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2-Anejos 11-26

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  • PROYECTO PRESA DE CASTROVIDO

    BURGOS SALAS DE LOS INFANTES

    I (y nico) PRESAS

    DOCUMENTO N 1 MEMORIA Y ANEJOS DOCUMENTO N 2 PLANOS DOCUMENTO N 3 PLIEGO DE PRESCRIPCIONES TCNICAS PARTICULARES DOCUMENTO N 4 PRESUPUESTO

    MIKEL ARRIETA ARRIETA

    Dra. Ing. Da. MARA ANTONIA PREZ HERNANDO Catedrtico D. JOAQUN DEZ-CASCN SAGRADO

    P.B.L. 122.769.028,70 JUNIO 2012

    ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE

    INGENIEROS DE CAMINOS,

    CANALES Y PUERTOS

    PRESUPUESTO FECHA

    TUTORES

    AUTOR

    DOCUMENTOS

    TOMO GRUPO

    PROVINCIA TRMINO MUNICIPAL

    TTULO

  • PROYECTO DE LA PRESA DE CASTROVIDO

    ANEJO N 11

    CLCULOS

    HIDRALICOS

    UNIVERSIDAD DE CANTABRIA. PROYECTO FIN DE CARRERA

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    2

    NDICE

    1. INTRODUCCIN ................................................................................................................... 3

    2. ESTUDIO DE LAMINACIN DE AVENIDAS ........................................................................ 4

    2.1. Hidrogramas de entrada en el embalse ........................................................................ 4

    2.2. Metodologa ................................................................................................................... 5

    2.3. Resultados ..................................................................................................................... 6

    3. CLCULOS HIDRULICOS ................................................................................................. 8

    3.1. Clculo de la altura de ola de proyecto ......................................................................... 8

    3.2. Capacidad hidrulica de los aliviaderos ........................................................................ 9

    3.2.1. Aliviadero (COMPUERTAS) .................................................................................. 9

    3.3. Comprobacin hidrulica de los desages de fondo .................................................. 10

    3.3.1. Descripcin de las obras ..................................................................................... 10

    3.3.2. Clculo de la capacidad hidrulica ...................................................................... 11

    3.3.3. Lmina de agua en la galera de descarga ......................................................... 12

    3.4. Capacidad hidrulica de las tomas de agua ............................................................... 13

    3.4.1. Descripcin de las obras ..................................................................................... 13

    3.4.2. Clculo hidrulico ................................................................................................ 13

    3.5. Comprobacin hidrulica del canal de descarga del aliviadero .................................. 14

    3.5.1. Objetivo ............................................................................................................... 14

    3.5.2. Clculo hidrulico ................................................................................................ 14

    3.6. Comprobacin hidrulica de la estructura terminal del aliviadero .............................. 15

    3.6.1. Descripcin de las obras ..................................................................................... 15

    3.6.2. Clculo hidrulico ................................................................................................ 15

    3.7. Dimensionamiento hidrulico de las obras provisionales de desvo del ro................ 17

    3.7.1. Descripcin de las obras ..................................................................................... 17

    3.7.2. Comprobacin hidrulica ..................................................................................... 18

    4. CORONACIN Y RESGUARDO ......................................................................................... 24

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    3

    INTRODUCCIN

    El presente anejo engloba por una parte el estudio de laminacin de avenidas en el

    embalse y por otra la comprobacin hidrulica de los distintos elementos hidrulicos con los

    que cuenta la presa.

    El estudio de laminacin de avenidas se ha realizado tomando como base los hidrogramas

    de avenida que se incluyen en el ANEJO N 6: ESTUDIO DE AVENIDAS.

    Por su parte, los clculos hidrulicos realizados han sido los siguientes:

    1. Clculo de la altura de ola de diseo

    2. Aliviaderos: Capacidad y canales de descarga

    3. Estructura Terminal de aliviadero

    4. Desages de fondo: Clculo de la capacidad y comprobacin de las galeras de

    desage. Clculo del tiempo necesario para el vaciado del embalse.

    5. Tomas de agua

    6. Obras provisionales para el desvo del ro

    Finalmente se ha procedido a comprobar la idoneidad de la cota de coronacin de la

    presa (1048,00 m.s.n.m.).

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    4

    ESTUDIO DE LAMINACIN DE AVENIDAS

    1.1. Hidrogramas de entrada en el embalse

    Los hidrogramas de clculo considerados son los que se presentan en el anejo n 6 del

    presente proyecto: ESTUDIO DE AVENIDAS.

    Se exponen a continuacin una tabla resumen con los valores ms significativos de los

    referidos hidrogramas:

    Avenida Volumen (Hm3) Caudal punta (m3/s)

    5 aos de periodo de retorno 21,239 168,90

    10 aos de periodo de retorno 25,901 216,40

    25 aos de periodo de retorno 31,892 277,50

    50 aos de periodo de retorno 36,120 322,60

    100 aos de periodo de retorno 40,710 367,60

    500 aos de periodo de retorno 51,095 471,30

    1.000 aos de periodo de retorno 55,635 515,80

    5.000 aos de periodo de retorno 66,074 625,70

    10.000 aos de periodo de retorno 70,559 663,90

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    5

    A continuacin se presenta un grfico con los hidrogramas representados.

    1.2. Metodologa

    La simulacin del paso por el embalse de las avenidas se ha realizado mediante el

    programa informtico LAMIN.

    Este programa recibe como datos de entrada, las caractersticas fsicas del embalse, es

    decir la curva de alturas - volmenes (estas curvas se pueden consultar en los listados de

    clculo que se adjuntan en la parte final del anejo o en el Anejo n 9 de este mismo proyecto:),

    el hidrograma correspondiente a la avenida a analizar, las caractersticas hidrulicas de los

    diferentes rganos de desage de la presa, as como la definicin de la estrategia de operacin

    de los mismos

    en el tiempo.

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    6

    Con todo ello, LAMIN efecta el balance hdrico en el tiempo, de acuerdo con el

    incremento diferencial de tiempo elegido y determina el estado del embalse, (en volumen

    almacenado y nivel), en cada instante del proceso y los caudales evacuados por aliviadero y

    desages.

    En la parte final del anejo se incluyen los listados de clculo del programa.

    Se ha procedido a simular la laminacin de las avenidas de 25, 50, 100, 500, 1.000 y

    10.000 aos de periodo de retorno. Las condiciones iniciales de los clculos, determinantes en

    el resultado final de los mismos, han sido las mismas en todos ellos:

    Cota inicial del embalse al N.M.N., que se corresponde con la cota 1.042,00 m. Desages de fondo cerrados durante todo el periodo de estudio salvo que el nivel de

    agua supere la cota 1046,00 m, momento en el se abren para intentar contener el

    incremento de niveles. Su comportamiento hidrulico se corresponde con la ley

    definida en el correspondiente apartado de este mismo anejo.

    Tomas de agua cerradas durante todo el estudio. Los aliviaderos se comportan segn las leyes hidrulicas definidas en el

    correspondiente apartado de este mismo anejo.

    En el siguiente apartado se presenta el resumen de los resultados de los clculos

    realizados, concretamente de la avenida de proyecto (T=1000 aos) y de la avenida extrema

    (T=10.000 aos) ya que son los ms representativos.

    1.3. Resultados

    Laminacin de la avenida de 1.000 aos. Hidrograma de entrada e hidrograma de salida.

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    0,00

    7,

    00

    14,0

    0 21

    ,00

    28,0

    0 35

    ,00

    42,0

    0 49

    ,00

    56,0

    0 63

    ,00

    70,0

    0 77

    ,00

    84,0

    0 91

    ,00

    98,0

    0 10

    5,00

    11

    2,00

    Caud

    al m

    3/s

    tiempo (h)

    Avenida de 1.000 aos Hidrograma de entrada y salida

    Laminacin Compuertas

    Hidrograma T=1000aos

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    7

    Laminacin de la avenida de 1.000 aos. Evolucin de niveles de embalse.

    Laminacin de la avenida de 10.000 aos. Hidrograma de entrada e hidrograma de salida.

    1038,00

    1039,00

    1040,00

    1041,00

    1042,00

    1043,00

    1044,00

    0,00

    5,

    00

    10,0

    0 15

    ,00

    20,0

    0 25

    ,00

    30,0

    0 35

    ,00

    40,0

    0 45

    ,00

    50,0

    0 55

    ,00

    60,0

    0 65

    ,00

    70,0

    0 75

    ,00

    80,0

    0 85

    ,00

    90,0

    0 95

    ,00

    100,

    00

    105,

    00

    110,

    00

    Cota

    (m)

    tiempo (h)

    Avenida de 1.000 aos Evolucin del nivel del embalse

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    0,00

    7,

    00

    14,0

    0 21

    ,00

    28,0

    0 35

    ,00

    42,0

    0 49

    ,00

    56,0

    0 63

    ,00

    70,0

    0 77

    ,00

    84,0

    0 91

    ,00

    98,0

    0 10

    5,00

    11

    2,00

    Caud

    al m

    3/s

    tiempo (h)

    Avenida de 10.000 aos Hidrogramda de entrada y salida

    Hidrograma T=10000aos

    Laminacin compuertas

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    8

    Laminacin de la avenida de 10.000 aos. Evolucin de niveles de embalse.

    CLCULOS HIDRULICOS

    1.4. Clculo de la altura de ola de proyecto

    Se ha procedido a calcular la altura de ola generada en el embalse mediante la frmula

    de Stevenson.

    En primer lugar se ha obtenido el Fetch de un plano de embalse:

    1038

    1039

    1040

    1041

    1042

    1043

    1044

    1045

    0,00

    4,

    33

    8,67

    13

    ,00

    17,3

    3 21

    ,67

    26,0

    0 30

    ,33

    34,6

    7 39

    ,00

    43,3

    3 47

    ,67

    52,0

    0 56

    ,33

    60,6

    7 65

    ,00

    69,3

    3 73

    ,67

    78,0

    0 82

    ,33

    86,6

    7 91

    ,00

    95,3

    3 99

    ,67

    104,

    00

    108,

    33

    112,

    67

    Cota

    (m)

    tiempo (h)

    Avenida de 10.000 aos Evolucin del nivel del embalse

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    9

    Con ello, la altura de ola segn Stevenson es:

    mFFA 927,026,034,076,0 25,050,0 uu

    La altura de ola reflejada sobre el paramento de la presa, que es la que se ha

    considerado como ola de clculo es:

    mAh 236,134 u

    1.5. Capacidad hidrulica de los aliviaderos

    1.5.1. Aliviadero (COMPUERTAS)

    El diseo de del aliviadero de Castrovido responde a los siguientes objetivos:

    Controlar los mximos niveles de embalse durante el paso de avenidas de elevado periodo de retorno.

