Presas de Gravedad de Concreto. Cálculo y Diseño - Guía (81)

8/12/2019 Presas de Gravedad de Concreto. Clculo y Diseo - Gua (81)

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ResumenPresas de gravedad de concretocimentadas sobre roca

El control de avenidas es de gran importancia, para lo cual generalmente son necesariaspresas altas. Sin embargo, en 1958 se termin una presa de 20.10m de altura con vertedorde demasas de concreto para el control de avenidas en el ro Little cerca de Charlton, Mass.En esta estructura se utiliz un solo canal para gastos pequeos.El proyectista de cualquier presa debe hacer suposiciones bsicas con respecto a lascondiciones de su emplazamiento y sus efectos en la estructura que se proponga. Lasinvestigaciones en el emplazamiento proporcionan al ingeniero mucha informacin paraevaluar estas suposiciones, que son las bases para hacer un proyecto seguro de la presa.Algunas suposiciones importantes para el proyecto de presas pequeas incluyen lasubpresin, las medidas para controlar las filtraciones, la degradacin del canal y la erosindel pie de la presa del lado de aguas abajo, las condiciones de la cimentacin y la calidad de

la construccin. Se hacen suposiciones adicionales sobre las cargas producidas por elazolve, la presin del hielo, las aceleraciones ssmicas, y las fuerzas de las olas. En gradoen que afectan estos factores es el proyecto, depende principalmente del tipo de presa, delas presiones mximas del agua, y del carcter del material de cimentacin. El proyectistadebe evaluar estos factores para cualquier presa tomando en cuenta amplios factores deseguridad.El coeficiente de seguridad contra vuelco es la relacin del momento que tiende a enderezarla presa al momento, que tiene a volcarla alrededor de pie de la presa. Esta relacin puedeexpresarse as:

FSo = Wc X11+ W w X12PX 13+ UX 14

en la que Wc = fuerza debida al peso del concretoWw = fuerza debida al peso del agua en las superficie inclinadasP = fuerza del agua que obra para desalojar la presa en

direccin aguas abajoU = subpresinI = Longitud del brazo del momento para las fuerzas

respectivas

Coeficiente de deslizamiento para las diferentes condiciones de la cimentacin.

Materia

Coeficiente

de seguridadcontradeslizamiento.

Coeficiente

mnimo deseguridad quese sugiere, fs.

Coeficiente por

rozamientoy corte,CRC.

Concreto sobre concretoConcreto sobre roca profunda, superficie limpia eirregularConcreto sobre roca, algunas laminacionesConcreto sobre grava y arenas gruesasConcreto sobre arenaConcreto sobre esquistosConcreto sobre limo y arcilla

0.65-0.80.80.70.40.30.3*

1-1.51-1.51-1.52.52.52.52.5*

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El coeficiente de deslizamiento de una presa de gravedad con base horizontal es igual a latangente del ngulo entre la perpendicular a la base y la resultante de la reaccin de lacimentacin. El coeficiente de desplazamiento para las presas pequeas se calcula tomando

la relacin de la suma de las fuerzas horizontales P, a la suma de las fuerzas verticales, W,incluyendo la subpresin U, o sea:

tanP

fW U

= =

Los esfuerzos unitarios en el concreto y en los materiales de la cimentacin debenmantenerse dentro de los valores mximos prescritos, para evitar fallas. En las presaspequeas normalmente se desarrollan esfuerzos dentro del concreto que son menores que laresistencia recalqu puede desarrollarse si se usa la mezcla adecuada en el concreto.Las presas en los materiales de cimentacin blandos deben de estar seguros contra las

mismas fuerzas que las presas en buenas cimentaciones de roca. Adems, el proyectistadebe considerar los efectos de la filtracin, la turificacin bajo la presa, y el asentamiento oconsolidacin de los materiales de la cimentacin.Se presentan dos procedimientos para el diseo de una presa de gravedades construidassobre una cimentacin de roca. Uno de ellos consiste en clculos con la regla de clculopara determinar una forma de la presa dentro de los lmites de seguridad prescritos por laexperiencia.En Mxico, entre los siglos XVII y XIX, se construyeron numerosas presas, casi todas demampostera, en el territorio de Aguascalientes y Quertaro, destinadas fundamentalmentea riego. Casi todas de trazo recto, con algunos contrafuertes y con seccin de dimensionesque ahora pueden considerarse atrevidas, desde el juicio de su estabilidad.

Dentro de este gran grupo de la infraestructura que beneficia al riego, deben incluirse laspresas derivadoras que su reducida altura, de unos 7 m o menor, no han sido dignas deatencin cuando se organizan foros como el presente. Sin embargo en nuestro pas se handesarrollado tcnicas de diseo y construccin que se han traducido en muy importantesobras de ingeniera, especialmente a las que no muy adecuadamente hemos llamado presasindias.

Introduccin.Las presas de concreto son estructuras de dimensiones tales, que por su propio resisten lasfuerzas que actan en ellas. Si se construyen en cimentaciones buenas, las presas slidas deconcreto son estructuras permanentes que requieren poca conservacin.

La mampostera no sirvi para la construccin ms que de presas bajas y se desarrollaronotros mtodos de construccin. Segn los registros, primero se uso un mortero de arcillapara unir la mampostera; despus se descubri y uso el mortero de cal. Las presas del tipode mampostera fueron superadas con mucho por las de tipo de concreto del tipo gravedad.Innumerables innovaciones en el proyecto y la construccin en bloques separados, ymuchas otras, han hecho posible la construccin de estructuras monumentales como de lapresa Hoover. Para el proyecto de las presas de gravedad, es necesario determinar lasfuerzas que se puedan suponer que afectan la estabilidad de la estructura.Las fuerzas que deben considerarse para las presas de gravedad dentro del campo de estetexto; son las debidas a; La presin del agua, tanto interna como externa (o subpresin), lapresin del azolve, la presin del hielo, las fuerzas producidas por los terremotos, el peso de


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la estructura y la reaccin resultante de la cimentacin. Al proyectar la corona de la seccinvertedora, se debe considerar la posibilidad de presiones interiores a la atmosfrica que sedesarrollan entre la lamina del agua y el concreto.

