1. Tipologia general. Acciones actuantes. UC-AIN-active.ppsx

Presas y Embalses
Tipología General
Acciones actuantes
Tipología General. Acciones actuantes 1
Prof. Dr. Joaquín Díez-Cascón Sagrado

Índice
 Ideas previas
 Las infraestructuras y la seguridad.
 De las presas y embalses
 Acciones actuantes
 Combinación de acciones a considerar en
los cálculos
 Cálculo. Consideraciones generales
 Tipología de presas
 Análisis general de tipología de presas
 Reflexión tecnicosocioeconómica y ambiental
 Presas de Hormigón
 Presas de Gravedad
 Presas Aligeradas
 Presas bóveda
 Control y reducción acciones en presas de
hormigón
 Subpresión y drenaje
 El problema térmico y las juntas
funcionales
 Presas de materiales sueltos
 Presas homogéneas
 Presas heterogéneas
 Presas pantalla
 Ejemplos: Disposición general
2
Tipología General. Acciones actuantes

Ideas previas

Definición de Presa
Comentarios
 Presa es una estructura
artificial que cierra un recinto
de terreno y permite
almacenar agua u otros
elementos líquidos.
 Retención
 Devolución
Presas de Hormigón. El hormigón
4
 Presa es lo que la naturaleza da y lo que se construye
 El terreno de cimentación juega un papel cardinal en la capacidad retener el agua y en la estabilidad
mecánica del conjunto presa-cimiento
 Las avenidas juegan un papel cardinal en la determinación de la capacidad necesaria a la que se debe
dotar la presa para devolver el agua al rio en optimas condiciones aguas abajo
 En presas de hormigon el 42 % de las roturas se produce por fallo de la cimentación y el 12% por
vertido por coronación
 En presas de materiales sueltos el 12 % de las roturas se produce por fallo de la cimentación y el 50 %
por vertido por coronación
 No se puede determinar la factibilidad de una presa de embalse, su tipología y sus características sin
conocer perfectamente el terreno de cimentación, el rio y la cuenca: LEY DE DIOS
Si no se cumple la Ley de Dios: Habrá necesidad de reformar el proyecto, se incrementara
su costo, se retrasara la obra, se producirán perdidas económicas y sociales e incluso
pudieran producirse daños irreparables durante la construcción y, en el su caso de no
solventar los problemas por su desconocimiento, durante la explotación

Aliviaderos superficiales
Devolución de excedentes
Labio fijo Compuertas
5

Concepto Funcional de Presa. Objetivo
Evolución Histórica. Estadística mundial
 Presa es la estructura artificial que intercepta una corriente de agua y crea, aguas arriba de ella, un
embalse (almacenamiento de agua) dedicado a diversos usos:
 Idea Romana (fundamentalmente como aljibe)
 Idea Árabe (presa de derivación)
 Idea moderna (multipropósito)
6
 El objetivo general de una presa de embalse es regular un
río para satisfacer una demanda de:
 Regadío (38 %)
 Producción hidroeléctrica (18 %)
 Abastecimiento de agua (14 %)
 Control avenidas (14 %)
 Todas la presas laminan las avenidas
 Actividades recreativas (8 %)
 Navegación y pesquerías (3 %)
 Varios (5 %)

Tipos de presas en función de su riesgo potencial
Clasificación en la Comunidad Europea
Directriz de Planificación de Protección Civil ante el Riesgo de Inundaciones (1994)
7
 Categoría A: Presas cuya rotura o funcionamiento incorrecto puede afectar
gravemente a núcleos urbanos o a servicios esenciales, así como producir daños
materiales o medioambientales muy importantes.
 Categoría B: Presas cuya rotura o funcionamiento incorrecto puede ocasionar
daños materiales o medioambientales importantes o afectar a un reducido
número de viviendas.
 Categoría C: Presas cuya rotura o funcionamiento incorrecto puede producir
daños materiales de moderada importancia y sólo incidentalmente pérdida de
vidas humanas

Criterios definición Gran Presa según países
Geometría, volumen embalse y riesgo potencial inducido
 Altura y/o volumen y/o riesgo potencial
 España (actualmente vigente):
 las que tengan una altura superior a 15 m.
 las que tengan una altura comprendida entre 10 y
15 m y cumplan alguna de las siguientes
características:
 Longitud superior a 500 m.
 Capacidad de embalse superior a 1 Hm3.
 Capacidad de desagüe superior a 2000
m3/s
 presenten dificultades especiales en su
cimentación o sean de características no
habituales.
 las presas cuya clasificación en función de su
riesgo potencial o funcionamiento incorrecto
resulte ser A o B
 Francia:
 H > 20 m
 o cuando implican peligro para la población H <
20 m y V > 1,5 Hm3
 Altura y/o Volumen:
 Itália: H > 15 m o V > 1 Hm3
 Suécia: H > 15 m o V > 50.000 m3
 Suiza: H > 10 m o H > 5 m y V > 50.000 m3
 Noruega: H > 4 m o V > 0,5 Hm3
 Estados Unidos: H >7.60 m y V > 61.670 m3
 Canada: H > 7.6m y V > 61.670 m3
 África del Sur: H > 5m y V >50.000 m3
 Altura
 Zimbawe: H >8 m
 Finlandia: H > 3 m
 Volumen
 Inglaterra: V > 25.000 m3
8