    Conferir a la presa una elevada capacidad laminadora de las avenidas.

    Con ello, se ha proyectado un aliviadero compuesto por tres compuertas dispuestas

    simtricamente respecto del eje transversal de la presa. Las tres tienen el umbral del vertedero

    a la cota 1038,00 m.

    La compuerta central, tipo TAINTOR, de 5 m. de longitud y 5 m. de altura se encuentra en

    el bloque central 0. Las otras dos se disponen simtricamente en los bloques contiguos: 1 y 2

    con unas dimensiones anlogas.

    El vertedero se ha diseado como un tipo CREAGER (teniendo en cuenta la posible lmina

    de agua que podr desaguar).

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    10

    El clculo de su capacidad hidrulica se ha realizado como es usual en este tipo de

    estructuras hidrulicas. La capacidad de descarga de una estructura de este tipo, en caso de

    apertura total de las compuertas, viene dada por la frmula del vertedero en pared delgada:

    23

    ed HLCQ uu

    donde Cd es el coeficiente de descarga, Le la longitud efectiva del vertedero y H la lmina

    vertiente. A su vez, Le viene dada por la expresin:

    H)KK(n2LL ape uuu

    en la cual, Kp es el coeficiente de contraccin de pilas y Ka es el coeficiente de contraccin de

    estribos y n el nmero de pilas. Se han considerado unos valores:

    Kp = 0,03

    Ka = 0,1

    En el caso de apertura parcial de las compuertas, la formula que rige su

    comportamiento es la siguiente (desage por metro lineal):

    q= 2/3*K*(2*g) * (h13/2-h23/2)

    1.6. Comprobacin hidrulica de los desages de fondo

    1.6.1. Descripcin de las obras

    Los desages de fondo de la presa de Castrovido estn constituidos por dos

    conducciones gemelas ubicadas en los bloques 3 y 4 a la cota 979,85 m

    Ambas conducciones disponen de una reja en su extremo de aguas arriba, para evitar

    la entrada de slidos de gran tamao, a la que le sigue una embocadura (por cada conduccin)

    que facilita la entrada de caudales a cada conducto. Estos conductos tienen una seccin

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    11

    circular de 1,70 m. de dimetro y una longitud de 53 m aproximadamente y son horizontales

    con el eje a la cota 979,85 m.

    Tras los conductos se han proyectado los sistemas de guarda y regulacin de los

    desages. En efecto, como sistema de guarda, los desages disponen de una compuerta

    BUREAU por cada conduccin, mientras que como compuertas de regulacin se han dispuesto

    sendas TAINTOR (una por conducto tambin) que adems facilitan el cambio de rgimen

    hidrulico, de carga a lmina libre.

    Las vlvulas se maniobran desde una cmara construida a tal efecto y a la que se

    accede desde las galeras de servicio de la presa.

    El cambio de rgimen hidrulico se realiza en ptimas condiciones mediante una

    brusca ampliacin de la seccin de desage tras las compuertas TAINTOR y un conducto de

    aduccin de aire de 1,50 m de dimetro, que incide por debajo del filete lquido, que elimina

    cualquier posibilidad de presiones negativas y fenmenos de cavitacin.

    La referida galera de descarga finaliza en una estructura de lanzamiento que vierte los

    caudales directamente al cuenco amortiguador.

    1.6.2. Clculo de la capacidad hidrulica

    Los dos desages de fondo proyectados estn constituidos por los siguientes

    elementos, desde aguas arriba hacia aguas abajo:

    Rejilla: Formada por una estructura reticulada, una en cada conducto, compuesta

    por elementos horizontales y verticales.

    Embocaduras: Perfiladas mediante acuerdos elpticos, facilitan un cambio de seccin desde

    3,7 m hasta 1,70 m. Su eje se sita a la cota 979,85 m.

    Conductos: Horizontales, con una longitud de 5 m y secciones circulares de 1,7 m de

    dimetro.

    Compuertas: Del tipo BUREAU, de 1,70 x 1,70 m, una por cada conducto.

    Conductos: Horizontales, con una longitud de 2,80

    Compuertas: Del tipo TAINTOR, para vano de 1,70 x 1,70 m y radio de giro de 2,75 m, una

    por cada conducto. En ellas se establece un desage bajo compuerta.

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    12

    Para el estudio hidrulico de esta estructura se ha utilizado un programa de clculo

    electrnico en ordenador denominado DFOND, que simula el funcionamiento en rgimen

    permanente de conductos en carga, con posibilidad de descarga sobre un canal, es decir con

    cambio a rgimen en lmina libre, a travs de una estructura hidrulica de desage bajo

    compuerta o similar a la proyectada.

    Este programa asimila el desage a estudiar a una sucesin de distintos elementos

    tales como son, rejillas, embocaduras, transiciones, codos, tramos rectos y vlvulas de todos

    los tipos que normalmente se utilizan en este tipo de obras.

    De cada uno de estos elementos, se suministran al ordenador sus caractersticas

    geomtricas e hidrulicas, y DFOND calcula las prdidas de carga para un caudal unitario

    pasando por ellos; de esta forma, integrando todas estas prdidas de carga se llega a conocer

    la expresin global que rige el funcionamiento del desage de fondo en cuestin:

    H K =Q u

    El programa da como resultados, primeramente la tabla de valores de caudales y

    alturas en el embalse, y posteriormente suministra la informacin relativa al estado de

    presiones, prdidas de carga y velocidades a lo largo del desage de fondo.

    Las prdidas de carga de tipo localizado son calculadas de acuerdo con la expresin,

    g 2v - v k = H

    21

    22

    uu'

    y las prdidas por rozamiento son calculadas de acuerdo con la expresin de Manning.

    1.6.3. Lmina de agua en la galera de descarga

    Como se ha comentado, las compuertas TAINTOR de los desages de fondo facilitan un

    cambio de rgimen de funcionamiento, de carga a lmina libre. En este cambio de rgimen el

    conducto desagua a una nica galera de descarga de seccin rectangular que finaliza en un

    trampoln que lanza los caudales al cuenco de disipacin de energa.

    Se ha procedido, por una parte, a obtener la lnea piezomtrica en la galera de

    descarga, para comprobar que sta posee seccin suficiente y por otra, se ha calculado el

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    13

    lanzamiento desde el trampoln al objeto de cerciorar que ste es adecuado con respecto a la

    morfologa del cuenco de disipacin de energa.

    El clculo de la lnea piezomtrica se ha realizado mediante el programa informtico

    DFOND, que permite simular el desage bajo compuerta y procede obteniendo el rgimen

    permanente en la descarga. Los listados correspondientes a este clculo se pueden consultar

    en la parte final del anejo.

    El clculo del lanzamiento desde el trampoln se ha realizado a partir de los parmetros

    hidrulicos en la ltima seccin del canal que ofrece el programa DFOND y mediante las

    siguientes ecuaciones:

    2

    21

    cos

    gtvtseny

    vtx

    DD

    Adems, a las velocidades segn cada componente, obtenidas del programa DFOND,

    se les ha aplicado un coeficiente de 0,90 para tener en cuenta el efecto de frenado por el

    rozamiento con el aire.

    Todo ello se ha realizado suponiendo que las compuertas estn totalmente abiertas y

    que el nivel del embalse se encuentra a la cota de coronacin, esto es, con los desages

    funcionando a plena carga.

    1.7. Capacidad hidrulica de las tomas de agua

    1.7.1. Descripcin de las obras

    La toma de agua de la Presa de Castrovido est constituida por una torre exenta al

    paramento de la presa, unida a ella en el bloque n 2, con cuatro embocaduras a distintas

    cotas, con sus respectivas rejillas y compuertas deslizantes (los ejes de las embocaduras se

    ubican a las cotas 1028.25, 1013.25, 998.25 y 983.25).

    1.7.2. Clculo hidrulico

    Para el estudio de la capacidad de estas tomas se ha utilizado un programa de clculo

    electrnico en ordenador denominado DFOND, que simula el funcionamiento de conductos

    en carga, compuestos por diversos elementos consecutivos. El fundamento de este programa

    se ha explicado en el apartado anterior.

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    14

    1.8. Comprobacin hidrulica del canal de descarga del aliviadero

    1.8.1. Objetivo

    La comprobacin hidrulica del canal de descarga tiene triple objetivo:

    1. Comprobar la idoneidad hidrulica de la embocadura de los aliviaderos.

    2. Comprobar que los cajeros del canal poseen altura suficiente.

    3. Calcular el lanzamiento desde el vano central del canal a la estructura terminal de los

    aliviaderos

    4. Obtener los parmetros hidrulicos de funcionamiento para los caudales de clculo en

    la seccin final del canal, necesarios para proceder al clculo de la estructura terminal

    de los aliviaderos.

    1.8.2. Clculo hidrulico

    El clculo hidrulico se ha realizado en rgimen permanente para el caudal punta

    desaguado por los aliviaderos, durante el paso de las avenidas de 500, 1.000, 5.000 y 10.000

    aos de periodo de retorno.

    Para la realizacin de los clculos se ha empleado el programa informtico ALIVI; el

    programa ALIVI simula el movimiento en rgimen permanente y uniformemente acelerado

    del agua en un cauce abierto, por aplicacin en intervalos sucesivos de la ecuacin de

    conservacin de la energa (Bernouilli).

    Partiendo de los datos geomtricos del aliviadero y del canal de descarga determina el

    perfil de la lmina vertiente sobre el vertedero y en cada una de las secciones transversales del

    canal de descarga consideradas, calcula el calado normal, la velocidad, la altura de velocidad,

    las prdidas de carga por rozamiento, la altura de energa, el nmero de Froude y finalmente el

    calado conjugado.

    ALIVI, adems, hace una estimacin de la posicin de la lmina aguas arriba de la

    seccin donde se produce el rgimen crtico, mediante la interpolacin entre curvas obtenidas

    de forma experimental y tendiendo hacia la posicin de lmina en el embalse, que es conocida.

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    15

    De los resultados del clculo se comprueba la idoneidad de la embocadura del

    aliviadero (el agua no incide en el puente de paso sobre el aliviadero) y el suficiente resguardo

    de los cajeros del canal.

    1.9. Comprobacin hidrulica de la estructura terminal del aliviadero

    1.9.1. Descripcin de las obras

    La estructura terminal de los aliviaderos de la presa de Castrovido es un cuenco de

    amortiguacin proyectado para producir durante el paso de los caudales de clculo, una

    disipacin energa suficiente como para restituir dichos caudales al ro de manera adecuada. Se

    trata de un cuenco USBR tipo II.

