CRITERIOS PARA EL DISEO DE UNA PRESA
NDICE
INTRODUCCIN........................................................................21.
CRITERIOS DE DISEO........................................3 1.1
ESTUDIOS BASICOS..................................3 1.2 ALTURA DE
PRESA.......................................5 1.3
TALUDES.........................................................................6
1.4 ANCHO DE
CORONAS..................................................72.
ANALISIS DE ESTABILIDAD7 3. BIBLIOGRAFIA..8
Introduccin
La disponibilidad de agua ha sido desde pocas remotas uno de los
condicionantes ms fuerte para el establecimiento y posterior
desarrollo de los asentamientos. El necesario equilibrio entre las
necesidades y las disponibilidades de agua depende de los
condicionamientos relativos al entorno natural y a los de las
actividades humanas desarrolladas. La bsqueda de este equilibrio ha
requerido en cada circunstancia particular la adopcin de soluciones
de distinto tipo, entre las que siempre han destacado las presas,
sobre todo en aquellos pases en los que el agua no es bien
abundante o si bien es abundante es irregular en su presencia y en
el espacio.(DIAZ-CASCON, D. Joaqun 2000)
Una presa es una construccin que tiene por finalidad contener el
agua de un cauce natural.
Una de las primeras y principales actividades de la ingeniera
civil es la construccin de presas. Todas las grandes civilizaciones
se han caracterizado por la construccin de embalses de
almacenamiento para suplir sus necesidades, en las primeras pocas
para satisfacer sus necesidades de irrigacin surgidas del
desarrollo y expansin de la agricultura organizada. Al operar las
condiciones de restriccin impuestas por circunstancias locales,
especialmente de clima y topografa, el podero econmico de las
civilizaciones sucesivas estaba ligado a la experiencia y
conocimientos en la materia de ingeniera y recursos hidrulicos. La
prosperidad, la salud y el proceso material se ligaron cada vez ms
a la habilidad de almacenar y conducir el agua (P. Novak, 2001)
El propsito principal de una presa puede definirse como el
proveer retencin y almacenamiento de agua de una manera segura. Si
los efectos de la sedimentacin o limitaciones similares,
dependientes del tiempo en su utilidad operacional, no se toman en
cuenta, no hay un periodo de diseo estructural nominal para las
presas. Como corolario de este hecho, cualquier presa debe
representar una solucin de diseo especfica para las circunstancias
del lugar. Por tanto, el diseo debe representar un equilibrio ptimo
entre las consideraciones tcnicas locales y las econmicas en el
momento de la construccin.
En el Per existe la necesidad de efectuar mltiples
almacenamientos con el objetito de regular las masas hdricas de
numerosas cuencas, en especial en la costa o para trasvasar aguas
del atlntico al pacifico. Igualmente para prevenir daos en obras
hidrulicas y en algunas poblaciones es necesaria la construccin de
represas de proteccin contra crecidas, huaycos y aluviones.
1. CRITERIOS DE DISEO
El diseo y construccin de una presa de materiales locales se
realiza con el objetivo de garantizar que no se produzcan fallas
graves o catastrficas a lo largo de su vida til.Las principales
caractersticas de las fallas graves o catastrficas, entre las que
se encuentran en orden de mayor a menor ocurrencia: el rebalse de
la cortina, sifonamiento mecnico, agrietamiento transversal,
deslizamiento del talud aguas abajo, sismos, licuacin y perdidas
por filtracin, as como las medidas y medios para evitarlas, son
detalladas, incluyendo ejemplos de fallas de presas de tierra
ocurridas en Cuba. El fallo de este tipo de estructuras constituye
una de las principales preocupaciones del inversionista, del
proyectista, del constructor y de todas las personas que viven
aguas debajo de la obra. Esto se debe a que la rotura de la misma
no solo constituye un fracaso econmico, sino tambin una amenaza a
la seguridad pblica. Basados en la experiencia en el diseo y
construccin de presas de tierra en los casi 40 aos de fundado el
Instituto Nacional de Recursos Hidrulico, se da el ordenamiento que
debe seguir el proyecto y las medidas a tener en cuenta en cada
caso para evitar fallas mencionadas, priorizando en todo momento
del proyecto las medidas de seleccin de los materiales a utilizar y
como compactarlos para garantizar que no se produzca el
agrietamiento. Es por ello que el diseo y construccin de una presa
de materiales locales se realiza con el objetivo de garantizar que
no se produzcan fallas graves o catastrficas a lo largo de su vida
til.A todos los efectos del proyecto, construccin, puesta en carga
o explotacin de una presa, deben tenerse en cuenta las acciones
recprocas que cada uno de los elementos componentes ejerce sobre
los dems, en orden a la seguridad del conjunto orgnico, adems de la
seguridad especfica de cada uno de ellos.El proyecto deber incluir
el estudio, justificacin y definicin de la totalidad de los
elementos que sin carcter limitativo.