Requisitos de estabilidad.Las presas de concreto de gravedad deben proyectarse para que resistan, con un ampliofactor de seguridad, estas tres causas de destruccin; el vuelco, el deslizamiento, yesfuerzos excesivos.Existe una tendencia en las presas de gravedad a volcarse girando alrededor del taln deaguas abajo en la cimentacin, o alrededor en las aristas aguas debajo de cada seccinhorizontal. Si el esfuerzo vertical en la arista de aguas arriba que se calcule en cualquierseccin horizontal, si la subpresin excede a la subpresin en ese punto; se considerar quela presa es segura contra el vuelco con amplio factor de seguridad, la subpresin en elparamento de aguas arriba excede el esfuerzo vertical en cualquier seccin horizontal,calculando sin subpresin, las fuerzas de subpresin a lo largo de la grieta horizontal

supuesta aumenta mucho la tendencia en la presa a volcarse.La fuerza horizontal, tiende a desalojar la presa en una direccin horizontal. Esta tendenciala contrarrestar las fuerzas producidas por la friccin y por la resistencia al corte delconcreto de la cimentacin.El factor de friccin de corte , es un sistema que normalmente se emplea en las presas altas,no se recomienda usarse en el proyecto de las presas que quedan dentro del campo de estetexto, aunque se reconoce que el proyecto econmico de las presas de concreto sobre unabuena roca sufrira con esto. Las caractersticas cohesivas del concreto o de las rocas, queafectan mucho el factor de friccin del corte, deben determinarse por medio de pruebasespeciales de laboratorio o estimarse por algn ingeniero que haya tenido muchaexperiencia en este campo especfico.

Hablando de estas grandes obras realizadas en Mxico, no es por dems mencionar elnovedoso material de presas que ha tenido una espectacular relevancia en este ltimo cuartode siglo: el concreto rodillado. En su uso, nuestro pas hizo su presencia hace algunos aoscon varias presas, de las cuales, en su momento tuvo la ms alta: Trigomil, de 107 mterminada en 1993.Si una presa de concreto tiene una longitud mucho mayor de 15.0m, es necesario dividir laestructura en bloques por medio de juntas transversales de contraccin, la separacin de lasjuntas se determina por la capacidad de colado del equipo de concreto que se va ha usar ypor un estudio de cambios volumtricos y el correspondiente agrietamiento producido porla contraccin y las variaciones de temperatura. Se puede reducir mucho las probabilidadesde un agrietamiento perjudicial por la seccin del tipo correcto de cemento y por el control

cuidadoso de los procedimientos de mezcla y colado. En ningn caso sin embrago seaconseja que las juntas de contraccin se coloquen con sus separaciones mayores de 15.0m. En las presas de derivacin, se construyen estructuras con el objeto de prever unalimpieza peridica a la bocatoma. La estructura consiste fundamentalmente y en general, enun canal que se localiza frente a la toma; as este canal, llamado desarenador, quedaformado por dos paredes verticales y paralelas, una se separa el cause del ro y eldesarenador, y la otra al desarenador y la ladera en donde se localiza el canal de riego.


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Este tipo de presas se dividen en monolticas y no monolticas, las primeras llevan estenombre porque la cortina es un solo cuerpo, las segundas se van construyendo con bloquescolados previamente; tambin se clasifican en almacenadoras o derivadoras.

Mtodos y materialesPara llevar a cabo con el objetivo del estudio de presas de gravedad construidas conconcreto donde se analiza y determine el funcionamiento del comportamiento a laestabilidad al deslizamiento y volteo se propone la siguiente metodologa por etapas dondese consideran un seguimiento de factores por esfuerzos como es el esfuerzo normal,esfuerzo tangencial, la presin hidrosttica, peso propio, subpresin, carga dealmacenamiento, nivel aguas abajo, base de la cortina, el centro de gravedad, pesoespecifico y volumtrico y los comportamientos hidrulicos en la obra.1.-Investigacin bibliogrfica referente a el uso de las cortinas tipo gravedad.2.-Recabar y seleccionar la informacin sobre la implementacin y uso de las cortinas tipogravedad.3.-Investigar los diferentes formas y criterios de diseo en cortina tipo gravedad.

4.-Investigar las caractersticas de cortina tipo gravedadpara abastecimiento, riego ygeneracin de energa.5.-Investigar el anlisis de estabilidad al deslizamientoen cortina tipo gravedad.6.-Investigar el anlisis de estabilidad al volteoen cortina tipo gravedad.7.-Elementos constructivos necesarios y auxiliares en cortina tipo gravedad.8.-Recomendaciones para una proyeccin optima para una obra de este tipo.

ResultadosPara cumplir con los resultados propuestos del presente estudio se realiz por etapas, dondese abordan los temas que van introduciendo, describiendo la metodologa de diseo yclculo establecido sobre las presas de gravedad en sus diferente formas y tipos para una

obra sustentable que abastezca la demanda para abastecimiento, riego y generacin deenerga.1. - Introduccin e importancia del empleo indicando recomendaciones de diseonecesarias para un buen funcionamiento de presas de almacenamiento, de presas dederivacin. que garanticen la demanda lo ms ptimamente.2.- Se realiza una descripcin de las generalidades y caractersticas de los diferentes tiposde obras descripcin de cortinas tipo gravedad construidas, de cortinas de gravedadempleadas en Mxico indicando las condiciones de empleo y seleccin.3. Descripcin sobre el anlisis y clculos de diseo para la construccin de cortinas degravedad, elementos auxiliares en cortinas de gravedad, descripcin de los zampeados odelantales y dentellones.

NAMO

DERIVADORAS

NAMO

NAA

ALMACENADORAS


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4. Anlisis de estabilidad al deslizamiento en cortinas de gravedad, anlisis de estabilidadal volteo en cortinas de gravedad. Sistematizacin del clculo al deslizamiento en cortinasde gravedad, al volteo en cortinas de gravedad.

5. - Recomendaciones y conclusiones de los resultados obtenidos as como el informe final.

Impacto.

El estudio tiene como principales objetivos el de crear un aprendizaje dirigido a losalumnos para que apliquen este tipo de obras de presas de almacenamiento y derivadoraspara lo cual se realizo un informe de diferentes publicaciones que incluyen este tema y quehacen referencia de la importancia como obra para un uso optimo del recurso agua con elfin de abastecer un distrito de riego, sealando sus objetivos y usos, as como las obrasauxiliares.Se describen las recomendaciones para disear correctamente con sus elementos que haganfuncional las obras anlisis de estabilidad al deslizamiento en cortinas de gravedad, as

como anlisis de estabilidad al volteo en cortinas de gravedad. Donde comprende unasistematizacin del clculo al deslizamiento en cortinas de gravedad, al volteo en cortinasde gravedad y tomar medidas correctivas de este tipo de obra y que con la creatividad delos alumnos enriquecer y reforzar el conocimientos en el rea de las obras hidrulicas.