    El cuenco se ubica en prolongacin con el canal de descarga del aliviadero, al que se

    une mediante un acuerdo circular de 20 m de radio y de 53 de ngulo de desarrollo. Tiene

    seccin rectangular de ancho de 25 m.

    La longitud del cuenco, medida desde el pie de aguas abajo del acuerdo hasta el pie de

    aguas arriba del azud es de 79,39 m, la cota de la solera es la 956,27 m. El cuenco est

    delimitado lateralmente por dos muros cajeros de 19 m de altura.

    1.9.2. Clculo hidrulico

    El clculo hidrulico de un cuenco de disipacin de energa consiste en comprobar que

    para los caudales de clculo de entrada se generan dentro del cuenco, como mnimo, los

    calados conjugados de los correspondientes a esos caudales de entrada.

    Al cuenco de amortiguacin de energa de la presa de Castrovido afluyen los tres vanos

    del canal de descarga, todos ellos de 5 m de anchura.

    En el presente apartado se estudia la morfologa del resalto generado durante el paso de

    las avenidas de clculo por el embalse.

    Las caractersticas hidrulicas del flujo en la seccin de entrada al cuenco en los vanos

    laterales se han tomado de los listados de clculo del programa ALIVI correspondientes a la

    comprobacin hidrulica del canal de descarga del aliviadero.

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    16

    El fenmeno hidrulico producido en el cuenco de resalto hidrulico, se ha estudiado

    como una transicin en movimiento permanente para cada uno de los caudales punta de las

    avenidas ensayadas.

    As, al ser la pendiente de la estructura terminal horizontal (y por tanto menor que la

    crtica para cada uno de los caudales circulantes) se generar un resalto hidrulico cuyas

    caractersticas se obtienen con las siguientes ecuaciones:

    u 181

    21

    12

    1

    2 Fyy

    126 yyL u En donde:

    Y1: calado aguas arriba del resalto

    Y2: calado aguas abajo del resalto

    F1: n de Froude aguas arriba del resalto

    L: longitud del resalto

    Por otra parte y dada la longitud del canal de descarga del aliviadero, se ha supuesto

    que la influencia de la aireacin de la lmina es suficientemente importante como para

    considerarla en los clculos. As se han aplicado las ecuaciones recogidas en la GUA TCNICA

    N 5: ALIVIADEROS Y DESAGES redactada por el COMIT ESPAOL DE GRANDES PRESAS:

    41011

    Cffw

    u

    333,02

    8

    uuu Dseng

    fqh wW

    CW hCh u 1 75,0)(75,0 DsenC u

    cc h

    AQV /

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    17

    1.10. Dimensionamiento hidrulico de las obras provisionales de desvo del ro

    Las obras provisionales de desvo del ro consisten en:

    Fase o desvo del ro: Obras necesarias para desviar las aportaciones naturales del Arlanza durante dos aos.

    El dimensionamiento de una obra de desvo provisional comienza con la seleccin de la

    avenida de proyecto a considerar.

    En el caso que nos ocupa, se han seguido las recomendaciones de la GUA TCNICA N 4:

    AVENIDA DE PROYECTO redactada por el COMIT ESPAOL DE GRANDES PRESAS. Esta gua

    estipula que la probabilidad de superacin de los caudales de diseo de la obra de desvo en la

    duracin o vida til de la misma, para una presa CATEGORA A y de fbrica de hormign, debe

    ser inferior al 20%.

    Con ello se obtiene fcilmente la probabilidad de que se supere un determinado caudal Qd

    en un nmero n de aos:

    20,0111

    n

    TP

    Despejando T se obtiene el periodo de retorno de la avenida a considerar para cada

    caso. Se adjunta una tabla con los resultados obtenidos:

    Obra

    provisional

    Duracin o

    vida til de la

    obra (n)

    Periodo de

    retorno (T)

    obtenido

    Avenida de

    clculo

    Caudal

    punta de la

    avenida de

    clculo

    Caudal de

    diseo

    empleado

    Desvo 2 ao 9,45 aos 10 aos 213,91 m3/s 275,00 m3/s

    1.10.1. Descripcin de las obras

    Las obras del desvo del ro estn formadas por un sistema formado por la atagua, la

    contra - atagua y el canal de desvo.

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    18

    Se ha proyectado un canal, de seccin rectangular de 10 m de anchura, a cielo abierto por

    la margen izquierda, que cruza la presa en galera entre su Bloque N 3 y N 5, y con una

    pendiente del 0,60 %. El portillo por el que este canal atraviesa la presa ser hormigonado en su

    totalidad con el posterior tapn a ejecutar en dos fases y su ulterior inyeccin de contacto y

    sellado.

    Los planos del desvo del ro se incluyen en el Documento n 2.

    1.10.2. Comprobacin hidrulica

    La comprobacin hidrulica del canal se ha realizado en dos pasos. El primero de ellos

    consiste en el clculo del rgimen uniforme, para posteriormente comprobar el rgimen

    permanente.

    El clculo en rgimen uniforme se ha realizado mediante una hoja de clculo que itera

    tantas veces como son necesarias hasta encontrar unos parmetros hidrulicos que igualan la

    prdida de carga unitaria con la pendiente de la solera del canal.

    Para el clculo hidrulico se ha empleado el programa PERMAN, programa basado en la

    resolucin sucesiva de la ecuacin de la conservacin de la energa de Bernouilli, en un perfil

    determinado mediante secciones transversales.

    El anlisis numrico del movimiento del agua en rgimen permanente en un cauce

    abierto, se puede abordar como una sucesin de regmenes uniformes a lo largo de la conduccin.

    En efecto, el rgimen permanente es aqul en que la situacin del agua en la conduccin no vara

    en el tiempo, pudiendo hacerlo a lo largo de dicha conduccin, (si tambin es constante a lo largo

    de ella, se tratara de un rgimen uniforme), por lo tanto, si se elige un incremento de integracin

    x suficientemente pequeo, se podr aproximar el rgimen no uniforme general en la

    conduccin a esta sucesin de regmenes uniformes.

    La ventaja que este procedimiento presenta es que permite calcular las prdidas de carga

    debidas al rozamiento a lo largo de la conduccin utilizando las frmulas experimentales

    normalmente utilizadas como pueden ser las de MANNING, DARCY, etc., las cuales requieren la

    uniformidad del rgimen (velocidad constante a lo largo de la conduccin) para su aplicacin.

    Para cada uno de los sucesivos tramos de integracin, de longitud es, se puede establecer

    la ecuacin de conservacin de la energa de BERNOUILLI:

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    19

    Los valores de los subndices en la expresin anterior, se refieren a los extremos, inicial

    y final, de cada incremento de integracin Gx, y el ltimo trmino 'H1,2 representa la prdida de carga debida al rozamiento, en dicho tramo de integracin.

    Para la evaluacin de estas prdidas, se utiliza la expresin de MANNING:

    n : coeficiente de rugosidad de MANNING

    vm : velocidad media del agua en el tramo de integracin

    x : incremento de integracin a lo largo del canal

    RH : radio hidrulico medio en el tramo de integracin

    Adems, se debe satisfacer en todo momento, ya que se trata de rgimen permanente,

    la ecuacin de la continuidad :

    S1 . v1 = S2 . v2

    siendo S1 y S2 las secciones hidrulicas en los extremos inferior y superior del

    incremento de integracin x.

    Aplicando sucesivamente la ecuacin de BERNOUILLI y la de la CONTINUIDAD, de manera

    que se conocen los valores de y, v, y z en el extremo inferior de cada x, y el valor de z en su

    extremo superior, se pueden determinar los valores de y v en el extremo superior, ya que se tiene

    un sistema de dos ecuaciones con dos incgnitas.

    PERMAN, resuelve el citado sistema de ecuaciones mediante iteraciones sucesivas,

    tomando como variable de convergencia la energa del agua en cada punto, con un error

    admisible de una centsima de milmetro, y da como resultados para cada una de las secciones de

    clculo los valores de:

    - N de la seccin

    H + z + y +

    g x 2v = z +

    y + g x 2

    v = E 1,22222

    11

    21 'UU

    x x R

    v x n = H4/3H

    2m

    2 G'

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    20

    - Valor del nmero de FROUDE

    - Cota de la lmina de agua

    - Calado

    - Resguardo disponible

    - rea mojada o seccin hidrulica

    - Velocidad del agua

    - Radio hidrulico

    - Altura de velocidad

    - Prdida de carga

    - Cota de la lnea de energa

    - Caudal

    Para ello, PERMAN (programa utilizado en este caso), necesita conocer por un lado la

    geometra del cauce, definido mediante sucesivas secciones transversales, las cuales se definen

    con :

    x en el caso de secciones prismticas

    - N de la seccin

    - Distancia al origen

    - Cota de la rasante de solera

    - Anchura de solera

    - Profundidad del cauce

    - Taludes izquierdo y derecho del cauce principal, y anchuras de banqueta y

    taludes izquierdo y derecho del cauce de expansin

    - Coeficiente de rugosidad de MANNING

    - Caudal de toma, si lo hay

    x en el caso de secciones circulares.

    - N de la seccin

    - Distancia al origen

    - Cota de la rasante

    - Radio de la seccin

    - Altura o profundidad mxima de la seccin

    - Coeficiente de rugosidad de MANNING

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    21

    - Caudal de toma, si lo hay

    Todo esto es vlido para el caso de un cauce o conduccin en rgimen lento; si se tratara

    de una conduccin en rgimen rpido, como el que nos ocupa en nuestro caso, el programa

    PERMAN, procedera de la misma forma pero cambiando el sentido de avance de los clculos:

    stos progresaran desde aguas arriba hacia aguas abajo, debindose establecer en consecuencia,

    las condiciones de contorno, en los extremos de aguas abajo.

    El programa PERMAN, se ha contrastado en otras muchas ocasiones con otros

    equivalentes ofreciendo siempre un grado de similitud en los resultados altamente satisfactorio.

    La ventaja de utilizar este programa frente a otros reside en que PERMAN ha sido desarrollado

    para casos prcticos de obras de encauzamientos, canales y conducciones a en lmina libre, y

    permite el manejo fcil de tomas, desages y aquellas condiciones de contorno que realmente se

    presentan en la prctica, tales como:

    Energa y caudal impuestos, como es el caso de una desembocadura de un cauce en el mar, o sobre otro cauce.

    Vertedero de control, como es frecuente en canales que terminan en una estructura de control de niveles.

