvolados de la corona, siempre y cuando se tomen en cuenta el peso de las pilas, puentes, compuertas, y sus mecanismos, considerando cada peso parcial en su lnea de accin.

EMPUJE HIDROSTATICOEn el clculo de estos empujes se hacen 2hiptesis.El peso especfico del agua es de 1m3. Es valida la ley de pascal, la presin actan encadapuntoconigualmagnitudentodas las direcciones y sentidos, y los empujes resultantes son normales a las superficies sobre las que actan

EMPUJE DE LODOS

Los lodos que acarrea la corriente se depositan en el vaso y ejercen empujes en el paramento aguas arriba de la presa, que son mayores a los empujes hidrostticos.

YHd.1-senDh= 2.1+senDondeY:pesodelmaterialsumergido: ngulo de friccin internaHd: profundidad de la capacidad de lodo

ParadiseospreliminaresdelUSBRserecomienda y.hdDh=2

Cony=0.36 m3Por otro lado Dv es el peso de la cua y se calcula conY^=0.92/m3

EMPUJE POR HIELOEl hielo (en los sitios en que puede ocurrirel congelamiento de la superficie libre del agua) produce un empuje debido a su dilatacin, en general se considera que acta en la superficie libre del agua, con un valor de 15/m de espesor de la tajada de la cortina que se analiza.

SISMOLos sismos comunican aceleraciones a las cortinas que pueden aumentar las presiones del agua sobre ellas, as como los esfuerzos dentro de la estructura ,as se producirn fuerzas horizontales que actuaran en el paramento aguas arriba y fuerzas verticales que se traducen en choques de la cimentacin hacia abajo , lo cual solo se presenta el anlisis pseudos-esttico.CONCLUSION

Es importantea la hora de llevar a cabo la ejecucin de un proyecto y la construccin de una presa, basarnos en las problemticas que nos podran presentar si no realizamos los procesos requeridos o los estudios que determinan la probabilidad de su buen uso y durabilidad ( vida til) es por eso que nos enfocamos en los conocimiento de varias ciencias y tcnicas como los son: elasticidad, geologa, cimientos, hidrulica, propiedades y tratamiento de materiales, entre otros siendo estos estudios totalmente importante para el desarrollo de una presa o cualquier obra hidrulica. La importancia o utilidad de las presas radica en que la gente puede disponer de agua en tiempos de sequa.Otro beneficio de las presas es que en las cortinas de estas, puede funcionar como plantas hidroelctricas, las cuales son una excelente fuente de energa ya que no contaminan sino que utilizan la fuerza de la cada del agua.Una desventaja de estas presas es que, en ocasiones pueden afectar el ecosistema del rea (una presa impide la corriente de agua rio abajo, lo que significa que en la parte baja del rio no llega tanta agua como debera y modifica el ambiente.