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PRESAS DE GRAVEDADPresas de gravedad de concretocimentadas sobre roca

El control de avenidas es de gran importancia, para lo cual generalmente son necesarias presas altas. Sinembargo, en 1958 se termin una presa de 20.10m de altura con vertedor de demasas de concreto para elcontrol de avenidas en el ro Little cerca de Charlton, Mass. En esta estructura se utiliz un solo canal paragastos pequeos.El proyectista de cualquier presa debe hacer suposiciones bsicas con respecto a las condiciones de suemplazamiento y sus efectos en la estructura que se proponga. Las investigaciones en el emplazamiento

proporcionan al ingeniero mucha informacin para evaluar estas suposiciones, que son las bases para hacer unproyecto seguro de la presa.Algunas suposiciones importantes para el proyecto de presas pequeas incluyen la subpresin, las medidas

para controlar las filtraciones, la degradacin del canal y la erosin del pie de la presa del lado de aguas abajo,las condiciones de la cimentacin y la calidad de la construccin. Se hacen suposiciones adicionales sobre lascargas producidas por el azolve, la presin del hielo, las aceleraciones ssmicas, y las fuerzas de las olas. En

grado en que afectan estos factores es el proyecto, depende principalmente del tipo de presa, de las presionesmximas del agua, y del carcter del material de cimentacin. El proyectista debe evaluar estos factores paracualquier presa tomando en cuenta amplios factores de seguridad.Coeficientes de seguridadLos coeficientes de seguridad deben considerarse a la luz de las condiciones econmicas. Los coeficientes deseguridad amplios dan por resultado una estructura ms costosa; sin embargo, si se usan coeficientes deseguridad pequeos pueden producirse fallas, lo que a su vez puede dar por resultado costos elevados. Slo

podrn obtenerse los factores de seguridad adecuados haciendo una buena determinacin de las fuerzas dedeslizamiento, vuelco y de las produzcan esfuerzos excesivos dentro de la presa.

VuelcoEn general los coeficientes de seguridad contra el vuelco oscilan entre 2 y 3. En las presas pequeas es unmenudo mayor. Si ste es inferior a 2, la seccin de presa deber modificarse para aumentar el margen de

seguridad. Una presa de gravedad rara vez falla por vuelco, ya que cualquier tendencia al volcamiento da unamayor oportunidad a la presa para que falle por deslizamiento. El coeficiente de seguridad contra vuelco es larelacin del momento que tiende a enderezar la presa al momento, que tiene a volcarla alrededor de pie de la

presa. Esta relacin puede expresarse as:

FSo = Wc X11+ W w X12

PX 13+ UX 14

en la que Wc = fuerza debida al peso del concretoWw = fuerza debida al peso del agua en las superficie inclinadasP = fuerza del agua que obra para desalojar la presa en

direccin aguas abajoU = subpresinI = Longitud del brazo del momento para las fuerzas

respectivas

Todas las fuerzas (excepto la fuerza resultante de la cimentacin) deben considerarse al calcular al coeficientede seguridad. Otras fuerzas podran ser las de las olas, el hielo, sismos, y la presin del azolve.Otro mtodo para evaluar el coeficiente de seguridad contra volteo est relacionado con los esfuerzosinternos. Si el esfuerzo vertical en el borde de aguas arriba de cualquier seccin horizontal calculada sinsubpresin excede de la subpresin en este punto, se considera segura contra volcaduras. Este procedimientode clculos puede usarse para las presas pequeas, pero no se recomienda para las presas de gran altura.Adems, si la subpresin en el parmetro de aguas arriba excede el esfuerzo vertical en cualquier seccinhorizontal sin subpresin, las fuerzas de subpresin aumentan mucho la tendencia al volteo con relacin al piede la presa de aguas abajo en ese plano horizontal supuesto. Si los esfuerzos de tensin que se desarrollan son


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menores que los admisibles en el concreto y en el material de la cimentacin, la presa puede todavaconsiderarse segura. Esta suposicin se basa en que la mano de obra es buena y en que existe resistencia a latensin dentro de la estructura en todos los planos horizontales. Las presas por lo general se proyectan de

manera que no haya tensin (o cuando ms una pequea fuerza de tensin) en el parmetro mojado encondiciones severas de carga.Tabla 1. Coeficiente de deslizamiento para las diferentes condiciones de

la cimentacin.

Materia

Coeficientede seguridadcontradeslizamiento.

Coeficientemnimo deseguridad quese sugiere, fs.

Coeficienteporrozamientoy corte,

CRC.Concreto sobre concretoConcreto sobre roca profunda, superficie limpia eirregularConcreto sobre roca, algunas laminacionesConcreto sobre grava y arenas gruesasConcreto sobre arenaConcreto sobre esquistosConcreto sobre limo y arcilla

0.65-0.80.80.70.40.30.3*

1-1.51-1.51-1.52.52.52.52.5*

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DeslizamientoLos ingenieros usan tres procedimientos para evaluar la seguridad de una presa contra el deslizamiento endireccin de la corriente. Los tres tienen algunos mritos y, en general, se utilizan las mismas relaciones entrelas fuerzas. Aunque los valores calculados son seguros, son muy diferentes. Los tres procedimientos son: (1)el coeficiente de seguridad contra deslizamiento, (2) el coeficiente de seguridad, y (3) coeficiente deseguridad por corte y rozamiento. Debern apreciarse bien las diferencias entre estos tres procedimientos. Elobjeto principal de cada uno de ellos es obtener un coeficiente de seguridad, que cuando se excede, pone en

peligro a la presa de ser empujada aguas abajo.

El coeficiente de deslizamiento es el coeficiente de rozamiento necesario para evitar el deslizamiento decualquier plano horizontal en la presa o sobre su cimentacin bajo condiciones de carga. En las presas

pequeas, el factor de deslizamiento por lo normal determina la seguridad contra deslizamiento. En esteprocedimiento no se emplean las fuerzas de corte; sin embargo, se supone que estas aumentan la seguridad enel proyecto. Sin embargo, este procedimiento es desventajoso para las presas de concreto en cimentaciones deroca, pues podran usarse secciones ms pequeas si se incluyesen las fuerzas de corte en este factor.El coeficiente de deslizamiento de una presa de gravedad con base horizontal es igual a la tangente del nguloentre la perpendicular a la base y la resultante de la reaccin de la cimentacin. El coeficiente dedesplazamiento para las presas pequeas se calcula tomando la relacin de la suma de las fuerzas horizontalesP, a la suma de las fuerzas verticales, W, incluyendo la subpresin U, o sea:

tanP

f

W U

= =

Si al calcular f de esta manera, es igual o menor que el coeficiente de rozamiento esttico, f , la presa seconsidera segura. Al hacer estos clculos se supone una faja de 1 m de anchura. En la tabla 1 se dan valoresde seguridad para el coeficiente de deslizamiento para diferentes materiales de cimentacin. Cuando losmateriales para la cimentacin sean blandos debern estudiarse para ver si son susceptibles a la tubificacin.El coeficiente de seguridad, fs, contra deslizamiento se define como la relacin del coeficiente de rozamientoesttico, f , a la tangente del ngulo entre una perpendicular a la base y la reaccin directa de la cimentacin,expresado como:

( )

tan

f W Uffs

P

= =


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En este procedimiento se supone tambin que las fuerzas de corte se suman a las medidas de seguridad. Elcoeficiente de seguridad contra deslizamiento tiene un valor entre 1 y 1.5 para las presas de gravedad sobreroca en las que se utiliza una seccin transversal conservadora. La inclusin de la subpresin y de las fuerzas

ssmicas en los clculos puede reducir el coeficiente de seguridad a aproximadamente la unidad. Estos valoresson para la seguridad contra deslizamiento en un plano horizontal; si la cimentacin esta inclinada hacia aguasabajo, los coeficientes de seguridad se reducen proporcionalmente. Los proyectistas usan concreto endentellones para disminuir la tendencia al deslizamiento de la presa. Para cualquier tipo de dentelln, debeevitarse que su anclaje falle por cortante separndose as del cuerpo principal de la presa. En lascimentaciones de tierra, se necesita un coeficiente de seguridad mayor, para evitar el deslizamiento en planossituados debajo de la superficie de la cimentacin. En las cimentaciones blandas, las medidas para obtener unaumento artificial de la adherencia son menos efectivas. Los dentellones profundos y los zampeadosaumentan la resistencia al deslizamiento. Un dentelln con las dimensiones adecuadas, reforzado, yconstruido dentro de la presa impide el desalojamiento por la resistencia interna al corte del material dentrodel cual se construya el dentelln. Los dentellones tienen un volumen adicional de suelo o roca por moverantes que la estructura pueda deslizarse.Otro procedimiento, que prefieren muchos ingenieros, incluye la evaluacin de las fuerzas de corte dentro delcoeficiente de seguridad. La relacin entre las fuerzas de corte y el rozamiento es:

( )f W U bSSF

P

+=

En la que b = longitud de la base en el plano en que se estudian los esfuerzos de corte = esfuerzo cortante de trabajo del material o materiales en el plano de corte

los coeficientes de seguridad, calculados de esta manera, deben aproximarse a los valores usados en losclculos estructurales normales. Los valores de los coeficientes estticos de rozamiento se suponen a menudo

para el concreto que se mueve sobre roca y otro concepto de 0.65 a 0.75. El esfuerzo cortante de trabajo, o,del concreto est relacionado con la resistencia a la comprensin del concreto.En general, el concreto en las presas de gravedad debe ser cuando menos de 140 K / cm2a los 28 das. En lasestructuras ms pequeas es necesario usar concreto mucho ms resistente para satisfacer los requisitos dedurabilidad. La resistencia unitaria del concreto al corte es aproximadamente un quinto del esfuerzo de roturaa la comprensin en cilindros estndar. Esto indica una resistencia de 28 a 56 Kg. / cm2 en las presas, y

proporciona un factor de seguridad de 4 si el esfuerzo unitario de trabajo usado en los clculos son de 7 a 14Kg. / cm2 . No se recomiendan esfuerzos de trabajo mayores, a menos que el concreto para las presas

pequeas se pruebe por anticipado. El coeficiente por rozamiento y corte se usa contra deslizamiento en elconcreto sobre el concreto o para el concreto sobre roca; si las presas pequeas se colocan sobre material decimentacin blando, el uso de este coeficiente es poco prctico.El proyectista debe considerar la influencia de las juntas de construccin y las juntas de la cimentacin en laresistencia al corte. Utilizando los mtodos de construccin correctos, la resistencia al corte en las juntas deconstruccin arriba de la base esencialmente la de un buen concreto. La resistencia al corte en la cimentacin,donde el concreto se cuela sobre una superficie de roca lisa puede disminuir. En este tipo de junta es posibleque se desarrollen fuerzas de rozamiento. En una cimentacin spera e irregular, se desarrolla un plano msresistente tanto al corte como al rozamiento; en la determinacin del coeficiente por corte y rozamiento puedeusarse el valor inferior del corte, el del concreto o el de la roca.

Esfuerzo en el concretoLos esfuerzos unitarios en el concreto y en los materiales de la cimentacin deben mantenerse dentro de losvalores mximos prescritos, para evitar fallas. En las presas pequeas normalmente se desarrollan esfuerzosdentro del concreto que son menores que la resistencia recalqu puede desarrollarse si se usa la mezclaadecuada en el concreto.Las mezclas que producen un concreto durable, normalmente tienen resistencia suficiente para proporcionarun coeficiente de seguridad adecuada contra el exceso de esfuerzos.En el material de la cimentacin debe investigarse tambin si existen excesos en los esfuerzos. Cuando setrata de empresas pequeas es pertinente es hacerlo en las rocas figuradas en las cimentaciones blandas, comoen las gravas o arena. El proyectista debe consultarlos reglamentos locales para ver las precisiones de apoyoadmisibles y conversar con ingenieros especializados para evaluar los materiales de la cimentacin. En latabla 2 se rigen varios valores para las capacidades de una carga de estudios iniciales y guas para proyectar


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presas pequeas de concreto. Si existe alguna duda con respecto a la clasificacin y la bondad de losmateriales de cimentacin, se determinara promedio de pruebas en el campo en el laboratorio las capacidadesde carga admisible.

Sin embargo, la mayora de las presas pequeas las presiones unitarias de apoyo sobre los materiales precisosde cimentacin sern considerablemente menores que los valores dados en la tabla 2. En una seccin posteriorse tratan los valores de la capacidad de carga y los procedimientos para cimentaciones blandas.Puede herirse el vuelco y los esfuerzos de comprensin excesivos si se elige la forma y seccin transversalcorrectas para la presa. Los esfuerzos de trabajo tpicos empleados en el proyecto de las presas de concretoson de 42.2 a 70.3 K/cm2en comprensin y de 0 a 7.03 K/cm3en tensin. En general se evitan los esfuerzosen tensin manteniendo todas las fuerzas resultantes dentro del tercio medio de la base de la seccin que seestudia. La base es la distancia del paramento de aguas arriba al de aguas debajo de un bloque; para el clculo,se supone que el bloque tiene una anchura de 1m. En el capitulo 8 se incluye un anlisis de factibilidad paralas presas de gravedad de concreto.

Tabla 2. Relaciones pesadas de corrimiento y valores de capacidad de carga de los materiales decimentacin.