    Desage bajo compuerta, estructuras muy frecuentemente instaladas en canales para el control de niveles y caudales.

    Rgimen crtico inicial, que simula el vertido libre en el extremo de un canal, o el inicio de una rpida, etc.

    Rgimen uniforme inicial, que sera el caso del estudio de un tramo de una conduccin que enlazase con otro tramo de caractersticas uniformes.

    Todas estas condiciones se pueden imponer en el anlisis de una determinada

    conduccin, con secciones prismticas, circulares, en herradura u ovoides.

    En el caso que nos ocupa, la seccin de control se establece, en la embocadura de los canales, a

    partir de la cuales el agua circula en rgimen supercrtico, manteniendo un resguardos adecuado

    para los caudales de diseo.

    1.10.2.1. Clculo en rgimen uniforme

    Canal de desvo

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    22

    Para una pendiente del 0,50%

    1.10.2.2. Clculo en rgimen permanente

    A continuacin se muestra el perfil longitudinal del canal en direccin vertical para

    apreciar mejor los resguardos del canal para los caudales de diseo.

    CAUDAL (m3/s) 300.000

    ENERGA EN CABECERA

    ENERGA ESPECFICA (m.c.a.) 7.119

    Pendiente (m/m) 0.00500 Calado (m) 3.622

    Ancho en base (m) 10.000 T 10.000

    Talud cajero izdo 0.000 Velocidad (m/s) 8.284

    Talud cajero dcho 0.000 Seccin mojada (m2) 36.216

    Manning 0.014 Permetro mojado (m) 17.243

    Radio hidrulico (m) 2.100

    Prdida unitaria 0.00500

    N de Froude 1.39

    CALADO CRTICO 11.512

    SECCIN TRAPECIAL (rgimen uniforme)

  • C

    LCU

    LOS

    HID

    R

    ULI

    CO

    S

    P

    RE

    SA

    DE

    CA

    STR

    OV

    IDO

    23

    Esqu

    ema

    n1.

    Can

    al d

    e de

    svo

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    24

    CORONACIN Y RESGUARDO

    Con el objeto de verificar que la cota de coronacin de la presa (1.048,00 m.s.n.m.) es

    adecuada se ha realizado un estudio complementario de avenidas que consiste en simular el

    paso de la avenida de 10.000 aos suponiendo que el nivel inicial en el embalse se ubica a la

    cota 1.043,00 m.s.n.m..

    El clculo se ha realizado en las mismas condiciones que las consideradas en el estudio de

    laminacin de avenidas incluido en este mismo anejo:

    Nivel inicial al N.M.N. (1.043,00 m).

    Los desages de fondo se abren cuando el nivel del embalse supera la cota 1.044,1 m.

    El clculo se ha realizado mediante el programa informtico LAMIN, cuyo fundamento ya

    se ha explicado.

    Los resultados obtenidos han sido los siguientes:

    Volumen de entrada ........................................................................................................... 70,559 Hm3

    Volumen desaguado ........................................................................................................... 70,559 Hm3

    Caudal punta de entrada ................................................................................................. 663,911 m3/s

    Caudal punta del aliviadero superior .............................................................................. 296,215 m3/s

    Caudal punta de los desages de fondo ........................................................................... 155,75 m3/s

    Caudal mximo desaguado ............................................................................................. 451,976 m3/s

    Nivel mximo alcanzado en el embalse ............................................................................. 1.046,25 m

    Con esto, para comprobar la idoneidad de la cota de coronacin de la presa se deben tener en

    cuenta las siguientes cifras:

    N.A.P. + Altura de ola = 1.043,1 + 1,24 = 1.044,34 m

    N.A.E. = 1.044,10 m

    Mximo nivel durante el paso de la avenida de 10.000 aos, con nivel inicial a la 1.043,00 =

    1.046,25 m

  • CLCULOS HIDRULICOS PRESA DE CASTROVIDO

    25

    Con ello, se demuestra que la cota 1.048,00 m es ms que suficiente.

  • PROYECTO DE LA PRESA DE CASTROVIDO

    ANEJO N 12

    CLCULOS

    MECNICOS

    UNIVERSIDAD DE CANTABRIA. PROYECTO FIN DE CARRERA

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    2

    0. NDICE

    1. PRESA..................................................................................................................................... 4

    1.1. CUERPO DE PRESA ......................................................................................................... 4

    1.1.1. ESTABILIDAD FRENTE AL DESLIZAMIENTO ............................................................. 4

    1.1.2. ESTUDIO TENSIONAL ........................................................................................... 10

    1.1.3. ESTUDIO DE LA SUBPRESIN ............................................................................... 14

    1.2. GALERAS ..................................................................................................................... 14

    1.3. CORONACIN .............................................................................................................. 14

    1.4. BLINDAJES DE LAS TUBERAS DEL DESAGE DE FONDO Y TOMAS ............................. 17

    1.4.1. Blindajes del desage de fondo .......................................................................... 17

    1.4.2. Blindajes de las tomas de agua ........................................................................... 21

    2. ALIVIADERO ......................................................................................................................... 27

    2.1. Pilas del aliviadero ....................................................................................................... 27

    2.2. Muros cajeros del aliviadero ....................................................................................... 27

    2.3. Tablero del puente sobre el aliviadero ........................................................................ 28

    2.4. Muro del cuenco amortiguador .................................................................................. 28

    2.4.1. Metodologa ........................................................................................................ 28

    2.4.2. Datos de partida .................................................................................................. 29

    2.4.3. Resultados de clculo .......................................................................................... 30

    2.4.4. Clculo de secciones ............................................................................................ 30

    3. TORRE TOMA DE AGUA ....................................................................................................... 31

    3.1. Fuste ............................................................................................................................ 31

    3.1.1. Mtodo de clculo ............................................................................................... 31

    3.1.2. Normativa utilizada ............................................................................................. 33

    3.1.3. Materiales ............................................................................................................ 34

    3.1.4. Acciones consideradas. Hiptesis de carga ......................................................... 34

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    3

    3.1.5. Obtencin de deformadas, tensiones y esfuerzos en la hiptesis psima.

    Dimensionamiento de armaduras. ...................................................................................... 35

    3.2. Mnsulas del puente gra ........................................................................................... 40

    3.3. Superestructura ........................................................................................................... 40

    4. DESVO ................................................................................................................................. 41

    4.1. Cajeros del canal de desvo del ro .............................................................................. 41

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    4

    1. PRESA

    1.1. CUERPO DE PRESA

    1.1.1. ESTABILIDAD FRENTE AL DESLIZAMIENTO

    1.1.1.1. Introduccin

    Tal y como se detalla en la introduccin de la memoria del presente Proyecto: Presa de

    Castrovido, la incidencia principal surgida en la ejecucin de las obras de construccin de la

    presa, ha sido que la excavacin ha estado abierta desde septiembre de 2004; durante este

    tiempo se han producido derrumbes y deslizamientos en estos taludes y una meteorizacin

    apreciable de la superficie excavada, dado el tipo de cimentacin existente en la cerrada:

    alternancia de limolitas y areniscas. Por todo ello se ha requerido realizar tratamientos

    especficos al terreno.

    1.1.1.2. Datos de partida

    Se han analizado secciones de presa, con dos hiptesis de plano de deslizamiento:

    - Por el contacto hormign-roca de cimentacin, con unos parmetros

    resistentes de 35 para el ngulo de rozamiento y con cohesin nula.

    - Por un plano de sedimentacin, que pase por el pie de aguas abajo de la presa

    y con un buzamiento de 15, hacia aguas arriba. Es importante destacar que

    estos planos son crticos en la estabilidad de la presa.

    Se ha considerado un peso especfico (g) para el hormign de 2,4 t/m3.

    En ningn caso se ha considerado el efecto favorable del empuje pasivo de la cua de

    aguas abajo, a pesar de lo importante que es la profundizacin de la presa en la roca de

    cimiento.

    En cuanto a la subpresin se ha considerado que la junta en el contacto de la presa con

    el cimiento por aguas arriba est abierta. Se ha realizado un anlisis por el MEF, utilizando para

    ello, el programa de simulacin del movimiento del agua en medios porosos SEEP-2D, como se

    detalla en el apartado 11.1.3 Estudio de la subpresin.

    Con todo ello, se ha procedido a recalcular la presa de Castrovido con las hiptesis de

    clculo de la Instruccin de Grandes Presas.

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    5

    - A2 es la hiptesis de Embalse lleno a NMN con drenaje eficaz (situacin normal)

    - B21 es Embalse lleno a NMN con drenaje ineficaz

    - B23 es Embalse lleno a NAP con drenaje eficaz (B21 y B23 con NAP son situaciones

    accidentales)

    - B22 es la A2 con sismo

    - B23 es Embalse lleno a NAE con drenaje eficaz (B22 y B23 con NAE son situaciones

    extremas).

    Los coeficientes de seguridad requeridos son:

    SITUACIN DE CARGA COEFICIENTE DE

    SEGURIDAD AL ROZAMIENTO

    COEFICIENTE DE SEGURIDAD

    A LA COHESIN

    A2 1,5 5

    B21 1,2 4

    B23 con NAP 1,2 4

    B22 1,0 3

    B23 con NAE 1,0 3

    1.1.1.3. Metodologa de clculo

    Para el clculo de las secciones, dado que se trata de una presa gravedad con planta

    recta, sin efecto arco alguno, se ha desarrollado el clculo basado en el equilibrio de fuerzas y

    por metro lineal de longitud de presa.

    Estas resultantes de fuerzas se obtienen, analizando y calculando las distintas acciones

    y reacciones que actan sobre la presa. Estas acciones y reacciones quedan claramente

    reflejadas en los grficos de esquemas de clculo de cada una de las secciones.

    Una vez obtenidas las diferentes fuerzas que actan sobre la presa, se proyectan segn

    las direcciones de los ejes X (horizontal) e Y (vertical), para obtener las resultantes en cada una

    de las dos direcciones citadas, que posteriormente sern proyectadas, a su vez, segn las

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    6

    direcciones normal y tangente al plano de deslizamiento (cimentacin o sedimentacin, segn

    el caso), FN y FT, para ser introducidas en la frmula que define el factor de seguridad:

    TF..seguridad deFactor SctgFN M

    siendo cada uno de los trminos:

    FN, la resultante de todas las fuerzas normales al plano de deslizamiento. FT, la resultante de todas las fuerzas paralelas al plano de deslizamiento. I, ngulo de rozamiento interno en el plano de deslizamiento. c, cohesin en el plano de deslizamiento. S, longitud de la lnea de deslizamiento.