Presas y embalses, territorio y sociedad
Beneficios e inconvenientes
 Beneficios:
 Satisfacción de demandas básicas:
o Abastecimiento urbano
o Regadíos
o Energía hidroeléctrica
o Abastecimiento industrial
o Protección de vidas y bienes frente a
avenidas
o Actividades de ocio y recreo
o Navegación y pesquerías
 Satisfacción de demandas ambientales:
o Caudales ambientales
o Creación de humedales
o Mantenimiento de humedales
(regulación de niveles)
 Satisfacción de otras demandas:
o Identificación cultural
 Inconvenientes:
 Sociales y culturales:
o Cambio actividad por ocupación vaso
o Pérdida cultural por traslado de poblaciones
 Variación de la percepción de riesgo
 Ambientales:
o Pérdida de espacios naturales
o Variación en las relaciones de los ecosistemas
o Variación en los regímenes naturales de
circulación agua y de transporte de
sedimentos
o Variaciones en la calidad del agua
o Cambios locales o regionales en la
climatología, etc.
 Generales:
o Casi irreversibilidad de la implantación
9

Presas y embalses
Estimación valor económico agua regulada embalse: España
Valor económico del agua regulada por los embalses
SECTOR M3 / año € / m3
VAB
Valor Añadido Bruto
Euros
Regadío 20.000 0,15 3000
Abastecimientos 5.000 1,00 5000
Usos industriales 5.000 0,4 2000
Hidroelectricidad 16.000 0,5 8000
Refrigeración y otros 5.000 0,4 2000
TOTAL 40.000 0,50 20000
10

LAS INFRAESTRUCTURAS Y SEGURIDAD
LAS PRESAS Y EMBALSES
11

Seguridad de Presas
Saber para prever. Y prever para proteger.
Lema positivista (Alfonso Nápoles Gándara). Adoptado por Protección Civil
“Lo que verdaderamente
importa en el trato con
las cosas es el criterio”.
A. EINSTEIN

Seguridad de las infraestructuras civiles
Infraestructuras criticas
 La seguridad las infraestructuras civiles se articula fundamentalmente sobre los
siguientes elementos básicos:
1. Conocimiento tan amplio como sea posible de los elementos cuya seguridad se
quiere controlar.
2. Existencia de la técnica necesaria para que sea posible alcanzar la seguridad que se
demanda
3. Existencia de una normativa clara, precisa y de cumplimiento posible en la que se
establezcan los requisitos de seguridad a observar.
4. Existencia de una organización dependiente de los poderes públicos e
independiente de los propietarios y gestores de las estructuras, cuyo fin sea el
controlar eficazmente que se cumpla la normativa y que la seguridad es la
requerida. Esta organización debe contar, evidentemente, con los medios precisos
y la autoridad suficiente para desarrollar su labor.
13

Las presas como elemento fundamental de una
sociedad organizada
1. Estar dotada de dispositivos que de forma elemental e inmediata permitan
comprobar en todo momento si lo proyectado se cumple.
2. Estar dotada de dispositivos que permitan de forma fácil y en parte automática
rectificar en caso de accidente.
3. Estar dotada de desagües que permitan limitar el nivel máximo que puede
alcanzar el agua del embalse cuando el terreno u otro elemento presentan
disposiciones dudosas que puedan precisar refuerzo.
4. Que el equipo de hombres responsable de la presa esté en todo momento en
condiciones de exponer a la sociedad los documentos y observaciones que
garanticen la seguridad de la presa.
14

Comentarios sobre la seguridad de la presas
15
 La seguridad de una presa no es un atributo físico objetivo, como lo puede ser su volumen. La seguridad es un
concepto artificial y complejo, influido por expectativas psicológicas y por condicionamientos socioculturales, y
sujeto a evolución en el tiempo.
 A las metodologías usuales para determinación del grado de seguridad, les falta el requisito esencial de
objetividad científica: la reproducibilidad de las evaluaciones efectuadas a partir de los mismos datos por
diferentes grupos de expertos igualmente cualificados.
 El concepto de probabilidad de rotura para las presas se ha introducido, por analogía, desde otros campos de la
ingeniería estructural e industrial, en los cuales fue originalmente desarrollado en y para elementos individuales
numerosos y homogéneos, cuyas propiedades y cargas típicas tenían una fiable caracterización en términos
estadísticos. Creo no es necesario decir que en las presas la situación es diferente: cada individuo es un único y
heterogéneo respecto a los demás.
 Desde la Edad Media se conoce el principio de economía, principio de parsimonia o principio de simplicidad,
también conocido por la navaja de Ockham. Este es un principio metodológico y filosófico, según el cual, «en
igualdad de condiciones, la explicación más simple y suficiente es la más probable, mas no necesariamente la
verdadera». Esto implica que, cuando dos teorías en igualdad de condiciones tienen las mismas consecuencias, la
teoría más simple tiene más probabilidades de ser correcta que la compleja. Quizás la propuesta más adecuada, y
simple, del principio sea la que sugirió el mismo Ockham: «pluralitas non est ponenda sine necessitate», es decir
que «las cosas esenciales no se deben multiplicar sin necesidad».