Materia

Relaciones decorrimiento

pesadas* segnLane

Coeficientede Bling*

Capacidades decarga admisiblesen tons por metrocuadrado

Arena muy fino y limoArena finaArena media

Arena gruesaGrava finaGrava mediaGrava y arenaGrava gruesa incluyendo cantosBoleo con algo de cantos y gravaBoleo, grava y arenaArcilla blandaArcilla mediaArcilla duraArcilla muy dura u tobaRoca buenaRoca laminada

8.57.06.0

5.04.03.53.02.5_3.02.01.81.6__

1815_

12__9

__4-6_____

29.3 densa9.8 suelta

29.3 3

29.3 348.8 548.8 548.8 5-10 97.648.8 5-10 97.697.6 1048.8 59.8 1

39.06 458.6 697.6 10976.5 100341.8 35

Presas de gravedad de concreto sobrecimentaciones blandas

Muchas de las presas se construyen son parte de navegacin. Un proyecto tpico se ilustra con la presa yesclusa Colombia en Camdem, a la presa tiene una altura de 28m y una longitud de 427m.

Las presas en los materiales de cimentacin blandos deben de estar seguros contra las mismas fuerzas que laspresas en buenas cimentaciones de roca. Adems, el proyectista debe considerar los efectos de la filtracin, laturificacin bajo la presa, y el asentamiento o consolidacin de los materiales de la cimentacin.


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Los materiales de cimentacin blandos incluyen arcillas, arenas, gravas aluviales, rocas facturadas, brechasblandas, y laminares (as como otras rocas de baja capacidad de carga y poca resistencia al desplazamiento).Una de las cosas ms importantes que se debe considerar en el proyecto son los materiales en la cimentacin y

evitar la tubificacin.Desde el punto de vista en la ingeniera el movimiento de aguas a travs o debajo de una presa non esobjetable si no excede los lmites de seguridad del proyecto. Sin embargo, el gasto total puede ser losuficientemente grande que sea econmicamente conveniente impermeabilizar la zona permeable. El sistema

pierde el agua que pasa debajo de la presa; sin embargo, el flujo de la corriente puede permitir reducir loscostos de construccin al proyectista permitindole algunas filtraciones dentro del lmite de seguridad. Estoslmites pueden resumirse para las cimentaciones impermeables como sigue:1. limitar las velocidades y precisiones de filtracin en el material de cimentacin de manera que no muevanlas partculas del suelo produciendo turificaciones, socavacin de la cimentacin, o arrastre en masa delmaterial.2. limitar la supresin bajo la cimentacin de manera que no ocurra momentos de volcamiento ydeslizamientos perjudiciales en la cimentacin.

Las propiedades tcnicas del suelo son importantes para el estudio de las presas sobre cimentacionespermeables. Las tcnicas modernas de construccin permiten al proyectista colocar econmicamente laspresas sobre materiales blandos impermeables de cimentacin.Flujo del agua en los materiales porososEl agua que pasa por un material poroso puede estimarse por medio de la educacin del Darcy:

Q = RiADonde Q = gasto

R = coeficiente de permeabilidad para la cimentacin, es decir, es el gasto a travs de un reaunitaria bajo un agradable hidrulico unitario.I = gradiente hidrulico igual a la diferencia de carga dividida por la longitud de recorrido, h /L.

A = rea bruta de la cimentacin a travs de la cual fluye el agua.

El coeficiente r, se determina por barios mtodos. El mejor y ms econmico para presas pequeas es la

prueba con bombeo. En esta prueba se injecta agua en una barrero o poso de prueba y se determina el gastofiltrado, bajo una carga hidrulica determinada.La prueba de extraccin con bombeo es relativamente costosa y sus resultados son muy difciles deinterpretar.Con esta prueba se mide la permeabilidad global extrayendo agua de un agujero en forma constante ymidiendo el abastecimiento del nivel fretico en posos de observacin a distancias diferentes del poso

bombeado.La prueba con colorantes estima el gasto de un color o electrolito, del punto de inyeccin a un pozoobservacin. En esta prueba hay que hacer varios tanteos, ya que la direccin supuesta para la orientacin delcolor puede o no coincidir con las rutas reales de flujo. Pueden ser necesarios varios tanteos (cambiando lalocalizacin de los pozos de observacin) para estimar correctamente la permeabilidad.Con las pruebas de inyeccin se obtienen resultados seguros en las cimentaciones estratificadas. Con esta

prueba, se estiman las permeabilidades en cada capa al material al ir perforando el agujero. La percepcin del

calculo de las filtraciones subterrneas (determinadas con la formula de Dancy) depende de la homogeneidaddel material de la cimentacin y de la seguridad del coeficiente de permeabilidad determinado. A unacimentacin heterognea llega a aplicarse un coeficiente pesado. Normalmente, la permeabilidad horizontal esmucho mayor que las permeabilidades verticales.

Fuerzas de filtracinExisten fuerzas de filtracin en todos los movimientos gravitacionales del agua a travs de los suelos. Susefectos en la estabilidad de la masa del suelo y en cualquier estructura colocada sobre las partculas del suelonecesitan ser determinado. Para impedir las fallas por reventones o por turificacin, la fuerza que impulsa elagua debe disiparse casi por completo por las fuerzas de rozamiento y la longitud de la base de la presa.La magnitud de las fuerzas de filtracin a travs de la cimentacin y el taln de aguas debajo de la estructuradepende de la taza de perdida de carga del agua en movimiento. Los suelos impermeables no son muysusceptibles a la turificacin porque ofrecen gran resistencia a circulacin y carga hidrulica se disipa en su


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mayor parte por rozamiento. Por otra parte, los suelos permeables (y la roca estratificada o fracturado)pueden permitir la circulacin de volmenes sustanciales en el taln de aguas abajo sin grandes perdidas porrozamiento. En estos casos, los proyectos deben investigarse para asegurarse contra reventones.

Otro tipo de falla se debe a la erosin interior por manantiales que se formen cerca del taln de aguas abajo.Prosigue Asia aguas arriba a lo largo de base de la presa, las paredes de un conducto, de un planoresedimentacin, u otro tipo de zona debilitada. Este tipo de falla se debe a la erosin o arrastres subterrneo.