    Tambin se ha calculado el margen de seguridad, aplicando los coeficientes de

    seguridad requeridos en la Instruccin para tg(I) y c. Los clculos se han desarrollado mediante una aplicacin en Excel.

    1.1.1.4. Hiptesis de clculo

    Se obtienen las siguientes tablas de clculo, con el esquema de fuerzas correspondiente:

    Seccin mxima por aliviadero (bloque central). Deslizamiento por el plano de sedimentacin a 15 con la horizontal. No existe relleno al pie de aguas abajo.

    Seccin mxima por aliviadero (bloque central). Deslizamiento por el plano de sedimentacin a 15 con la horizontal. Existe relleno compactado de los muros del

    cuenco (en parte del bloque).

    Seccin mxima por laderas. Deslizamiento por el plano de sedimentacin a 15 con la horizontal. Existe relleno compactado de los muros del cuenco (en todo el

    bloque).

    Seccin mxima por aliviadero (bloque central).Deslizamiento por el plano cimentacin de la presa.

    Seccin mxima por laderas. Deslizamiento por el plano cimentacin de la presa.

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    7

    Secciones por laderas. Deslizamiento por el plano de sedimentacin a 15 con la horizontal.

    Secciones por laderas. Deslizamiento por el plano cimentacin de la presa.

    1.1.1.5. Conclusiones

    Como se recoge en este apartado, ha sido preciso un rediseo de la seccin tipo de la presa

    debido a la influencia de los siguientes factores en su estabilidad:

    - El NMN es la cota de 1042,00 m.

    - La disminucin de los parmetros resistentes considerados (cohesin nula y un ngulo

    de rozamiento de 20) para un plano de sedimentacin con buzamiento de 15 hacia

    aguas arriba y que pase por el pie de aguas abajo de la presa.

    - La hiptesis de apertura en el contacto hormign-cimiento del tacn de aguas arriba y

    la sobreexcavacin necesaria debido a la meteorizacin de la roca excavada. Esto

    implica que la carga de agua en este contacto es creciente desde el contacto con el

    terreno natural hasta el vrtice de aguas arriba de la superficie horizontal que forma la

    cimentacin. Al aumentar la profundidad de excavacin, esta carga de agua y la

    consiguiente subpresin que se establece en los posibles planos de deslizamiento,

    supondra un aumento importante de los esfuerzos desestabilizadores y una

    consiguiente disminucin de los coeficientes de seguridad. Por ello se ha diseado una

    cimentacin quebrada, que en la zona de aguas arriba est ms alta, para evitar en la

    medida posible este efecto; pero respetando la sobreexcavacin necesaria en cada

    zona.

    En cuanto a los casos de deslizamiento por el plano de cimentacin: los resultados

    obtenidos por un clculo de equilibrio de fuerzas, como el realizado, y por un mtodo de

    elementos finitos son similares.

    Sin embargo, en cuanto a los casos de deslizamiento por un plano de sedimentacin dentro

    del cimiento, para 15 con la horizontal, hay que sealar que los valores obtenidos mediante el

    clculo de equilibrio de fuerzas quedan del lado de la seguridad, debido principalmente a que

    este clculo supone el cimiento rgido. En los clculos mediante elementos finitos, se observa

    que las tensiones principales van tomando una direccin ms vertical a medida que

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    8

    profundizamos en el cimiento, lo que supone que las fuerzas tangenciales son menores o

    incluso, como ocurre en la parte de aguas arriba, son estabilizadoras, a diferencia del clculo

    por el plano de cimentacin.

    Se muestra a continuacin un resumen de los resultados:

    Tabla n 1: Factores de seguridad. Seccin central.

    Seccin aliv B0 Seccin aliv B1 Y B2 Seccin laderas B3

    HIPTESIS (FF=20) (F=20) (F=20)

    A2 1,70 1,77 1,84 >1.5

    B21 1,26 1,32 1,39 >1.2B23 (NAP) 1,54 1,59 1,66 >1.2

    B22 1,16 1,20 1,25 >1B23 (NAE) 1,49 1,55 1,61 >1

    Seccin aliv B0 Seccin aliv B1 Y B2 Seccin laderas B3

    HIPTESIS (FF=35) (F=35) (F=35)

    A2 2,84 2,95 2,88 >1.5

    B21 1,64 1,72 1,67 >1.2B23 (NAP) 2,70 2,79 2,73 >1.2

    B22 1,99 2,05 2,02 >1B23 (NAE) 2,61 2,70 2,64 >1

    NORMALES

    ACCIDENTALES

    EXTREMAS

    FACTORES DE SEGURIDAD MEDIANTE EQUILIBRIO DE FUERZAS - SECCIONES MXIMAS (Haa=86 m)

    Plano de sedimentacin (a 15 con h)

    Plano de cimentacin

    NORMALES

    ACCIDENTALES

    EXTREMAS

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    9

    Tabla n 2: Factores de seguridad. Seccin de laderas.

    Con estos valores, se puede asegurar que la presa de Castrovido es estable al

    deslizamiento, con factores de seguridad suficientemente conservadores.

    Dada la configuracin del terreno de cimentacin ,se han previsto unas actuaciones de

    tratamiento en los 6 bloques centrales, consistentes en la ejecucin de un encepado de

    dimensiones 5 x 5 x 73 m, con 115 micropilotes por bloque (con camisa de chapa de 10 mm de

    espesor y 273 mm de dimetro, de una longitud media de 30 m). La funcin de los micropilotes

    es coser posibles planos de deslizamiento ms profundos y, colaborando con los encepados,

    aumentar la resistencia al deslizamiento de la presa en las secciones mximas.

    Como seguridad adicional, entre los 6 bloques centrales y nicamente aguas abajo de

    la junta longitudinal de la presa, est previsto configurar los encofrados entre bloques con 7

    artesas de 4 m de anchura por 3,5 m de altura (adems de inyectar estos 5 recintos) para que

    la estabilidad al deslizamiento se vea mejorada al trabajar conjuntamente.

    SECCIN 17 SECCIN 16 SECCIN 15 SECCIN 14 SECCIN 13 SECCIN 12

    ALTURA S/CIM POR AG ARRIBA (m) 83,72 80,56 77,14 73,72 70,3 66,751

    HIPTESIS (FF=20) (F=20) (F=20) (F=20) (F=20) (F=20)

    A2 1,73 1,68 1,71 1,66 1,64 1,64 >1.5

    B21 1,41 1,37 1,41 1,35 1,32 1,31 >1.2B23 (NAP) 1,56 1,50 1,52 1,47 1,45 1,44 >1.2

    B22 1,19 1,16 1,17 1,13 1,11 1,10 >1B23 (NAE) 1,51 1,46 1,48 1,43 1,41 1,39 >1

    SECCIN 17 SECCIN 16 SECCIN 15 SECCIN 14 SECCIN 13 SECCIN 12

    HIPTESIS (FF=35) (F=35) (F=35) (F=35) (F=35) (F=35)

    A2 2,86 2,77 2,83 2,72 2,64 2,46 >1.5

    B21 1,86 1,81 1,87 1,83 1,85 1,89 >1.2B23 (NAP) 2,54 2,44 2,49 2,40 2,33 2,18 >1.2

    B22 1,90 1,85 1,88 1,84 1,80 1,71 >1B23 (NAE) 2,46 2,36 2,40 2,32 2,26 2,11 >1

    FACTORES DE SEGURIDAD MEDIANTE EQUILIBRIO DE FUERZAS - SECCIONES DE LADERAS

    Plano de cimentacin

    NORMALES

    ACCIDENTALES

    EXTREMAS

    Plano de sedimentacin (a 15 con h)

    NORMALES

    EXTREMAS

    ACCIDENTALES

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    10

    1.1.2. ESTUDIO TENSIONAL

    1.1.2.1. Modelo utilizado

    Con objeto de obtener el estado tensional de la presa y las tensiones mximas y

    mnimas transmitidas al cimiento, as como los desplazamientos mximos en coronacin, y

    esfuerzos mximos en galeras y cmaras, se ha realizado una modelizacin bidimensional en

    elementos finitos en deformacin plana de dos secciones crticas de la presa: correspondientes

    a la seccin por aliviadero inferior y por aliviadero superior.

    Para ello se ha utilizado el programa de clculo SAP-2.000 (versin 14).

    1.1.2.2. Caractersticas de los materiales

    x Hormign convencional

    Mdulo de elasticidad: ....................................... 2.100.000 t/m

    Mdulo de Poisson: ................................................................0,2

    Peso especfico:.............................................................. 2,4 t/m

    x Cimentacin

    Mdulo de elasticidad: .......................................... 700.000 t/m

    Mdulo de Poisson: ............................................................ 0,25

    Peso especfico:................................................................. 0 t/m

    1.1.2.3. Cargas consideradas

    Peso propio

    Se considera el peso propio del cuerpo de presa, utilizando el peso especfico

    del hormign sealado en el apartado anterior.

    Presin hidrosttica

    Se han considerado dos hiptesis de carga hidrosttica correspondientes a las

    situaciones de nivel normal NMN (cota 1042,00), y nivel extremo NAE (cota 1044,1.)

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    11

    Efectos ssmicos

    La aceleracin mxima potencial considerada en el emplazamiento ha sido de

    0,08 g en horizontal, valor que se ha tomado del PROYECTO 11/02 y ha sido adoptado

    para el clculo de la presa.

    El hormign de la presa, debido a los efectos ssmicos, estar sometido por tanto,

    y de acuerdo con lo sealado en la Instruccin, a las fuerzas correspondientes a aplicar a

    su masa unas aceleraciones de:

    KH = 0,080 g en sentido horizontal

    KV = 0,040 g en sentido vertical

    La direccin de aceleracin horizontal depender de la situacin del epicentro del

    terremoto. A efectos de clculo se ha supuesto el caso ms desfavorable, que

    corresponde a que dicha direccin sea normal al eje de la presa. En cuanto al sentido se

    considera tambin el ms desfavorable para cada caso de carga: de agua arriba a agua

    abajo en caso de embalse lleno.

    La fuerza vertical se ha supuesto orientada hacia la cota creciente, por lo que su

    efecto equivale a una disminucin de peso del hormign.

    Se considera, adems, un incremento de carga hidrosttica por empuje dinmico

    debido al sismo utilizando el procedimiento de Westergaard, que propone una

    sobrepresin ssmica normal al paramento de aguas arriba de la presa, variable con la

    profundidad de acuerdo con la expresin:

    Ph(y)= P0 p (Hy)1/2

    Siendo:

    P0: Presin adimensional de Westergaard (7/8).