Acciones actuantes

Acciones actuantes
 Solicitaciones conocidas conceptualmente y cuantificables de forma aproximada
 Empuje del agua
 Peso propio
 Empuje del Hielo
 Empuje de sedimentos
 Efecto del oleaje
 Solicitaciones conocidas conceptualmente y de difícil cuantificación
 Subpresiones!!!!!!!!!!!
 Cambios volumétricos. Temperatura y retracción!!!!!!!!!!!!
 Terremotos
 Solicitaciones cuyo origen y cuantificación es de muy difícil determinación
 Deterioro del material
 Otras solicitaciones
17

Peso propio
 PESO PROPIO (Estabilizadora)
 Primera acción a tener en cuenta.
 Actúa como fuerza pasiva que colabora en la estabilidad.
 Su efecto depende de la forma, de las dimensiones de la presa, la forma de construcción y
del peso específico de los materiales utilizados
 Densidad:
 hormigón:
 los valores normales suelen estar entre 2,35-2,40 t/m3
 Se llegan a conseguir hasta 2,50 y 2,55 t/m3
 para tener en cuenta variaciones y galerías, cámaras y otros es prudente adoptar
un valor de 2,30
 La Guía Técnica nº 2 Spancold (no es Norma) considera normal un valor de
2,35 t/m3 y descontando huecos -2,3 t/m3-
 materiales sueltos es necesario conocer la zonificación de la presa debido a la
heterogeneidad de los materiales reales puestos en obra.
18

Empuje hidrostático
 EMPUJE HIDROSTATICO (Desestabilizadora)
 Fuerza activa fundamental.
 La presión del agua sobre una superficie es siempre normal a ella y su efecto equivale al peso de la columna líquida de
sección unidad que gravita sobre cada punto.
 Los niveles del agua que hay que tener en cuenta son:
 Nivel Máximo Normal (NMN) en situaciones normales. Es el máximo nivel que puede alcanzar el agua del embalse
en un régimen normal de explotación.
 Nivel para la Avenida de Proyecto (NAP) en situaciones accidentales: Es el máximo nivel que se alcanza en el
embalse considerando su acción laminadora cuando recibe la avenida de proyecto.
 Nivel para la Avenida Extrema (NAE) en situaciones extraordinarias: Es el máximo nivel que se alcanza en el
embalse considerando su acción laminadora cuando recibe la avenida extrema.
 La resultante de las presiones da el empuje.
 La componente horizontal del empuje tiene una ley triangular con resultante situada a 2/3 de la profundidad total.
 El empuje horizontal es proporcional al cuadrado de la altura.
 La componente vertical es el peso del prisma de agua que gravita sobre el paramento.
 En las presas bóveda puede existir un empuje hacia arriba y otro hacia abajo.
 Hay que prevenir sobre elevaciones: empuje aumenta como f (h2) y el momento desestabilizador como f (h3).
 El valor de la densidad del agua se toma = 1 t/m3. Excepción a lo anterior:
 Presas destinadas a embalsar fangos
 Presas destinadas a embalsar residuos mineros
19

Presión intersticial
En la presa y el terreno
 El agua se filtra entre los huecos, grietas y poros de la presa con los siguientes efectos:
 Pérdida de agua
 Posible arrastre de material fino en su seno
 Presiones hidrostáticas (intersticiales) en el interior de la presa
 El agua se filtra a través del terreno con los mismos efectos y da lugar a una presión intersticial que habitualmente se conoce
como subpresión.
 El efecto es contrario al del peso propio y es, junto con el empuje hidrostático, el efecto desestabilizador más
importante en una presa.
 Se conocen los fenómenos, circunstancias, situaciones, etc… de que depende la red de filtración para así poder determinar
las presiones intersticiales (subpresiones); pero de verdad se puede definir con fiabilidad la red de filtración?
 La red de filtración depende de:
 los coeficientes de permeabilidad de las diferentes clases de fábrica o terrenos
 la anisotropía de la fábrica y sus consecuencias sobre la permeabilidad
 la posible fisuración o rotura de los conductos a presión alojados en las fábricas, terreno del cimiento o estribos
 posibles heterogeneidades, defectos, fisuras, juntas de trabajo, obturación de drenes, cubrición de paramentos por
incrustaciones o por hielo, diferencias de permeabilidad originadas por el estado tensional, etc…
 Hay que tomar medidas para controlar y disminuir la subpresión.
20
Se deben tomar todas las medidas que tiendan a reducir y controlar el valor absoluto de
las presiones, con lo que se disminuye así la influencia relativa de sus variaciones sobre
la estabilidad de la obra.
Las medidas que contribuyen de manera decisiva a la seguridad de la presa son:
 galerías
 drenajes
 filtros
 inyecciones
 Piezómetros
 Órganos de desagüe intermedios y de fondo para reducir la carga de agua en caso
necesario
Solo si se adoptan todas las medidas anteriores se puede aceptar que se estime la
presión intersticial (subpresión) mediante las reglas empíricas admitidas para cada tipo
de presa.