1.1 ESTUDIOS BASICOSParainiciarel proyecto de una presa en
primer lugar se debe definir el tipo de demanda de agua a
satisfacer, y sus caractersticas y cantidades estimadas en funcin
del tiempo. El agua puede ser utilizada para satisfacer una gran
variedad de necesidades, por ejemplo, la demanda de consumo humano
o animal, el riego, la recreacin, la produccin de energa
hidroelctrica, la produccin de peces, la proteccin contra
incendios, el control de erosin, el uso paisajstico y la proteccin
contra inundaciones. De todos estos posibles usos la irrigacin es
el que involucra el mayor nmero de obras. Se deben tener en cuenta
los siguientes puntos de estudios bsicos, tales como Estudio
Topogrfico, Estudio Hidrolgico, Estudios de Geologa y Geotecnia.
Estos estudios nos llevaran a tener una mejor estabilidad en la
proyeccin de la presa. Por lo tanto nuestra presa ser ms
consistente durante su vida til. Despus de estos estudios podemos
elaborar nuestro Estudios Tcnico de nuestro proyecto de Presa. Todo
estudio tcnico tiene como principal objetivo el demostrar la
viabilidad tcnica del proyecto que justifique la alternativa tcnica
que mejor se adapte a los criterios de optimizacin.CREUS SOLE
ANTONIO- Neumtica e Hidrulica- Segunda Edicin- Espaa 2011SANCHES
JUNY- Hidrulica Edit. UPC Espaa 2007Estudio TopogrficoAntes de
proyectar una Presa, se hace un levantamiento topogrfico para
determinar si es posible ejecutar el proyecto, el tamao aproximado
del vaso, la localizacin y alturas pticas de la presa. Para obtener
datos para el proyecto, se hace un levantamiento del lugar. Se
hacen bastantes sondeos y perforaciones. La topografa se toma como
un detalle suficiente para definir el diseo de la Presa. Estudio
HidrolgicoLa informacin hidrolgica del estudio, ha sido realizada
por el Profesional Especialista a fin de obtener los datos de los
aportes de agua en el embalse bajo condiciones normales y extremas,
calculando el trnsito de la avenida de diseo a travs del embalse,
tomando en cuenta el hidrograma de la avenida mxima que se
producira con un tiempo de retorno de 1,000 aos. El dimensionado
del volumen del embalse es un aspecto del diseo que busca optimizar
la inversin maximizando la eficiencia en el uso del recurso hdrico.
Esta primera parte del diseo permite dar las dimensiones bsicas de
las obras necesarias, como lo son la cota del nivel mximo normal
del embalse que ser la cota del vertedero, y la cota de la obra de
toma para riego. Sin embargo, la segunda etapa es el diseo de las
diferentes obras necesarias para el funcionamiento del embalse,
obras que sern diseadas optimizando la seguridad de las
mismas.Estudios de Geologa y GeotecniaLa informacin geolgica y
geotcnica, al igual que en los casos anteriores ha sido realizada
por el Profesional Especialista; en dicho estudio se dan las
recomendaciones y criterios a ser tomados en cuenta en la
cimentacin de la presa y de la impermeabilizacin del subsuelo que
debe realizarse mediante la conformacin de una pantalla de
inyecciones.
http://cid.ana.gob.pe/ana/sites/default/files/Informe%20Dise%C3%B1o%20Presas-Anexo%20VI.pdf
1.2 ALTURA DE PRESA Se entiende por cortina a la estructura que
se coloca atravesada en el lecho de un rio, como obstculo al flujo
del mismo, como el objeto de formar un almacenamiento o derivacin.