La magnitud y distribucin de las fuerzas de filtracin pueden determinarse haciendo un anlisis por medio delas redes de flujo. Una red de flujo es una representacin grfica de los recorridos del agua que se filtra y delas lneas de igual potencia (presin mas elevacin sobre un plano de referencia) en la circulacin subterrnea.Las redes de flujo que se usa para determinar la debilidad estructural tienen algunas limitaciones serias. Poruna parte, el mtodo de anlisis de redes de flujo es virtualmente independiente del tamao del grano;tericamente, la falla ocurre inmediatamente despus de llenar el vaso. La experiencia demuestra que esto noes completamente cierto. El tamao y la granulometra tiene influencia en las fallas por turificacin queocurre despus que la presa ha estado en servicio. La red de flujo no es efectiva para el anlisis de problemasde circulacin estratificada o problemas de falla por erosin debida a formacin de manantiales. Adems, paradibujar un diagrama de redes de flujo preciso se requiere mucha experiencia, especialmente cuando se usandentellones y suelos heterogneos forman la cimentacin.El control de las filtraciones es de gran importancia para las obras diseadas sobre cimentaciones blandas. La

presa Petenwell en Wisconsin es un ejemplo excelente de diseo en concreto y construccin sobre materialarenoso permeable. La presa se construye en el ro Wisconsin en 1949 con un zampeado aguas arriba y undentelln. Tiene una altura de 20m y una longitud de 2591 m.El problema de proyectar presas sobre cimentaciones blandas es evitar la turificacin, al mismo tiempo que semantiene una estructura econmica y segura. Una presa de concreto que se desplanta una cimentacin

permeable puede considerarse como una estructura que crea un conducto para que corra el agua del embalsede la presa a la descarga aguas abajo. El objetivo del diseo para evi8tar la turificacin es doble: hacer esteconducto lo suficientemente largo; y crear rozamiento suficiente dentro del material para reducir lasvelocidades a valores inferiores a los capaces de mover las partculas en el taln o en el extremo de aguasdebajo de la lnea de flujo es muy importante.Ocurre turificacin incipiente cuando la expresin ejercita en el suelo por el agua en moviendo excede de la

fuerza de la resistencia ofrecida por el suelo. La fuerza de filtracin, Pf, ejercita por el agua en el suelo, igualael peso unitario del agua, w, multiplicado por el gradiente hidrulico, i, que obra en el volumen unitario delsuelo. Si el suelo es homogneo, la fuerza uniformemente en el total de la masa del suelo. El punto crtico

para que comience la turificacin es el taln de aguas debajo de la presa.La ley de Darcy permite una base terica para escoger la longitud adecuada del recorrido del agua debajo dela presa.La frmula para el gasto puede expresarse as:

Q = KiA = CtHAL

Donde Q = gasto, en m3/seg.H = carga (profundidad del vaso), m

L = longitud del recorrido, en mC1= coeficiente que depende del material

Por continuidad, Q = AV; por tanto, L C1 HV

Para un material dado, existe una velocidad mxima, V, a la que el agua puede brotar debajo de la presa sinproducir falla por arrastrar el material de la cimentacin. La longitud del recorrido se fija por la lnea decorrimiento pesada, como lo propone Lane.12 *En el procedimiento de Lane se da mayor importancia alrecorrido vertical que en el sentido horizontal (en contraste con los valores de igual peso de Blingh). Alcalcular la lnea de corrimiento por el procedimiento de Lane, las distancias horizontales de recorrido setoman como un tercio del valor de las distancias verticales.


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Las distancias verticales, y tambin las inclinadas hasta 45 grados, se toman con su valor total para laestimacin de la distancia de corrimiento. En la tabla 2 se dan valores de seguridad para el diseo segnambos mtodos.

Un factor que no se evala completamente en ninguno de los dos procedimientos se refiere a la turificacinincipiente debajo de la presa. Ambos autores reconocen el aumento en el gradiente hidrulico en el taln deaguas abajo, lo que requiere que se coloquen en l dentellones y filtros de drenaje. En este punto crtico del

proyecto debe asegurarte un gradiente de presin de seguridad. Cuanto ms rpido sea la reduccin de presinhacia arriba, menos estable ser el material, hasta que, a un valor crtico, el material se mueve en realidad oflota, salindose. Este valor crtico se expresa como:

H = (S - 1) (1 P)L

Donde S = peso especfico del materialP = porcentaje de huecos en el material expresado como decimal.

La seguridad contra flotacin en el taln puede efectuarse mejor construyendo un dentelln y un filtroinvertido de arena aguas arriba del dentelln, con drenes tubulares que lleven el agua a ala superficie. Estoreduce en forma efectiva la subpresin y elimina la turificacin. Este tipo de dentelln debe hacerse encombinacin con un dentelln debe hacerse en combinacin con un dentelln aguas arriba que reduzca lasfuerzas de la subpresin.El dentelln de aguas arriba debe ser igual o tener una profundidad mayor que la longitud de la base de la

presa.Puede usarse dentellones menos profundos, pero las fuerzas de subpresin y de filtracin no se reducirn tantoen las cimentaciones permeables. Los dentellones en el parmetro de aguas arriba deben colocarse a travs delmaterial permeable hasta el impermeable, para reducir tanto la presin como las fuerzas de filtracin. Sinembargo, los adelantos logrados en las tcnicas de inyeccin a presin y en la construccin de dentellones

permiten considerar el uso de ms presas de concreto sobre materiales permeables.La analoga elctrica es un mtodo rpido y econmico para analizar las condiciones de los dentellones y delas condiciones de la cimentacin. En este mtodo se usa la ley de Darcy para elaborar una red de flujo que seanaliza para varias fuerzas y condiciones crticas de la circulacin del agua. En la fig. 6 se ilustra una red de

flujo tpica. Las redes de flujo pueden tambin construirse por un mtodo matemtico, un grfico, o haciendoexperimentos con modelos.La red de flujo esta compuesta de lneas de flujo y de lneas equipotenciales. Las lneas de flujo indican losrecorridos que hace el agua del vaso al agua de descarga. Las lneas equipotenciales se refieren a los planos deigual presin. La tasa de flujo entre dos lneas de flujo es igual.La perdida de energa la acusan las lneas equipotenciales.Pueden aclararse algunos puntos estudiando la fig. 6.En la base de cada dentelln se produce una concentracin del flujo, que se muestra con las lneas de flujoms juntas (el gasto es igual entre las lneas de flujo). Desde la superficie del suelo de aguas arriba hasta la

base del dentelln se disipan aproximadamente 14/19 de H; sobre la lnea equipotencial localizada cerca delcentro de la presa se disipan 10/19 H, casi 50% de la carga H en el vaso. Puede hacerse un anlisis semejanteen el dentelln de aguas abajo. Si no se construye un dentelln o filtro aguas abajo, las lneas de flujo seconcentraran en el taln del concreto. La disipacin del 50 por cierto de la carga del vaso significa tambin

que la subpresin se reduce en forma semejante. La subpresin est directamente relacionada a la carga delvaso.Para informacin ms dentellada sobre subpresiones, redes de flujo y filtraciones, veanse las diferencias 1, 6,7,11 y 12. En el capitulo 8 se elabora un ejemplo de diseo para las presas de concreto sobre cimentaciones

blandas o permeables.El procedimiento bsico del diseo es semejante al de otros problemas de diseo de presas. En muchasestructuras hidrulicas se usan los mismos principios para el control de las filtraciones.

El ejemplo de problema de proyecto se basa en las condiciones de este emplazamiento. Como se ve, se estaconstruyendo una presa de 18 m de altura en el eje A-B del centro de arco. Para hacer un buen proyecto esnecesario el conocimiento de los problemas de construccin.