Cambios volumétricos
Térmicos y propios del hormigon
 Los cambios de volumen no afectan a las presas de materiales sueltos por su alta deformabilidad y baja o nula cohesión, pero si, y forma
importante. al comportamiento de las presas de hormigón:
 Tipos de Retracción (expansión) inducida en el hormigon: Endógena o Exógena
 Retracción del hormigon
 La retracción endógena no es relevante frente a las demás
 La retracción higroscópica (exógena) que se producen durante el fraguado se reducen notablemente con el CURADO
 Retracción (expansión o contracción) térmica.
 Para reducir la producción de calor en el hormigón (endógena):
 Uso de cementos de bajo calor de hidratación (conglomerantes fríos)
 Enfriamiento de los áridos y/o del agua y/o carcasa de hormigonera
 Enfriamiento bloques de hormigonado: Circuitos de refrigeración de bloques y/o regado continuo (curado)
 La variación térmica externa se transmite al interior lentamente por al bajo coeficiente de transmisión térmica del hormigón (exógena)
 Las bajas temperaturas pueden provocar deterioros en los paramentos de la presa.
 Juntas funcionales (fisuración artificial). El proceso de cierre de juntas funcionales en su caso se hace:
 en el momento en que el estado de deformaciones favorezca la NO APARICION DE TRACCIONES
 en España poco después de comenzar la primavera la temperatura de los bloques es la mínima
 Pregunta: Se conoce la temperatura a la que se va a colocar el hormigon, la del día que en se hace, la de los días siguientes, el
ritmo de puesta en obra, la forma en la que va a crecer la estructura, la temperatura de curado, el nivel de refrigeración de los
áridos y del agua, la cantidad y tipo definitivo de conglomerante, etc., etc..: Respuesta: No
21
Se deben tomar todas las medidas necesarias que tiendan a reducir y controlar el
valor absoluto de los cambios volumétricos, con lo que se disminuye así la
influencia relativa de sus variaciones sobre la estabilidad de la obra.

Clasificación seísmos
 La intensidad de un terremoto mide los efectos que produce. Es una medida subjetiva y se mide mediante la escala de
Mercalli.
 La magnitud de un seísmo refleja la energía liberada por el terremoto. Es una medida objetiva y se mide mediante la
escala de Richter. Los terremotos más devastadores presentan magnitudes cercanas a 9. El terremoto de Japón (2011)
tuvo un valor de 8,8 en la escala de Richter.
 La escala de Richter es una graduación de la magnitud de los sismos, deducida en 1935 por el geofísico Charles
Richter y desarrollada después por él y por Reno Gutemberg. La escala se definió como el logaritmo de la amplitud
del movimiento de un sismógrafo estándar situado a 100 km de distancia del epicentro de un sismo..
22

Seísmos
Normativa en España
Norma Boliviana de diseño sísmico NBDS 2006
 Un movimiento sísmico produce:
1. Una liberación de energía
2. Una oscilación del terreno de apoyo que se transmite a la presa y produce en ella deformaciones, movimientos y,
derivado de ello, tensiones suplementarias.
3. Unos desplazamientos de la presa que actúan sobre el agua, que por reacción, dan lugar a un empuje suplementario
sobre el paramento.
4. Una onda en el embalse que actúa sobre la presa y puede producir eventuales desbordamientos
5. Un aumento de la presión intersticial en suelos saturados.
 Sismicidad inducida:
 El propio embalse puede contribuir a generar microsismos debido a que el agua del embalse produce cargas
importantes en los terrenos del vaso y se puede producir reajustes.
 La NORMATIVA:
 Reglamento Técnico sobre Seguridad de Presas y Embalses
 La Norma de Construcción Sismoresistente Española (NCSE) (2002)
 Esta norma califica a las presas como construcciones de especial importancia y en su filosofía impera el criterio de
que la probabilidad de que se supere la aceleración sísmica de cálculo sea inferior a 10-3 por año (1000 años de
retorno)
 Ab: aceleración sísmica básica
 K: coeficiente de contribución (aplicable al anterior para obtener la aceleración sísmica de cálculo)
Los epicentros del periodo histórico entre los años 1048 y 1919 están representados
mediante valores de intensidad sísmica, mientras que los correspondientes al
periodo instrumental 1920-2003 se representan por valores de magnitud.
Para sismos asociados a otro periodo T : ac=ab (T/500)0.4
I= [3.2233 + log10( ab/ g)] / 0.30130
23
A estas aceleraciones hay que ponderarlas con unos coeficiente relativos al tipo
de suelo, pendientes y fallas geológicas
CONSTRUCCION GRUPO A: Factor de Importancia F1=1.4
Edificaciones cuya integridad estructural durante y después del sismo es vital,
donde se requiere un grado de seguridad muy alto, por ejemplo hospitales,
plantas de energía, plantas de agua, plantas de combustibles, plantas de gas,
centrales de telecomunicaciones, canales de radio y teledifusión, torres de
transmisión, estaciones de bomberos, instituciones oficiales (gubernamentales,
prefecturales, municipales, militares, policiales, etc.), industrias que puedan
contener materiales y sustancias toxicas o explosivas, puentes y viaductos
principales, túneles, represas de agua, etc. :

Seísmos
Recomendaciones Guía Técnica Seguridad Presas Nº 2. Spancold

Seísmos
Calculo de la respuesta presa y embalse
 Métodos de estimación de los efectos de los seísmos:
 Pseudoestáticos
 Dinámicos
 METODOS PSEUDO-ESTATICOS:
 Consisten en reducir el efecto de un seísmo a una fuerza de masa actuando con una aceleración “Bg”,
siendo B el coeficiente de intensidad.
 Esta fuerza actúa en una determinada dirección y en los dos sentidos al ser oscilatorio.
 Las componente más desfavorables son hacia arriba (disminuye efecto estabilizador) y hacia
aguas abajo (se suma al empuje hidrostático).
 A título indicativo (criterios Instrucción (1967)):
 Disminución de peso específico de entre el 2,5 y el 5,0 %, lo que supone valores de entre 2,16 y
2,28, realmente bajos.
 Aumento del empuje hidrostático de entre el 10 y el 20 %.
 METODOS DINAMICOS:
 Tienen en cuenta el acelerograma real de
los seísmos.
 A partir de ahí se obtiene la respuesta
estructural de la presa (tensiones y
deformaciones).
 Suele realizarse mediante programas
específicos (MEF).
25