Tal estructura debe satisfacer las condiciones normales de
estabilidad y ser relativamente impermeable. Segn los tipos de
Presas sus alturas varan.Tenemos Presas Altas que su altura es
mayor a 100 metros. Tenemos Presas medianas que su altura es de 30
metros a 100 metros. Tambin tenemos Presas bajas que su altura es
menor de 30 metros. Las Presas bajas, como su construccin son ms
frecuentes, requiere de distintos tipos de diseo, por supuesto sin
olvidarse de los programas de investigaciones de campo descritos.
La seguridad requerida por la Presa adquiere ms importancia a
medida que aumenta su altura. Teniendo en cuenta solamente los
aspectos hidrulicos la altura de la presa se define con base en los
niveles de operacin. Este valor puede ser modificado por
consideraciones Geotcnicas, Estructurales o de costos. La altura de
la presa se mide entre la Corona de la Presa y el Fondo del Cauce.
Durante la vida til de la obra el agua en el embalse no debe
superara el nivel mximo de aguas, ni siquiera durante las crecidas
extraordinarias. Segn su altura tambin vara el tipo de Presa, entre
los tipos de presa tenemos: Terrapln Adecuadas para cimentaciones
en roca y suelos. Pueden aceptar asentamientos diferenciales
limitados con ncleos relativamente amplios y de material plstico.
Se requiere tabique hasta el material impermeable. Tienen pocos
esfuerzos de contacto. Requieren varios materiales para ncleo,
filtro, enrocado, etc.Pedrapln o enrocadoPreferiblemente en
fundacin rocosa. Aceptan calidad variable y algo de intemperismo.
Se requiere tabique hasta el material impermeable. Se facilita la
colocacin en cualquier clima. Requieren materiales para ncleo,
filtros, etc.Concreto gravedadAdecuadas en valles amplios, desde
que la excavacin sea menor de 5 a 10 m. Se acepta desgaste limitado
de la roca. Deben chequearse las discontinuidades de la roca con
relacin al deslizamiento. Tienen bajos esfuerzos de contacto.
Requieren de materiales que a veces toca importar como el
cemento.ContrafuertesComo presas de gravedad, pero mayores
esfuerzos de contacto, requieren de roca sana. El ahorro de
concreto con relacin a las presas de gravedad es del 40 al
60%.SANCHES JUNY MARTY- Hidraulica Edit. Editions UPC- Espaa
2007JOAQUIN DIES- CASCON SAGRADO- Ingeniera de Presas
http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/presa.pdf
Arco
Adecuadas en gargantas estrechas con rocas sana de alta
resistencia y poca deformabilidad en las zonas de fundacin y
estribos. Alta carga sobre los estribos. El ahorro de concreto con
relacin a las presas de gravedad es del 50 al 85%.
1.3 TALUDES
Untaludes una zona plana inclinada de la parte de la Presa Estos
depsitos tpicamente poseen una forma cncava hacia arriba, mientras
que la mxima inclinacin de tales depsitos corresponde alngulo de
reposocorrespondiente al tamao promedio de las rocas que lo
componen. Los taludes adems sern estables dependiendo de la
resistencia del material del que estn compuestos, los empujes a los
que son sometidos o las discontinuidades que presenten. Los taludes
pueden ser de roca o de tierras. Ambos tienden a estudiarse de
forma distinta. Tenemos que disear un buen talud ya que de este
depender que nuestra Presa sea ms consistente durante su vida til.
Laproteccin del taludes un procedimiento que se realiza para
proteger lostaludesde obras deingeniera, o taludes naturales,
contra los daos causados por el escurrimiento del agua o el avatar
de las ondas de unlago,ro, omarcontra sus mrgenes. La proteccin de
los taludes se realiza de varias formas: Recubriendo las mrgenes,
en la franja donde oscila el agua de un enrocado, rocas sueltas
acomodadas en forma ms o menos irregular en el talud a ser
protegido, sistema denominado generalmente comoenrocado. Este mtodo
es muy usado en los taludes aguas arriba de laspresas hidrulicas;
Recubriendo el talud con una placa deconcretoo con un revestimiento
enpiedra.