    H: Mximo nivel de agua en el embalse.

    y: Profundidad del punto.

    : Fraccin de g que representa la aceleracin del sismo considerado.

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    12

    Ph(y): sobrepresin hidrulica a la profundidad y (m).

    p: presin hidrulica por metro de altura (1t/m2).

    1.1.2.4. Resultados obtenidos

    El estado tensional en la presa se ha determinado para las combinaciones de

    solicitaciones que, razonablemente, representan situaciones desfavorables que pudieran

    presentarse durante la explotacin. Concretamente para las siguientes combinaciones de

    carga:

    - Situaciones normales.

    Peso propio

    Peso propio + carga hidrosttica normal (N.M.N.)

    - Situaciones extremas.

    Peso propio + Efecto ssmico

    Peso propio + carga hidrosttica normal (N.M.N)+ efecto ssmico

    Peso propio + carga hidrosttica extraordinaria (N.A.E)

    Como carga hidrosttica extraordinaria se ha considerado la producida por la avenida

    extrema (T = 10.000 aos).

    Para la interpretacin de los resultados de clculo se ha tenido en cuenta:

    - Que el Pliego de Prescripciones Tcnicas Particulares se exige al hormign del cuerpo

    de presa una resistencia caractersticas a compresin de 15 N/mm a los 90 das.

    - Que la resistencia del hormign a traccin pueden estimarse segn el artculo 39.1 de

    la Instruccin EHE-08 en:

    3 2 ck f 210, =k fct,

    Bastante ms restrictiva que suponerla el 10% de las correspondientes a compresin (artculo 41.3 de la Instruccin de Grandes Presas). En consecuencia

    se acepta que la resistencia a traccin es de 1,28 N/mm.

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    13

    - Por lo que se refiere a los mnimos coeficientes de seguridad, estos han de ser:

    x Compresin, situaciones normales .................................... 4 x Compresin, situaciones extremas .................................... 3 x Traccin, situaciones normales .......................................... 3 x Traccin, situaciones extremas .......................................... 2

    Las mximas tensiones de compresin resultan ser:

    Seccin por aliviadero

    Estado de carga Tensiones N/mm

    Cuerpo de Presa Terreno

    PP

    PP + EH(NMN) + ES

    PP + EH(NAE)

    6,10

    3,46

    3,52

    2,98

    2,02

    1,81

    En cuanto a las tracciones, sin tener en cuenta los valores que se obtienen en las zonas

    cercanas a los huecos de galeras y cmaras, donde se colocan las cuantas de armaduras

    necesarias, tal y como se puede comprobar en los listados de clculo obtenidos, en ningn caso se

    supera la resistencia mnima a traccin del hormign dispuesto.

    Se comprueba, adems que no existen tracciones en el cimiento, encontrndose en todo

    momento comprimido, aun para las mximas solicitaciones de carga hidrosttica.

    1.1.2.5. Compresiones en el terreno

    Desde los primeros encajes del estudio de soluciones se intent conseguir una estructura

    que hiciese trabajar al terreno de forma homognea en todas las hiptesis de carga.

    La solucin finalmente adoptada cumple bien con este requisito, ya que se logran

    compresiones que oscilan entre los 29,8 kg/cm a embalse vaco y los 20,2 kg/cm cuando la presa

    est sometida al empuje hidrosttico originado por la avenida extrema.

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    14

    1.1.3. ESTUDIO DE LA SUBPRESIN

    Para el estudio y determinacin de las subpresiones que realmente actan en la presa,

    se ha desarrollado asimismo un anlisis por el MEF, utilizando para ello, el programa de

    simulacin del movimiento del agua en medios porosos SEEP-2D, para la hiptesis de Embalse

    Lleno. Se ha considerado un nivel de aguas abajo ubicado a cota de solera del cuenco.

    Para ello se han calculado la red de filtracin y las equipotenciales y las lneas isobaras

    de presin intersticial.

    A partir de estas lneas se ha fijado el diagrama resultante de subpresiones a lo largo de

    las superficies de deslizamiento consideradas en los clculos de estabilidad. Este diagrama se

    aproxima, a una ley de distribucin trapecial, como era de suponer, si bien permite la correcta

    cuantificacin de esta ley sobre todo en el pie de aguas abajo de la seccin, cuyo valor real (21

    t/m2) es mayor que el correspondiente a la diferencia de cotas entre ese punto y el nivel de

    agua (que sera 10 t/m2) y que sera el considerado en un clculo convencional.

    1.2. GALERAS

    Utilizando los modelos de clculo realizados en SAP-2000, comentados en el apartado

    anterior, se han obtenido las tensiones mximas de traccin en las hiptesis psimas en las

    galeras y cmaras de la presa, con objeto de realizar el dimensionamiento de las cuantas de

    armadura a disponer:

    Tal y como se puede observar en los planos que componen el Proyecto, las cuantas de

    armadura dispuestas en cada una de las galeras y cmaras es superior a la necesaria para

    absorber las mximas tracciones obtenidas.

    1.3. CORONACIN

    La coronacin diseada consta de dos voladizos, constituidos ambos por elementos

    estructurales verticales o nervios entre los que se establecen sucesivas arcadas.

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    15

    Tanto los nervios verticales como las arcadas que empotran en ellos, se disean con

    perfiles elpticos, cuya morfologa se repite con el fin de conseguir la armona esttica

    adecuada. La luz de las arcadas, es decir la distancia que separa los nervios se ha establecido

    congruentemente con la longitud de los bloques de la presa, de manera que en cada bloque se

    repiten dos mdulos de arcada con dos nervios aguas arriba y aguas abajo.

    Las caractersticas fsicas y mecnicas de los materiales que afectan, de un modo u otro a

    la estructura, as como a su dimensionamiento son las siguientes:

    Peso especfico del hormign: ..................................2,5 t / m3

    Hormign HA-25: ........................................... fck = 25 N / mm2

    Acero B 500 S: .............................................. fyk = 500 N / mm2

    Las cargas consideradas en el clculo son:

    Peso propio: .......................................... 2,7 x 2,5 = 6,75 t / m2

    Barandilla: ................................................................ 0,50 t / m

    Carga puntual correspondiente al carro de la Instruccin: 10 t

    Sobrecarga de uso: ................................................ 0,40 t / m2

    Los coeficientes de mayoracin de cargas y minoracin de resistencias utilizados en el

    dimensionamiento son los siguientes:

    Mayoracin de cargas: ................. Jf = 1,5 (permanentes) y 1,6 (no permanentes) Minoracin de la resistencia del hormign: ............................................... Jc = 1,5 Minoracin de la resistencia del acero: .................................................... Js = 1,15

    Se realizan dos clculos, uno en direccin longitudinal a la coronacin considerando

    cada una de las arcadas como una viga biempotrada y otro en direccin transversal a la

    coronacin considerando el voladizo empotrado en el cuerpo de presa.

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    16

    Clculo en direccin longitudinal:

    De acuerdo con lo comentado anteriormente, los esfuerzos mximos en cada

    una de las arcadas en direccin longitudinal se producen en los empotramientos de las

    mismas en los nervios verticales y son los siguientes:

    mtnM 09,36850,71060,1

    1250,750,0

    1250,750,250,1

    22

    max

    tnV 875,321060,1250,750,0

    250,750,250,1max

    Considerando un canto medio de la arcada de 1,20 metros, las cuantas de

    armadura a disponer de acuerdo con la prescripciones de la Instruccin EHE son las

    siguientes:

    Armadura de flexin: As= 9,49 cm2

    Armadura de cortante No es necesaria.

    Clculo en direccin transversal

    Los esfuerzos mximos en direccin transversal se producen en el

    empotramiento del voladizo en el cuerpo de presa y son los siguientes:

    mtnM 30,5380,11060,1230,350,0

    230,350,250,1

    22

    max

    tnV 85,301060,130,350,030,350,250,1max Considerando un canto medio de la arcada de 1,20 metros, las cuantas de

    armadura a disponer de acuerdo con la prescripciones de la Instruccin EHE son las

    siguientes:

    Armadura de flexin: As= 13,05 cm2

    Armadura de cortante No es necesaria

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    17

    1.4. BLINDAJES DE LAS TUBERAS DEL DESAGE DE FONDO Y TOMAS

    1.4.1. Blindajes del desage de fondo

    1.4.1.1. Caractersticas principales

    Las caractersticas de la conduccin son:

    Seccin nominal de la conduccin 1.70 x 1.70

    Espesor 12 mm

    Tipo de acero AE-255C o superior.

    1.4.1.2. Solicitaciones

    Las cargas para las que ha sido calculada la tubera son las siguientes:

    Cota de embalse (N.A.P.) 1.043,10 m

    Cota de la conduccin 979,85 m

    Presin interna mxima 62,58 tn/m2

    Presin de hormigonado (2 tongadas) 10,00 tn/m2

    Presin externa mxima 10 + 62,58 = 72,58 tn/m2

    1.4.1.3. Normativa utilizada

    Para el clculo de los blindajes se han tenido en cuenta los siguientes documentos y

    normas:

    Norma DIN 19704 y normas DIN complementarias.

    Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales para la ejecucin de Obras Hidrulicas (PTGOH), editado por DIRECCIN GENERAL DE OBRAS HIDRULICAS. Tomo 3 VII.-

    Captulo 37.-Construcciones metlicas.

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    18

    Norma denominada "Recomendaciones para el Proyecto, la Fabricacin y el Montaje de Tuberas Forzadas de Acero en Construccin Soldada destinadas a

    Instalaciones Hidroelctricas", redactada por el COMITE EUROPEO DE LA

    CALDERERA. Recogida en el tomo 3VII.-Captulo 37.-Seccin 3 del PTGOH.

    1.4.1.4. Materiales, tensiones admisibles y coeficientes de seguridad

    El material a emplear ser acero AE-255C (UNE 36080) o de caractersticas mecnicas

    superiores a las siguientes:

    Tensin de rotura 4.200 kg/cm2

    Lmite elstico 2.600 kg/cm2

    Alargamiento 22%

    Tensin de cortadura 1.500 kg/cm2

    Se ha considerado un coeficiente de seguridad mnimo de 1,5 en el clculo de las

    tuberas rectangulares.

    1.4.1.5. Clculo del blindaje por presin externa

    Al estar los marcos separados 0,50 m, la carga total repartida sobre cada marco

    rigidizador ser la siguiente:

    PEXT= 72,58 x 0,50 = 36,29 tn/m2.