Empuje de sedimentos
 Empuje de sedimentos
 Los sólidos en suspensión en la corriente se depositan en el fondo del
vaso de embalse.
 Sobre-empuje hidrostático.
 En Bolivia hay zonas en las que esta acción puede ser determinante
 Proyecto: Estabilización de cuencas
26

Oleaje
 El viento produce olas que actúan sobre la presa:
 Aumento de presión hidrostática
 Impacto sobre el paramento de aguas arriba.
 Suele ser despreciable
 Provoca vertidos de agua sobre coronación y
paramento de aguas abajo.
 Influye sobre los niveles de explotación
 Se dejan resguardos
 Determinación.
 Ábacos del USA Corps of Engineering
 Ábacos del libro “Handbook of Applied
Hydraulics”
 Otras normas y fórmulas empíricas
 Fórmula de Stevenson:
 a = 0,76 + 0,34 (F)1/2 – 0,26 (F)1/4
a: amplitud de la onda del oleaje (en metros)
F: fetch (en kilómetros)
27

Empuje del hielo
 En España no es habitual:
 Escasa cuantía del empuje adicional.
 En las compuertas la congelación de guías que puede producir mal
funcionamiento.
 Peligro de deterioro de los paramentos.
28

Combinación de acciones
Comentarios sobre el calculo

Guía Técnica de Seguridad Presas y Embalses nº2 Tomo I
Situaciones Calculo. Criterios para proyectos de presas y sus obras anejas
 SITUACIONES NORMALES (N):
 N1. Embalse vacío
 N11. Peso propio
 N12. Peso propio + Efectos térmicos
 N2. Embalse lleno
 N21. Peso propio + Empuje hidrostático (NMN) + Presión intersticial con drenaje eficaz + Efectos térmicos + Empuje de sedimentos + Ola máxima para el nivel
normal de embalse
 SITUACIONES ACCIDENTALES (A):
 Originadas por la presentación no simultánea de la Avenida de Proyecto (A.P) o que no funcione bien el drenaje o del Terremoto de Proyecto (T.P)
 A1. Embalse vacío
 A11. Peso propio + Efectos térmicos + Efecto sísmico (T.P)
 A2. Embalse lleno
 A21. Peso propio + Empuje hidrostático (NAP) + Ola máxima a nivel de la avenida de proyecto + Efectos térmicos + Presión intersticial con drenaje eficaz
 A22. Peso propio + Empuje hidrostático (NMN) + Ola máxima a nivel normal de embalse + Efectos térmicos + Presión intersticial sin funcionar el drenaje
 A23. Peso propio + Empuje hidrostático (NMN) + Efecto sísmico (T.P) + Ola sísmica + Efectos térmicos + Presión intersticial con drenaje eficaz
 SITUACIONES EXTREMAS (E):
 Originadas presentación no simultánea de la Avenida Extrema (A.E) o del Terremoto Extremo (T.E)
 E1. Embalse vacío
 E11. Peso propio + Efectos térmicos + Efecto sísmico (T.E)
 E2. Embalse lleno
 E21. Peso propio + Empuje hidrostático (NAE) + Ola máxima a nivel de la avenida extrema + Efectos térmicos + Presión intersticial con drenaje eficaz
 E22. Peso propio + Empuje hidrostático (NMN) + Efecto sísmico (T.E) + Ola sísmica + Efectos térmicos + Presión intersticial con drenaje eficaz
 COMENTARIO:
 En presas de materiales sueltos es necesario calcular la presa a desembalse rápido
 El empuje del hielo y el oleaje son acciones excluyentes
30

Cálculo. Presas de fabrica
Consideraciones generales
 Estudios bidimensionales:
 No existen presas de comportamiento bidimensional sino
estudios bidimensionales que permiten simplificar y abordar
el problema:
 Presas de gravedad
 Presas de contrafuertes
 Presas aligeradas
 Cálculos de estabilidad (presa y presa-cimiento)
 Estabilidad al deslizamiento
 Estabilidad al vuelco
 Cálculo de tensiones y deformaciones en fase elástica
 Método de Elementos Finitos
 Métodos clásicos
 Método de Pigeaud (sólo perfil triangular y no
considera efecto de la cimentación)
 Método de Resistencia de Materiales (no efecto
de la cimentación)
 Cálculos de tensiones y deformaciones en fase no lineal
 Cálculos térmicos evolutivos
 Estudios tridimensionales:
 En presas arco y bóveda
 En presas de gravedad cuando las anisotropías geológicas,
geotécnicas o morfológicas de la cerrada alteren de forma
sustancial las condiciones de comportamiento
bidimensional
 Cálculos de estabilidad
 Conjunto presa – cimiento.
 Cálculos de tensiones y de deformaciones en fase elástica
 Método de Elementos
 Métodos clásicos (Trial Load)
 Cálculos de tensiones y deformaciones en fase no lineal
 Cálculos térmicos evolutivos
31

Proyecto y explotación de presas
De lo imaginado a lo real
32
 Cuando se proyecta una presa se establece un modelo teórico basado en una serie de
hipótesis que hacen el cálculo asequible a los medios disponibles en cada momento,
teniéndose que asumir que en mayor o menor medida que los resultados serán
diferentes del comportamiento real.
 Para conocer el comportamiento real de una presa y su cimiento se hace necesario
medir una serie de variables representativas de los mismos e interpretarlas en
función de las acciones que tienen lugar (auscultación)
 La medición implica instalar de forma adecuada en la presa instrumentos de
auscultación
 la interpretación conlleva establecer un modelo de comportamiento, pudiendo
con ello comparar lo imaginado con realmente observado y con ello especular e
investigar sobre las premisas e hipótesis utilizadas en el modelo teórico.

