PRESA RALCO ALTO BIO BIO

CARACTERISTICAS PRESA RALCO EN EL RIO BIO BIO

Un embalse de 3.467 hectreas fue formado porla construccin de una presa gravitacional dehormign compactado con rodillo (HCR).

Esta presa es la segunda en su tipo en Chile ytiene una altura mxima de 155 metros, unalongitud de 360 metros en su coronamiento y unvolumen total de 1,5 millones de metros cbicos.

La presa Ralco, al momento de la puesta enservicio, fue la tercera ms alta del mundo y laquinta en volumen del tipo gravitacional en HCR.

El diseo de la presa consider un paramentovertical aguas arriba y escalonado aguas abajocon una pendiente de 0,8:1 (horizontal/vertical).

Las obras del embalse incluyen un vertederoequipado con tres compuertas radiales, localizadocerca del centro de la presa con una capacidad deevacuacin mximade 6.550 m3/s.

La presa tambin incluye un desage de fondo queproporciona un caudal ecolgico al ro de 27,1 m3/spara la zona comprendida entre la presa y la salidadel tnel de evacuacin de la casa de mquinas.

Tipo de presa Gravitacionalde HCR

Altura mxima (m) 155Longitud coronamiento (m) 360Ancho coronamiento (m) 8,5Cota de coronamiento (m.s.n.m) 727,30Volumen total de HCR (m3) 1,5 x 106Nivel mximo del embalse (m.s.n.m) 725,00Superficie mxima inundada (ha) 3.467Volumen total embalsado (m3) 1.222 x 106Volumen mximo de regulacin (m3) 800 x 106Caudal diseo del vertedero (m3/s) 6.550

La casa de mquinas est localizadaen una caverna subterrnea quetiene 110 m de largo, 26 m deancho y 48 m de alto.

El agua desde el embalse serconducida a la casa de mquinasa travs de un tnel en presinde 9,2 m de dimetro y 7 km delongitud.

Anlisis EstructuralPara una presa como Ralco, con una altura totalde 155 metros entre el punto ms bajo de sufundacin y su coronamiento, uno de los mayoresdesafos ha sido la necesidad de realizar estudiosexhaustivos para definir su geometra, de manera degarantizar su estabilidad y resistencia frente adistintas condiciones de solicitacin, entre lascuales destacan las de peso propio, empujehidrosttico del agua, empuje de sedimentos,subpresin, acciones ssmicas y trmicas. En talsentido se han efectuado diversos anlisis mediantemodelos computacionales bi y tridimensionales deelementos finitos (programas ANSYS 5.4, EACD),pudindose mencionar anlisis estticos, pseudoestticos, dinmicos y trmicos.

SISTEMA DE CONSTRUCCION

Seville

R = 0,0026 (v2/g)(gFe/v2)0,47

Fe = fetch efectivo (m)

V = velocidad del viento (m/s)

R = revancha (m)

Fe V H

m m/s m

6.000 30 1,70

5.000 20 1,02

4.000 10 0,44

REVANCHA POR OLA

Stevenson

R = 0,032(V Fe)0,5 + 0,76 - 0,26 (Fe)0,25

Fe (km)

V ( km/hora)

R = revancha (m)