    La seccin calculada y la ley de momentos flectores que se produce en la misma

    quedan indicadas en la figura adjunta:

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    19

    Para la presin externa indicada anteriormente los valores de los esfuerzos mximos en

    el marco sern los siguientes:

    Coeficiente de reparto:

    20,100,120,1 lhk

    mtnlk

    lkhqM e 75,312

    22

    mtnlqMM ea 786,08

    2

    mtnhqMM eb 16,38

    2

    tnhqFa 77,212

    tnlqFb 15,182

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    20

    Caractersticas mecnicas de la seccin resistente:

    Area 102,00 cm2

    Centro de gravedad (desde fibra superior) 15,56 cm

    Momento de inercia 7.630,00 cm4

    Area de cortante 26,88 cm2

    Comprobacin de la resistencia en esquina (seccin ms desfavorable).

    Tensin normal 235

    /68,942102

    1015,18630.7

    56,151075,3 cmkgmx V

    Tensin tangencial 23

    /90,80988,261077,21 cmkg W

    Tensin de comparacin

    222 /10,690.190,809368,942 cmkgCO V

    Coeficiente de seguridad

    C=2.600 / 1.690,10 = 1,54

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    21

    Superior a 1,50, por lo tanto la seccin es admisible.

    1.4.2. Blindajes de las tomas de agua

    1.4.2.1. Seccin rectangular

    1.4.2.1.1 Caractersticas principales

    Las caractersticas de la conduccin son:

    Seccin nominal de la conduccin 1.500 x 1.200

    Espesor 12 mm

    Tipo de acero AE-255C o superior.

    1.4.2.1.2 Solicitaciones

    Las cargas para las que ha sido calculada la tubera son las siguientes:

    Cota de embalse (N.A.P.) 1.043,10 m

    Cota de la conduccin ver planos de torre de toma.

    Presin interna mxima 54,61 tn/m2

    Presin de hormigonado (2 tongadas) 10,00 tn/m2

    Presin externa mxima 10 + 54,61 = 64,61 tn/m2

    1.4.2.1.3 Normativa utilizada

    Para el clculo de los blindajes se han tenido en cuenta los siguientes documentos y

    normas:

    Norma DIN 19704 y normas DIN complementarias.

    Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales para la ejecucin de Obras Hidrulicas (PTGOH), editado por DIRECCIN GENERAL DE OBRAS HIDRULICAS. Tomo 3 VII.-

    Captulo 37.-Construcciones metlicas.

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    22

    Norma denominada "Recomendaciones para el Proyecto, la Fabricacin y el Montaje de Tuberas Forzadas de Acero en Construccin Soldada destinadas a

    Instalaciones Hidroelctricas", redactada por el COMITE EUROPEO DE LA

    CALDERERA. Recogida en el tomo 3VII.-Captulo 37.-Seccin 3 del PTGOH.

    1.4.2.1.4 Materiales, tensiones admisibles y coeficientes de seguridad

    El material a emplear ser acero AE-255C (UNE 36080) o de caractersticas mecnicas

    superiores a las siguientes:

    Tensin de rotura 4.200 kg/cm2

    Lmite elstico 2.600 kg/cm2

    Alargamiento 22%

    Tensin de cortadura 1.500 kg/cm2

    Se ha considerado un coeficiente de seguridad mnimo de 1,50 en el clculo de las

    tuberas rectangulares.

    1.4.2.1.5 Clculo del blindaje por presin externa

    Al estar los marcos separados 0,50 m, la carga total repartida sobre cada marco

    rigidizador ser la siguiente:

    PEXT= 64,61 x 0,50 = 32,31 tn/m2.

    La seccin calculada y la ley de momentos flectores que se produce en la misma

    quedan indicadas en la figura adjunta:

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    23

    Para la presin externa indicada anteriormente los valores de los esfuerzos mximos en

    el marco sern los siguientes:

    Coeficiente de reparto: 25,120,150,1 lhk

    mtnlk

    lkhqM e 56,312

    22

    mtnlqMM ea 26,28

    2

    mtnhqMM eb 53,58

    2

    tnhqFa 23,242

    tnlqFb 39,192

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    24

    Caractersticas mecnicas de la seccin resistente:

    Area 103,20 cm2

    Centro de gravedad (desde fibra superior) 16,22 cm

    Momento de inercia 8.440,00 cm4

    Area de cortante 28,08 cm2

    Comprobacin de la resistencia en esquina y en el centro del lado largo

    (secciones ms desfavorables).

    Comprobacin en el centro del lado largo

    Tensin normal 235

    /64,250.120,1031039,19

    440.822,161053,5 cmkgmx V

    Comprobacin en esquina

    Tensin normal 235

    /05,87220,1031039,19

    440.822,161056,3 cmkgmx V

    Tensin tangencial 23

    /90,86208,281023,24 cmkg W

    Tensin de comparacin

    222 /39,730.190,862305,872 cmkgCO V

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    25

    Coeficiente de seguridad

    C=2.600 / 1.730,39 = 1,50

    Igual a 1,50, por lo tanto la seccin es admisible.

    1.4.2.2. Seccin circular

    1.4.2.2.1 Caractersticas principales

    Las caractersticas de la conduccin son:

    Dimetro nominal de la conduccin 1.500 mm

    Espesor 12 mm

    Tipo de acero AE-255C o superior.

    1.4.2.2.2 Solicitaciones

    Las cargas para las que ha sido calculada la tubera son las siguientes:

    Cota de embalse (N.A.P.) 1.043,10 m

    Cota de la conduccin ver planos de torre de toma.

    Presin interna mxima 54,61 tn/m2

    Presin de hormigonado (2 tongadas) 10,00 tn/m2

    Presin externa mxima 10 + 54,61 = 64,61 tn/m2

    1.4.2.2.3 Normativa utilizada

    Para el clculo de los blindajes se han tenido en cuenta los siguientes documentos y

    normas:

    Norma DIN 19704 y normas DIN complementarias.

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    26

    Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales para la ejecucin de Obras Hidrulicas (PTGOH), editado por DIRECCIN GENERAL DE OBRAS HIDRULICAS. Tomo 3 VII.-

    Captulo 37.-Construcciones metlicas.

    Norma denominada "Recomendaciones para el Proyecto, la Fabricacin y el Montaje de Tuberas Forzadas de Acero en Construccin Soldada destinadas a

    Instalaciones Hidroelctricas", redactada por el COMITE EUROPEO DE LA

    CALDERERA. Recogida en el tomo 3VII.-Captulo 37.-Seccin 3 del PTGOH.

    1.4.2.2.4 Materiales, tensiones admisibles y coeficientes de seguridad

    El material a emplear ser acero AE-255C (UNE 36080) o de caractersticas mecnicas

    superiores a las siguientes:

    Tensin de rotura 4.200 kg/cm2

    Lmite elstico 2.600 kg/cm2

    Alargamiento 22%

    Tensin de cortadura 1.500 kg/cm2

    Se ha considerado un coeficiente de seguridad mnimo de 3 en el clculo de las

    tuberas circulares.

    1.4.2.2.5 Tensin en la chapa de blindaje por presin interna

    La tensin mxima de traccin que se producir en la seccin ser las siguiente:

    Tensin netamente inferior al lmite elstico del material.

    1.4.2.2.6 Clculo del blindaje por presin externa

    Como se ha comentado anteriormente, se han dispuesto rigidizadores formados por

    chapas de 100 x 12 cada 1,50 metros.

    2/25,3412,1

    7546,5 cmkgMAX V

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    27

    La seccin resistente se indica en la figura, donde se representa la seccin de

    rigidizador y la seccin de tubera colaborante.

    El momento de inercia de esta seccin es: I= 474 cm4.

    La presin crtica de pandeo para esta seccin ser:

    De acuerdo con esto, el coeficiente de seguridad ser:

    C= 51,85 / 6,46 = 8,03

    Superior a 3, por la tanto la seccin es admisible.

    2. ALIVIADERO

    2.1. Pilas del aliviadero

    Las pilas proyectadas tienen un espesor de 5,00 m y una altura de 8,00m medida desde

    el umbral del vertedero. Una vez realizados los clculos de esta seccin, y teniendo en cuenta

    que para estas dimensiones de la seccin de hormign no tiene sentido consideran las cuantas

    mnimas de la Instruccin EHE, se dispone una cuanta mnima para controlar la fisuracin, de #

    I 20 a 20 cm.

    2.2. Muros cajeros del aliviadero

    Estos muros van empotrados en el cuerpo de la presa y tienen una altura (medida en

    perpendicular al paramento del aliviadero) de 2,10 m y una anchura de 0,50 m.

    Sometidos al empuje del agua, el clculo de la seccin es:

    2326

    32 /85,51150753,0100,474101,23

    13 cmkp

    lrIE

    CRIT

    XV

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    28

    Se dispone una cuadrcula I 16 a 20 cm (en vertical) y I 12 a 20 cm.

    2.3. Tablero del puente sobre el aliviadero

    Se adjuntan al final del Anejo los listados del clculo del tablero del puente sobre el aliviadero.

    2.4. Muro del cuenco amortiguador

    2.4.1. Metodologa

    En este apartado se comprueban las condiciones de seguridad frente al deslizamiento y

    al vuelco de los muros que constituyen los cajeros del cuenco amortiguador.

    Para el presente clculo de las secciones psimas de los muros proyectados, se utiliza el

    programa de clculo en ordenador MUROS. Este programa considera que la hiptesis ms

    desfavorable es la debida al empuje de tierras combinada con la de peso propio. El efecto

    ssmico, en su caso, se comprueba segn la teora de Mononobe-Okabe, segn la cual el

    coeficiente de empuje de tierras, teniendo en cuenta el efecto dinmico del sismo viene dado

    por la expresin:

    2

    2

    2

    )cos()cos()sen()sen(1coscoscos

    cos

    ETEGTIGITEGET

    ETI

    ii

    K a

    siendo:

    I = ngulo de rozamiento interno del relleno (grados)

    SOLICIT. NORMALES DATOS SECCINPARA SECCIONES GAMMA 1.6M (KNm) 106.7 h 1.5N (KN) COMPR +, TRACC - 0 r (m) 0.05Md (KNm) 170.72 d = h - r 1.45Nd (KN) 0.00 h/2 - r 0.7

    b (m) 1SI NDNd) 10270.83333 fyd(N/mm2) 348

    1/fyd(mm2/N) 0.002875

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    29

    T = arco tangente de Kh/(1-Kv), en grados; siendo Kv el coeficiente ssmico vertical y Kh el coeficiente ssmico horizontal.