Guía Técnica de Seguridad Presas y Embalses nº2 Tomo I. Spancold
Coeficiente de seguridad al deslizamiento (minoración características resistentes)
Coeficientes de seguridad tensional (minoración estado tensional)
Situación
Clasificación
A B C
F1 F2 F1 F2 F1 F2
NORMAL 1,5 5,0 1,4 5,0 1,4 4,0
ACCIDENTAL 1,2 4,0 1,2 3,0 1,1 3,0
EXTREMA > 1,0 3,0 > 1,0 2,0 > 1,0 > 1,0
F1 ángulo rozamiento
F2 cohesión
Situación
Clasificación
A B C
Normal 3,0 2,5 2,0
Accidental 2,0 2,0 1,5
Extrema 1,5 1,5 1,2
33

Borrador. NTS. Proyecto, Construcción y Puesta en carga (2010)
Coeficientes de seguridad al deslizamiento y tensional
 18.2.-Se podrán adoptar, de manera justificada en cada
caso, distintos coeficientes de seguridad, entendidos
éstos, para cada combinación de solicitaciones, como la
relación entre las acciones estabilizadoras y
desestabilizadoras. El valor de estos coeficientes de
seguridad se establecerá en función del grado de
fiabilidad en la estimación de las solicitaciones así como
de las variables, parámetros resistentes y metodologías
que intervengan en el cálculo.
 18.4. -En las presas de gravedad se comprobará que la
resultante de las acciones efectivas sobre el cimiento
pasa por el núcleo central del área de apoyo en las
situaciones normales. En situaciones accidentales y
extremas, se comprobará que la resultante de dicha
acción efectiva queda dentro del área de apoyo y a una
distancia respecto al borde más comprimido superior a
la mitad del ancho del núcleo central.
 18.5.-Los coeficientes de seguridad mínimos respecto a
las tensiones en el cuerpo de las presas de fábrica serán
los que se indican.
34
Tipo de situación Categoría de presa
A ó B C
Normal 3,0 2,5
Accidental 2,0 2,0
Extrema 1,5 1,5
Tipo de situación Categoría de presa
A ó B C
Normal 1,5 1,4
Accidental 1,3 1,2
Extrema 1,1 > 1,0

TIPOLOGÍA DE PRESAS
35

Tipología Básica de presas
 En función del tipo de material de construcción.
 Presas de mampostería.
 Presas de hormigón
 Presas de hormigón vibrado o convencional.
 Presas zonificadas
 Presas de hormigón compactado con rodillo (RCC o HCR).
 Presas homogéneas de HCR
 Presas de HCR con pantalla (hormigón CV, membrana o encofrado perdido con membrana)
 Presas de materiales sueltos.
 Presas de tierra (material único)
 Presas mixtas (mas de un material)
 Presas de materiales sueltos (tierras o escollera) con pantalla (hormigón hidráulico o asfaltico, etc…)
 Otros tipos.
 Presas hinchables (p.v.c.)
 Otras presas.
 En función del esquema estructural.
 Presas de gravedad
 Presas arco (bóveda)
 Presas aligeradas (contrafuertes, bóvedas múltiples)
 Presas mixtas (mas de un esquema estructural)
 Elección tipo de presa
 Factores impuestos
 Río y la cuenca
 Terreno de cimentación y vaso. Materiales
 Climatología
 Fauna
 Flora
 Factores sobre los que se puede influir de forma restringida
 Materiales de construcción
 Geometría y tipo de presa
 Tratamiento del terreno
 Etc.
36

Presas en función del tipo de material de construcción

Presas en función del esquema estructural

Presas Móviles
Presa Menjibar. Secciones Presa del Carpio, El Cortijo y Alcalá del rio (1920-1930)
Secciones Presa San Lorenzo de Mongay, Millares, San Jose y Tablilla (1920-1930)
40

Presas Móviles
Presa de Velle (1966)
41
Capacidad aliviaderos (m3/s): 8214,000

Clasificación del ICOLD
(International Comisión of Large Dams)
 TE: Presas de tierras.
 ER: Presas de escollera.
 PG: Presas de gravedad.
 CB: Presas de contrafuertes.
 VA: Presas arco, presas bóvedas y presas arco-gravedad.
 MV: Presas de bóvedas múltiples.
 RCC: Presas de hormigón compactado con rodillo.
 BM: Presas móviles o de compuertas.
42

REFLEXIÓN
TECNICOSOCIOECONÓMICA Y
AMBIENTAL
43

Introducción. Presas importantes
Agua, medioambiente, desarrollo y presas
 El desarrollo de las sociedades tiene en la disponibilidad de agua y la preservación del medio
ambiente unos de sus mayores condicionantes.
 El equilibrio entre oferta y demanda requiere soluciones de muy diverso tipo, y las presas
de embalse y los azudes de derivación representan una de las soluciones mas utilizadas
 El desarrollo y evolución de las presas se sustenta sobre:
 Economía
 Tecnología
 Seguridad en la:
 construcción
 explotación
44
Unas 300 presas CFRD en el mundo, de las cuales el 50 % China
Unas 400 presas de hormigón de HCR en el mundo, en China unas 110 y en España 27
Proyectos CFRD significativos (2000-2010):
• Shibuya Dam (China): 233 m
• Karanjukhar (Islandia): 200 m
• Más de 15 proyectos de más de 200 m.
Unas 160 presas