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Se supone las siguientes condiciones para los ejemplos que se dan en este capitulo sobre las presas degravedad de concreto de arcos y contrafuertes:Se ha hecho la exploracin adecuada para fijar el lugar en que se har la presa (Fig. 1) a lo largo de la

corriente en combinacin con el objeto que tiene la obra, que es una pequea presa de almacenamiento paraaumentar el suministro de una pequea ciudad. Para entonces el proyectista ya tendr en su poder loslevantamientos topogrficos para fijar los niveles del agua mximos y para determinar los volmenes que

pueden almacenarse dentro del rea del vaso.Se hace adems un plano con lneas de nivel del emplazamiento de la presa. Se dibujan en el plano losextremos de la presa en relacin con el nivel mximo del agua ms un bordo libre que sirve como punto de

partida para hacer un tanteo en la seleccin de la presa. Una proyeccin perpendicular a esta lnea de conexinproporciona un medio de obtenerla seccin transversal del valle en que esta la corriente. la proyeccinperpendicular de las elevaciones al eje propuesto de la presa permiten obtener las elevaciones de la superficiedel terreno del plano con lneas de nivel. Se estima la superficie de la roca slida y se dibuja en la seleccintrasversal, deducindola de los anlisis de los cilindros obtenidos en los sondeos que debe haberse hechodurante el reconocimiento. En este punto, despus de considerar las necesidades del vertedor de demasas, lasnecesidades de la obra, y el costo, el proyectista estima un proyecto de la presa que se considere que se adaptamejor a la seccin transversal del valle de la corriente.Para los ejemplos, la presa debe tener un vertedor de demasas con una capacidad de 48.143/seg. La capacidadde descarga del vertedor se determina con los datos hidrolgicos disponibles durante los estudios dereconocimiento.En este ejemplo, la descarga de 48.14 m3/seg. Es la avenida con un periodo de recurrencia de 50 aos, que elvertedor deber poder dejar pasar. El proyectista deber considerar una avenida mayor para mxima seguridaddel proyecto.En esta tabla 3 se presentan los datos tpicos del emplazamiento de esta presa. En las primeras tres columnasse estudian la longitud del vertedor y su carga hidrulica para la descarga de diseo. En las otras columnas seestudian para una longitud de diseo elegida, la operacin del vertedor para varias cargas.Puede obtenerse una mayor economa y un mejor anlisis de la obra solamente con un estudio hidrolgicoms completo. En este ejemplo se supone que se ha hecho los estudios adecuados para determinar que el aguaes suficiente para las necesidades de la obra y que la capacidad del vertedor de demasas de 48.14 m 3/seg. Estambin adecuada para la avenida mxima.

Presa de gravedad construida sobre rocaSe presentan dos procedimientos para el diseo de una presa de gravedades construidas sobre unacimentacin de roca. Uno de ellos consiste en clculos con la regla de clculo para determinar una forma de la

presa dentro de los lmites de seguridad prescritos por la experiencia. El otro (tambin dentro de los lmites deseguridad de proyecto)Utiliza la computadora electrnica para el clculo de esfuerzos. En ambos procedimientos se usan los

principios de la esttica para obtener soluciones estructuradas de diseo.Se estudia una seccin transversal de tanteo para el bloqueo de gravedad central que se adapte al plano delneas de nivel y al perfil de la Fig. 15. se estima una longitud de base, L, con la profundidad del agua por laecuacin, L = (0.7 a 0.9) H. Para este ejemplo L = 0.725 H = 11.28 m. la seccin transversal se muestra en laFig. 16. Adems, suponga que el bloque tiene una anchura de 1 m para facilitar los clculos. El bloque que seconsidera que est trabajando por gravedad en el anlisis preliminar de estabilidad es la seccin triangular,

MNP.Las fuerzas principales se ilustran en la Fig. 16. los clculos se basan en las suposiciones de que el pesounitario del concreto es de 2400 Kg. /m3y el de agua de 1000 Kg. /m3. El peso de concreto se calcula con:

Wc = (volumen MNP) (peso unitario del concreto)

Wc =X 15.54 X 11.28 X 2400= 210,349 Kg por metro de presa

La presin del agua es:Pw = (1/2H

21) (peso unitario del agua)

Pw = 1/2X 15.542X 1000

= 120,746 Kg por metro de presa


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La fuerza del peso, Wc, acta en el centro de gravedad de la seccin. La fuerza de la presin, Pw, acta a latercera parte de la altura del tringulo de las fuerzas.Haciendo la suposicin de que la subpresin vara linealmente, de un mximo en el taln a

(0.1) Cero en el pie y que obra a todo lo largo de la base, la subpresin, U, se calcula:U = wL H/2U = 1000 X 11.28 X 15.54/2

= 87,646 Kg por metro de presa

En la Fig. 16 se ilustran el diagrama de la subpresin y la resultante.La tendencia de la presa a volcarse se determina tomando momentos con relacin al pie. La suma demomentos de vuelco (en el sentido de las manecillas del reloj) es:

Mc= Pw X /2 + U X /1= (120,746 X 5.18) + (87,646 X 7.52)= 1, 284,562 Kg-m

Tabla 3. Estudio de la capacidad de un vertedor de cimacio para el ejemplo de proyecto.

1,700Q pies= 3/seg.

Ha/H = 2.0 entonces*C = 3.95

Curvas que da la relacin entre la carga y la descarga paraL =150 pies**

H, ft. H3/2 L, ft He He /H C1/C C = 3.95 He 3/2

Q- ft3/ seg.

2345

2.85.28.0

11.2

153835438

1.01.52.03.0

4.0

1/2 = 0.51.5/2 =0.752/2 = 1.03/2 = 1.5

4/2 = 2.0

0.9250.961.01.06

1.1

3.673.83.954.2

4.35

1.01.842.85.2

8.0

550105016703280

5220

La suma de momentos que impide el vuelco (en sentido contrario al movimiento del reloj) es:

Mcc=Wc X/1= 210, 349, X 7.52

= 1, 581, 824 m-Kg.

El coeficiente de seguridad contra vuelco es la relacin de los momentos Mcc/Mc, o

Coeficiente de seguridad = 1, 581,824/1, 284,562= 1.23

Es conveniente un coeficiente de seguridad mayor que 1.5, cuando no se incluyan los sismos, el hielo, etc. Por

tanto, la seccin debe modificarse para aumentar el movimiento contra el vuelco o reducir la subpresin. Losesfuerzos para obtener estabilidad deben encausarse de manera que se aumenten los momentos contra elvuelco. A menudo el coeficiente de seguridad ser de 1.1 1.2 cuando se evalen correctamente todas lasfuerzas.El momento contra el vuelco puede aumentarse aumentando la longitud de la base; por tanto, se aument lalongitud de la base de la seccin triangular, y el coeficiente de seguridad resultante se calcul para ilustrar elefecto que tiene el alargar la base:

Subpresin Longitud de la base, m Coeficiente deSeguridad contra

Vuelco.