Frecuentemente se establecen valores que puedan servir como
punto de partida en una alternativa, por ejemplo, ciertos
reglamentos fijan como taludes mnimos los siguientes. Si la altura
de la presa es de 5 a 12 metros su talud aguas arriba debe ser de
2:1. Es decir que por cada metro que avanza en forma vertical se
debe correr dos metros en forma horizontal, as de esta manera
formaremos nuestro talud. Si nuestra altura de nuestra Presa es de
12 a 30 metros aguas arriba nuestro talud ser de 2.5:1. Es decir
que por cada metro que avanza en forma vertical se debe correr dos
metros y medio en forma horizontal, as de esta manera formaremos
nuestro talud. Al tener estos conceptos en Presas pequeas podemos
varalas y emplearlas en la construccin de una Presa mayor. El diseo
del talud es uno de los aspectos ms importantes en la construccin
de una Presa.
M. CASTRO.C.SANCHES- Energa Hidrulica- Espaa 2004 Segunda
Edicionhttp://es.wikipedia.org/wiki/Estabilidad_de_taludes1.4 ANCHO
DE CORONAS
Se fija el ancho para aumentar el volumen de la presa y por
consiguiente su estabilidad. Para asegurar la resistencia de esta
parte contra los deterioros ocasionados por el oleaje, lluvias,
huaycos y para establecer los servicios que sean necesarios sobre
la Presa. Por razones constructivas y la necesidad de tener acceso
a las estructuras de la Presa. Es recomendable de que la corona
tenga por lo menos 3.0 metros para las presas altura inferior a 15
metros. El ancho mnimo de la corona debe ser aquel con el que se
obtenga una pendiente segura de filtracin a travs de terrapln, para
poder bajar la carga hidrulica cuando el vaso se encuentra lleno.
Para su determinacin se utiliza formulas empricas, las cuales se
han aplicado en zonas ssmicas. En ciertos cdigos de Presa se han
fijado como anchos mnimos en la corona, los siguientes. Cuando la
altura de la Presa es de 12 metros, el ancho de la corona debe ser
de 3 metros. Cuando la altura de la Presa es de 30 metros, el ancho
de la corona debe ser de 4.5 metros. Cuando la altura de la Presa
es de 45 metros, el ancho de la corona debe ser de 6 metros.
2. ANALISIS DE ESTABILIDAD
Este anlisis lo que se busca es asegurar la estabilidad de la
Presa durante su vida til En el anlisis de estabilidad de presas se
requiere garantizar que los esfuerzos mximos y mnimos en la base de
la presa sean de compresin, para que toda la base de la presa este
soportando los esfuerzos. Para ello se debe garantizar que la
fuerza resultante en la base de la presa est localizada en el
tercio medio de la presa. . El diseo de una Presa conlleva a la
concordancia de las deformaciones diferentes de los elementos
componentes de la Presa zonificada entre el ncleo y el prisma,
motivado ms que nada por las concentraciones de esfuerzos que
pueden dar deformaciones no previstas, ocasionando grietas
internas. Los procesos de filtracin pueden ser previstos con un
buen programa de investigacin de laboratorios, quedando as el
clculo de estabilidad como el de la mayor incidencia. Para el
anlisis de estabilidad de una Presa se consideran tres condiciones
de anlisis: Flujo Establecido, Vaciado Rpido y Sismo. Todos los
mtodos de clculo conllevan a concentrar una superficie para el cual
el coeficiente de seguridad sea el mnimo. Con este anlisis haremos
que el diseo de la Presa sea ms seguro.
LENCASTRE- Manual de Ingeniera Hidrulica MANSE ALFREDO- Diseo de
Bocatomas y Presas- Edit. UNI- Per 2011
http://www.jjcoopsa.com.mx/reglamweb/ihcas/norteccom2I221.htm
BIBLIOGRAFIA
CREUS SOLE ANTONIO- Neumtica e Hidrulica- Segunda Edicin- Espaa
2011SANCHES JUNY- Hidrulica Edit. UPC Espaa
2007http://cid.ana.gob.pe/ana/sites/default/files/Informe%20Dise%C3%B1o%20Presas-Anexo%20VI.pdf
JOAQUIN DIES- CASCON SAGRADO- Ingeniera de Presas
http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/presa.pdf
M. CASTRO.C.SANCHES- Energa Hidrulica- Espaa 2004 Segunda
Edicion
http://es.wikipedia.org/wiki/Estabilidad_de_taludes
LENCASTRE- Manual de Ingeniera Hidrulica
MANSE ALFREDO- Diseo de Bocatomas y Presas- Edit. UNI- Per
2011
http://www.jjcoopsa.com.mx/reglamweb/ihcas/norteccom2I221.htm
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