PRESAS DE GRAVEDAD
45

Fuerzas Actuantes
Forma General Estructura
46

Líneas de Filtración. Presiones Intersticiales
Drenaje
47
Terreno permeable Terreno impermeable

Sección Presa Gravedad
Sección tipo
48
Talud = 0,75/1
Talud= 0,05/1
Talud = 0,02 a 0,05/1

Presa Gravedad
Mejora Estabilidad
49

Presa Gravedad
Mejora Estabilidad
50

PRESAS DE CONTRAFUERTES
51

Presas Aligeradas o de contrafuertes
52
Aumento de
empuje del agua Reducción volumen hormigón
Reducción de subpresión

Presas Aligeradas
Presas Pantalla con contrafuertes
53

Presa Pantalla
54

Presas Contrafuertes
Evolución contrafuertes
55

PRESAS ARCO
56

Forma optima de las Presas Arco
Un visión simple
57

Presa Bóveda: Doble curvatura
Arcos y Ménsulas
Tipología General. Acciones
actuantes
58

Presa Bóveda: Doble curvatura
Arcos y Ménsulas. Acción sobre el arco a altura constante
59

Empotramiento y forma de las Presas Arco y bóveda
60
Punto de tangencia

Presas de hormigón
Subpresión y drenaje

Subpresión

Presión intersticial
En la presa y en el terreno
 El agua se filtra entre los huecos, grietas y poros de la presa y el terreno con una pérdida de
agua, posible arrastre de material fino en el seno del agua filtrada y generando unas
presiones intersticiales (subpresiones) en el interior de la presa y el terreno.
 Se pueden conocer con fiabilidad?
 La respuesta es NO; luego hay que tomar medidas para disminuir su magnitud y conocer su
variabilidad.
 Los principales elementos para su reducción y control son:
 Galerías de visita y drenaje
 Drenes de presa y cimentación
 Filtros
 Sistema de auscultación (piezómetros) para el conocimiento de su magnitud real y
variabilidad
 Órganos de desagüe intermedios y de fondo para reducir la carga de agua en caso
necesario
63

Subpresión
Distribución en el contacto presa cimentación
actuantes
64
M1
Ps
Psd
Terreno permeable Terreno impermeable

Subpresión y drenaje
65
Cierre hidráulico
Piezómetro
Unos 5 m
Unos 20 m
Zona impermeable Zona resistente

Drenaje
Disposición
 Se disponen los taladros a una distancia del paramento de aguas arriba de unos 5 m.
 Diámetro de drenes de entre 7,5 y 20 cm (que no se obstruya)
 La efectividad depende de su separación, normalmente unos 3 m, del orden de 20 veces el diámetro.
 Los drenes se prolongan en el terreno.
 Los drenes se llevan a las galerías de visita (galerías de drenaje y control general).

Presa
Presas bóveda y gravedad
Galerías horizontales y perimetral
67

Galerías presa de hormigón
Galerías horizontales y perimetrales
68
 Filtraciones.. Aforadores
 Deformaciones…Extensómetros
 Temperaturas.. Termómetros
 Movimiento de juntas. Medidores internos

Proyecto y calculo
Hipótesis de calculo de la Subpresión y del drenaje.
Guía Técnica nº 2 sobre Seguridad de Presas. Tomo I. España (Spancold)
 Se han adoptado todas la medidas para la reducción y control de las subpresión luego:
 En el proyecto se necesita asumir una distribución de subpresiones en el interior de la
presa y en el contacto entre la cimentación y la presa.
 La Guía Técnica 2 de España (SPANCOLD) propone unas leyes de distribución de las
subpresiones:
 Es recomendable revisar la literatura técnica
 Es recomendable también analizar las recomendaciones de otros organismos: USACE,
USBR, FERC, etc.
69

Proyecto y calculo
Hipótesis y realidad de la Subpresión y del drenaje. USBR
actuantes
70

El problema térmico

Efectos térmicos
Tipos de retracción (recordatorio)
 Los cambios de volumen afectan de forma importante a presas de hormigón:
 Tipos de Retracción (expansión): Endógena, Exógena y Térmica
 Retracción del hormigon:
 La retracción endógena no es relevante frente a las demás
 La retracción higroscópica -exógena- se produce durante el fraguado.
 Se reduce (anula) notablemente con el CURADO
 Retracción (expansión) térmica.
 Retracción endógena
 Para reducir la temperatura final, incremento y el posterior decremento de la temperatura en el hormigón
después de su puesta
 Uso de cementos de bajo calor de hidratación (conglomerantes fríos)
 Enfriamiento de los áridos y/o del agua y/o carcasa de hormigonera
 Enfriamiento bloques: Circuitos de refrigeración de bloques y/o regado continuo (curado)
 Retracción Exógena
 La variación térmica externa se transmite al interior con lentitud por su bajo coeficiente de transmisión
térmica
 Las bajas temperaturas pueden provocar deterioros en los paramentos de la presa.
 Se fisura la presa donde se desea para que no se fisure donde ella quiera: que no se sabe donde
72