Fe V H

km km/hora m

6 108 1,17

5 72 0,98

4 36 0,78

REVANCHA POR OLA

vientopresa

embalsengulo 6

42

L1 L3

L5

FETCH EFECTIVO

suma L cos2 suma cos Fetch efectivo Fe =

FUERZAS SOLICITANTES SOBRE UNA PRESA

1. Cargas verticales debidas al peso propio de laestructura

2. Componentes verticales debido a presinhidrosttica

3. Componentes horizontales de la presin hidrosttica

4. Fuerzas horizontales debidas al sismo

5. Fuerzas verticales debidas al sismo

6. Incremento de la componente horizontal hidrostticadebido al sismo

7. Subpresiones

8. Reaccin de la fundacin

9. Esfuerzos dinmicos debido a flujo sobre la presa(vertedero)

10. Accin del oleaje

11. Presin horizontal provocada por sedimentos

12. Presiones provocadas por el hielo

13. Tensiones derivadas de efectos de temperatura

PRESA GRAVITACIONAL DE HORMIGON CON PARAMENTO VERTICAL

FUERZAS SOLICITANTES

Fh1

h1Fd

W

S

Sh

SvH

2/5h1 1/3h1 h2

h20,3h1

h1

hmax

Fh21/3 h2

Se consideran las siguientes fuerzassolicitantes:Empuje hidrostticoFh = 1/2 h2

Esfuerzo dinmico del agua en un sismoPara un paramento vertical, segnWestergaard, si se considera el aguaincompresible, la fuerza dinmica adicionalser:Fd = 7/12 h h2en que es el coeficiente de aceleracinhorizontal y h es la altura del agua.

Peso de la estructura W

Se considera tanto el peso del hormign como la superestructura.

Accin del sismo sobre la presa

La componente horizontal ser: Sh = h WLa componente vertical ser: Sv = v WSubpresin

Si se considera que existe una cortina de drenaje efectiva, la subpresinser la resultante de aplicar los siguientes criterios:

En el punto inferior aguas arriba de la presa ser igual a la presinhidrosttica.

En el punto de la base de la presa en que cruza la cortina de drenaje, lapresin a considerar sea igual a 1/3 de la presin hidrosttica.

CRITERIOS DE DISEO

A continuacin se indican los siguientes criterios de diseopara el anlisis de la estabilidad de la presa.

EMBALSE LLENO

1 Aguas mximas sin sismo.

2 Aguas normales ms sismo horizontal hacia aguas abajoms sismo vertical ascendente.

EMBALSE VACO

Aguas mnimas ms sismo horizontal hacia agua arriba mssismo vertical descendente.

VERIFICACIONES DE SEGURIDAD

A. Seguridad al deslizamiento

H = suma de fuerzas horizontales V = suma de fuerzas verticalesS = subpresin

Factores de deslizamiento

Tipo de fundacin Sin temblor Con temblorRoca sana homognea Se aplica criterio de corte y friccinRoca deficiente 0,80 1,00Grava 0,50 0,60Arena 0,40 0,50Arcilla 0,30 0,40

Criterio de corte y friccin

En que = coeficiente de friccin(usualmente igual a 0,65)

A = seccin de la superficie basal = resistencia unitaria al corte

unitario

Q >= 5 en roca sanaQ >= 2 en roca blanda o suelo

B. Seguridad al volcamiento

Mr = Suma de momentos resistentes

Mv = Suma de momentos volcantes

Fv = Factor de seguridad

Fv = Mr/Mv

Fv >= 1,30

C. Reacciones de la fundacin

Reaccin VerticalSi V = suma de las componentes verticales de las

fuerzas

M = suma de los momentos de las fuerzasactuantes en torno al punto medio de la base

b = ancho de la base del muro

la excentricidad de la resultante, en valor absoluto valdr:

e = valor absoluto de M/ V

El diagrama de presiones de contacto resultante ser untrapecio y los valores extremos de dichas presiones sern:P1 = (V/b) (1 6 (e/b))P2 = (V/b) (1 + 6 (e/b))

Si la resultante cae fuera del tercio central: e > b/6; en estecaso la presin de contacto tendr una distribucintriangular y valdr bajo la arista ms cargada:P2 = 2 V / (3 u)En que u = b/2 - e

El mayor valor de la presin de contacto se producirsiempre en la arista ms prxima a la ubicacin de laresultante y por lo tanto si sta se ubicare hacia la mitad deaguas arriba ser necesario intercambiar P1 y P2 en lasecuaciones anteriores.

CALCULO DE LA ESTABILIDAD DE UNA PRESA

t1

hp

ha

hb

c

Fha

Fhb

1/3 hb

1/3 haW

Fsh

FsvFds

2/5 ha

a

b

yg

xg

ha

0,3ha hb

S1 S2

ds1

ds2

C1

C2

C3

Ca

Cb

AO