    G = ngulo de rozamiento relleno-muro (grados)

    i = ngulo de la superficie del relleno con la horizontal (grados)

    E = inclinacin del trasds del muro con la vertical (grados)

    y el empuje total viene dado por:

    2

    12 av KKHP J

    Los datos de entrada que recibe el programa son:

    x La geometra del muro en cuestin, dada por las coordenadas de todos sus vrtices o nudos.

    x Las caractersticas geomtricas del relleno que carga sobre el muro.

    x Las caractersticas fsicas del muro y relleno, tales como densidades, porosidad y humedad, y resistencia al corte del relleno.

    x La situacin del nivel fretico en el trasds y en el intrads del muro.

    x Los valores de la resistencia al corte a lo largo del plano de deslizamiento a estudiar.

    Con estos datos, el programa MUROS determina los valores, la direccin y el punto

    de aplicacin de todos los esfuerzos que actan sobre el muro. Posteriormente, se determinan

    los coeficientes de seguridad al deslizamiento y al vuelco, y finalmente las tensiones

    transmitidas al terreno de cimentacin.

    2.4.2. Datos de partida

    Para el clculo de las fuerzas actuantes en el muro objeto de estudio se tienen en

    cuenta los siguientes datos:

    Peso especfico de las partculas de relleno ........................................... 2,5 tn/m3

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    30

    Angulo de rozamiento interno del relleno ....................................................... 30

    Angulo de rozamiento en el cimiento .............................................................. 37

    Nivel de la superficie del relleno en el trasds del muro ........... coronacin muro

    Sobrecarga uniforme sobre el terreno ...................................................... 1 tn/m2

    Se han comprobado las secciones psimas de muro, correspondientes a las mximas

    alturas:

    x sometida al empuje del relleno en el trasds (saturado) y sin considerar el agua en el intrads, que producira un aumento en los coeficientes de seguridad de los casos

    analizados.

    x sometida al empuje del relleno en el trasds (sumergido) y considerando el agua en el intrads.

    2.4.3. Resultados de clculo

    Todos los resultados obtenidos son satisfactorios, cumplindose los coeficientes de

    seguridad requeridos. En resumen, para el muro analizado:

    SEGURIDAD SEGURIDAD TENSION EXT. TENSION EXT.

    AL VUELCO AL DESLIZAMIENTO IZQUIERDO DERECHO

    CUENCO CON AGUA 1.69 4.2 11.99 13.18

    CUENCO SIN AGUA 5.82 3.38 17.89 19.82

    2.4.4. Clculo de secciones

    Los materiales que se emplearn para la construccin de los muros - cajeros del cuenco

    amortiguador del aliviadero son los siguientes:

    - HA - 25 / P / 35./.II a+E: Obras de hormign armado, con contacto con agua en

    movimiento. El nivel de control es normal: Coeficiente de minoracin 1,50.

    - B 500 S: El nivel de control es normal: Coeficiente de minoracin 1,15.

    La resistencia del hormign a esfuerzo cortante, hace que no sea preciso en ningn

    caso disponer armadura por este concepto, ya que el esfuerzo cortante lo absorbe el hormign

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    31

    en todas las secciones consideradas.

    En cuanto al clculo a flexin, se han comprobado las secciones, siendo la cuanta

    mnima mecnica la mayor de todas y la que se ha dispuesto en los planos correspondientes de

    armado.

    3. TORRE TOMA DE AGUA

    3.1. Fuste

    3.1.1. Mtodo de clculo

    Con objeto de conocer con exactitud las tensiones y esfuerzos que se producen bajo la

    accin de su peso propio y la carga hidrosttica, se ha realizado una modelizacin

    tridimensional de la torre mediante elementos finitos utilizando el programa de clculo SAP-

    2000 (Versin 10).

    La torre se ha modelizado mediante 5.580 slidos distribuidos en cada una de las

    distintas partes de la estructura, de forma que queda modelizado el fuste, cada una de las

    tomas y la estructura superior. Todo ello que reflejado en las siguientes figuras, extradas

    directamente del programa de clculo utilizado.

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    32

    Estructura completa

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    33

    Estructura superior

    Mediante el clculo realizado, se han obtenido las tensiones y esfuerzos mximos en

    todas las zonas de la estructura, con objeto de realizar un anlisis lo ms exhaustivo posible de

    las zonas con mayor solicitacin.

    3.1.2. Normativa utilizada

    El dimensionamiento de la estructura se ha realizado de acuerdo con la siguiente

    normativa:

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    34

    Acciones.

    Norma NBE-AE-88. Acciones en la edificacin.

    NCSR-02. Norma de construccin sismorresistente.

    IAP. Instruccin sobre las Acciones a

    considerar en el Proyecto de Puentes de

    Carretera.

    Estructura y cimentacin de hormign.

    EHE. Instruccin de Hormign Estructural.

    3.1.3. Materiales

    Los materiales a utilizar en la construccin de las torres de toma sern los siguientes:

    Hormign

    x Fuste y estructura superior HA-25/P/40/IIa+E

    Acero

    x Acero para armar B-500S

    3.1.4. Acciones consideradas. Hiptesis de carga

    Las acciones consideradas en el clculo de los diferentes elementos de la obra son los

    siguientes:

    x Peso propio c= 25 kN/m3

    x Carga hidrosttica N.A.P. (Cota 1.044,577 m)

    x Sobrecarga de uso losas estructura superior qsc= 10 kN/m2

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    35

    x Efectos ssmicos KH = 0,080 g en sentido horizontal

    KV = 0,040 g en sentido vertical

    De acuerdo con la instruccin EHE, los coeficientes de minoracin de resistencias y

    mayoracin de acciones empleados en el clculo han sido los siguientes:

    Minoracin de resistencias

    x Resistencia del hormign Jc= 1,50

    x Resistencia del acero en armaduras Jy= 1,15

    Mayoracin de acciones

    x Mayoracin de cargas permanentes Jf= 1,50

    x Mayoracin de cargas variables Jf= 1,60

    3.1.5. Obtencin de deformadas, tensiones y esfuerzos en la hiptesis psima.

    Dimensionamiento de armaduras.

    Mediante el clculo realizado se ha obtenido las deformadas, distribucin de tensiones

    y esfuerzos mximos en la estructura.

    En las figuras adjuntas quedan representadas las deformadas para peso propio y peso

    propio + carga hidrosttica (hiptesis ms desfavorable).

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    36

    Deformada de peso propio

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    37

    Deformada de peso propio + carga hidrosttica

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    38

    Tensiones mximas de traccin

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    39

    De acuerdo con los clculos realizados, lgicamente las mximas tensiones para la

    hiptesis psima se concentran en las embocaduras de entrada a la torre. Dichas tensiones son

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    40

    de 32 kg/cm2 de traccin de 144 kg/cm2 de compresin. Todo ello puede observarse en los

    listados de resultados incluidos en el presente anejo.

    De acuerdo con ello, se han obtenido las cuantas de armadura necesarias incluidas en

    los citados listados de clculo, con los correspondientes refuerzos en las zonas crticas de las

    embocaduras de entrada.

    3.2. Mnsulas del puente gra

    Se adjuntan al final del Anejo los listados del clculo de las mnsulas del puente gra

    (cmara de vlvulas de la torre de toma proyectada).

    3.3. Superestructura

    El diseo estructural se ha adaptado a la nueva morfologa de los voladizos de la

    coronacin de la presa. Tambin se ha querido dar un aspecto de ligereza a estas cmaras

    acristalando gran parte de su superficie exterior.

    Los materiales que se emplearn para su construccin:

    - HA - 25 / P / 35./.II a: Obras de hormign armado. El nivel de control es normal:

    Coeficiente de minoracin 1,50.

    - B 500 S: El nivel de control es normal: Coeficiente de minoracin 1,15.

    Se han calculado estos pilares, con las cargas de peso propio, carga de cubierta, nieve y

    viento,a resultando que el armado de clculo es menor que las cuantas mnimas en pilares

    Mnima mecnica: 75,504,0 tfydfcdAcAs cm2 por cara

    Mnima geomtrica: 15000.14 t AcAs cm2 en la seccin total

  • CLCULOS MECNICOS PRESA DE CASTROVIDO

    41

    4. DESVO

    4.1. Cajeros del canal de desvo del ro

    Se ha calculado el armado de los cajeros proyectados en el canal de desvo del ro, de

    espesor 0,50.

    Est sometido al relleno saturado en el trasds y se ha comprobado el caso psimo, en

    el que no existe agua dentro del canal de desvo.

    SOLICIT. NORMALES DATOS SECCINPARA SECCIONES GAMMA 1.6M (KNm) 184.7 h 0.5N (KN) COMPR +, TRACC - 68.75 r (m) 0.04Md (KNm) 295.52 d = h - r 0.46Nd (KN) 110.00 h/2 - r 0.21

    b (m) 1SI NDNd) 3258.333333 fyd(N/mm2) 348

    1/fyd(mm2/N) 0.002875

  • PROYECTO DE LA PRESA DE CASTROVIDO

    ANEJO N 13

    PROPUESTA DE

    CLASIFICACIN UNIVERSIDAD DE CANTABRIA. PROYECTO FIN DE CARRERA

  • PROPUESTA DE CLASIFICACIN PRESA DE CASTROVIDO

    2

    0. NDICE

    1. INTRODUCCIN Y ANTECEDENTES. ....................................................................................... 2

    2. FICHA TCNICA DE LA PRESA Y EMBALSE .............................................................................. 4

    3. CARACTERSTICAS DEL CAUCE AGUAS ABAJO ....................................................................... 4

    4. METODOLOGA Y DATOS DEL ANLISIS ................................................................................ 4

    5. RESULTADOS DEL ANLISIS ................................................................................................... 5

    6. PROPUESTA DE CLASIFICACIN ............................................................................................ 6

    1. INTRODUCCIN Y ANTECEDENTES.

  • PROPUESTA DE CLASIFICACIN PRESA DE CASTROVIDO

    3

    Con fecha de febrero de 1995, se redacta el proyecto de la Presa de Castrovido en el ro

    Arlanza y trasvase del ro Pedroso, trmino municipal de Salas de los Infantes (Burgos), por

    parte de la ConfEderacin Hidrogrfica del Duero.

    El Proyecto y su Estudio de Impacto Ambiental se sometieron al trmite de informacin

    pblica, mediante anuncio publicado en el Boletn Oficial de la Provincia de Burgos con fecha 2

    de Febrero de 1.996.

    En el B.O.E. de 18 de enero de 2.000 se publica la ResOlucin de 17 de diciembre de 1.999,

    de la SecrEtara General de Medio Ambiente