Presas de gravedad y Bóveda
Presa de Fernandina, Hoover y Llosa del Cavall
 El problema térmico es el origen de una gran parte los problemas que sufren las presas de
gravedad y el origen de la mayoría de soluciones técnicas utilizadas en su diseño y construcción.
 Las presas de gravedad son un conjunto de elementos verticales o bloques independientes
entre ellos y empotrados -unidos- a la cimentación: ménsulas separadas por juntas funcionales
 Se pueden analizar simplificadamente, con un grado de aproximación razonadamente bueno, a
efectos de estabilidad al deslizamiento y al vuelco.
 Permite establecer hipótesis simplificadoras -estado de tensiones bidimensional y deformación
plana- para su análisis de tensiones
 Las juntas funcionales o transversales se colocan cada 15-25 metros.
 Estas juntas no se inyectan en presas de gravedad (que si en presas arco).
 Las juntas, y la necesidad de evacuar calor, obligan a construir los bloques alternadamente.
 Los planos de unión entre tongadas -juntas de trabajo- son “zonas débiles” que hay que
ejecutar de forma precisa y cuidadosa.
73
 RESUMEN:
 La variación volumétrica del hormigón es el origen de la mayoría los problemas de las presas de hormigón
y el origen de la necesidad de implementar determinadas y costosas soluciones técnicas en su diseño y
construcción.
 Las ménsulas están definidas por las juntas funcionales, cada 15 – 20 m, y empotradas en la cimentación.
 En las presas de gravedad NO se inyectan las juntas (esquema estructural bidimensional)
 En las arco y bóveda SI se inyectan (esquema estructural tridimensional)
 El cierre de juntas funcionales se hace:
 Cuando este el hormigo lo mas frio posible
 En España, poco después de comenzar la primavera la temperatura de los bloques es la mínima

PRESAS DE MATERIALES SUELTOS
74

Presas Material sueltos
Presas Homogéneas. Líneas de Filtración
75
 Si ocurre en explotación: filtro y escollera de pie
 En proyecto de debe contemplar elementos que lo eviten
 El material se extiende en tongadas y se
compacta de forma normal a la superficie, luego
Kh >> Kv y las líneas de filtración tenderán a
horizontalizarse
 El material se extiende en tongadas horizontales y si se compacta una tongada de
forma que su Kv sea 100 veces menor que las demás, al agua le cuesta 100 veces
mas atravesarla y puede que aflore en el paramento de aguas abajo

Presas Homogéneas. Drenaje y filtros
76

Presas Heterogéneas. Drenaje y filtros
77
Espaldón no drenante
El espaldón es un material granular mas o menos
impermeable pero con un tamaño de poros por el
cual pueden pasar los finos del nucleo:
ES NECESARIO COLOCAR FILTROS

Presa Pantalla
78

Presas pantalla (hormigón o asfáltica)
79

Presas pantalla (hormigón o asfáltica)
 Zona 3-B: materiales de mayor tamaño, de mejor calidad y bien graduados en tamaños desde unos 30 cm
hasta 50 – 100 (máximo) cm.
 Zona 3-A: Zona intermedia, materiales gruesos bien graduados desde unos 5 cm hasta los 30 cm.
 Zona 2-B: Zona de transición, material bien graduado desde aproximadamente ¼” hasta unas 3”.
 Zona 2-A: Zona de filtros y apoyo de pantalla, material fino bien graduado con tamaño menor a 20 mm para
proporcionar una superficie lisa y uniforme que sirva como superficie de apoyo a la pantalla.
 Las zonas 3-A y 3-B deben graduarse:
 roca más fina aguas arriba y más gruesa aguas abajo
 materiales más resistentes aguas abajo.
actuantes
80

Presa Pantalla. Galería perimetral visitable. Presas pequeñas
81

Cimentación (repetición)
Presas de hormigón y de materiales sueltos
82

Ejemplos
Tipología y disposición general

Presa de Mequinenza
Presa de gravedad de planta recta con vertido sobre presa

Presa de Rialb
Presa de gravedad de hormigón compactado (RCC- HCR)

Presa de Chanza
Presa de gravedad con aliviadero en coronación
Sección Aliviadero. Planta general

Presa de Alba
Presa de gravedad de planta curva y vertido sobre presa
actuantes
87

Presa de Escalona
Presa arco-gravedad vertido sobre presa. Laminación de avenidas

Presa de Aldeadávila
Presa arco-gravedad

Presa de La Aceña
Presa arco-gravedad con vertido sobre coronación

Presa de Cortes II
Presa arco-gravedad. Sección aliviadero

Presa de Pontón Alto
Presa bóveda y vertido sobre presa y estribo derecho

Presa de Las Cogotas
Presa bóveda de doble curvatura. Aliviaderos sobre presa y en estribo
Planta general de la presa

Presa de Alcántara y de Itaipu
Presa de contrafuertes de doble celda tipo Marcelo.

Presa de Meicende y Daniel Johnson
Presa de bóvedas múltiples

1. Tipologia general. Acciones actuantes. UC-AIN-active.ppsx

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Similar a 1. Tipologia general. Acciones actuantes. UC-AIN-active.ppsx

Similar a 1. Tipologia general. Acciones actuantes. UC-AIN-active.ppsx (20)

Último

Último (20)

1. Tipologia general. Acciones actuantes. UC-AIN-active.ppsx