Completa 11.28 (0.725 H) 1.23


15/81

Completa 12.80 (0.8 H) 1.38Completa 14.02 (0.9 H) 1.482/3 11.28

Aumentando arbitrariamente la longitud de la base no se aumenta el factor de seguridad gran cosa en laseccin triangular. En la mayor parte de los proyectos la seccin en la cresta tiene un espesor considerable

para compuestas, para una calzada de carretera, etc., el cual incrementa el momento resultante. Sin embargo,este aumento puede no ser suficiente para la seguridad, y el proyectista debe modificar la seccin. El

proyectista debe tener la resultante de todas las fuerzas dentro del terci medio de la longitud de la base.

Dar un talud en el parmetro de aguas arriba de la presa es el medio ms eficiente de modificar la seccintransversal. Para este ejemplo, se eligi una base de tanteo de 14.02 m y se modifico el tringulo en la Fig. 16a la seccin MMNNP. Se supuso la distancia MN de 13.72 m. la prolongacin de 2.74 m aguas arriba dauna inclinacin de casi 10 grados al parmetro MN.

Las fuerzas y momentos que se calcularon para esta seccin transversal se muestran en la tabla 4. El momentototal en el sentido de las manecillas del reloj, incluyendo la subpresin, es 1, 646,114 K-m. El momento en el

sentido contrario al de las manecillas del reloj es 2, 444,450 Kg.-m.Por tanto, el factor de seguridad contra vuelco es 1.49 para toda la subpresin. En este punto, el proyectistapuede pensar en reducir la subpresin con un sistema de drenaje efectivo y una galera dentro de la presa.Adems, la presa puede estar suficientemente segura si el taln vertical de la presa (de aguas arriba) tieneesfuerzos iguales a cero, o los suficientes de compresin cuando se consideran todas las fuerzas de diseo.Las presiones y esfuerzos normales en los planos horizontales se calculan usando la frmula trapezoidal.

(esfuerzo) = P + MYA I

Para el esfuerzo normal vertical mnimo en el parmetro de aguas arriba para una seccin de 1 m de anchura yen unidades de Kg. / cm2.

taln = 6(11000

W eL L

Tabla 4. Fuerzas y momentos del proyecto modificado.

SeccinFuerza

1b.

Brazosdel momento,

Pies.

MomentoCon relacina P, pies-lib.

(1) Wu = 62.5 x 6x 9

(2) Wu = 62.5 x 9 x 45

2(3) Wc = 150 x 9 x 45

2(4) Wc = 150 x 51 x 37

2(5) Pu = 62.5 x 51x 51

2(6) U = 62.4 x 51 x 46

2

3,380

12,650

30,350

141,525

81,151

73,400

41.5

43.0

40.0

24.67

17.0

30.7

140,000

544,000

1,214,000

3,491,000

1,379,000

2,250,000

Y para el esfuerzo mximo en el lado de aguas abajo es:


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En la que es la excentricidad de la resultante. En este caso,

La excentridad est dada por = e =

2

ML

W

. La excentricidad

Puede calcularse directamente tomando momentos con relacin al centro de gravedad de la seccinhorizontal. Sin embargo, los momentos pueden calcularse fcilmente con relacin al pie, y:

e = 14.02 18191272 279559

= 7.01 - 6.5

= 0.51 m

El esfuerzo promedio es:

pie =279559

1000 1000 14.02

W

L X= = 1.99 Kg. / cm2

El esfuerzo mximo en el pie es:

pie = 1.99 (6 0.51

1 )14.02

X+ = 2.42 Kg. /cm2

El esfuerzo mnimo en el taln es:

O pie = 1.99 (1-6 0.51

)14.02

X= 1.55 kg /cm2

Adoptando la regla del esfuerzo cero en el taln incluyendo subpresin (pero no sismos, azolve, o hielo) paralas condiciones de diseo, la presin esta segura contra vuelco. La subpresin en el taln es 15,536 kg / cm21.55 kg /cm2que es menor que el esfuerzo en l de 1.57 kg /cm2. En otras palabras, el parmetro de aguasarriba permanece en comprensin, aunque su valor es muy pequeo. Una subpresin mayor, cuando secombina con otras cargas, cabe pensar que puedan producirse grandes grietas a lo largo de la base, porexceder a la resistencia a la tensin del concreto sobre un plano de debilidad durante la construccin.

Para el anlisis de satisfaccin, el proyectista puede proceder a comprobar el coeficiente de seguridad contradeslizamiento, f, como sigue:

120,7460.708

279633 109234

Pf

W U

= = =

De acuerdo con la tabla 1, este coeficiente proporciona seguridad contra deslizamiento para concreto sobreconcreto, concreto sobre roca sana, y concreto sobre roca con algunas laminaciones. Debe considerarse laconveniencia de usar dentellones cuando la calidad de la roca de cimentacin sea mala.Los esfuerzos dentro de la presa son bajos porque los esfuerzos en el taln y en el pie son mucho menores quelos permitidos para el proyecto. Generalmente, el proyecto de las presas pequeas no estar controlado por losesfuerzos internos.El volumen del material usado es importante para determinar los costos en los estudios de factibilidad. Elvolumen de la seccin central es:


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Volumen =15.54 11.28 2.74 13.72

106.452 2

x xm+ = 3

Por metro de anchura

= 649m3por tramo de 6.1m

El volumen total puede estimarse aproximadamente haciendo referencia a la Fig. 15 y aplicando el volumenpor metro de la seccin transversal total. Podran estimarse once bloques de 6.10 m, ms cuatro bloquesparciales de volumen mucho menor, o:

11x 649 = 71394x 153 = 612

7751 m3

Muchos proyectistas eligen el concreto para la casi imposible tarea de controlar el agua en lugares en los quede otra manera sera imposible la construccin de presas. La presa derivadora Isleta, de 1.52 m de altura perode 205 m de largo, controla la corriente para riesgo en Nuevo Mxico en el sistema medio del Ro Grande.Las principales cantidades de concreto adicionales seran las de la estructura del vertedor de demasas, que

probablemente seran 229 m3. En otras varias estructuras seran necesario usar otros 115 m3. El precio para lasconstrucciones de concreto vara en las diferentes zonas. Para estimar el costo es de Dlls. 26.20 por m3colado, lo que da un costo total para la presa de Dlls 212,089, excluyendo conceptos como excavacin,inyecciones de lechada de cemento, y ganancia del contratista.Con esta estimacin de costos, el ingeniero puede proseguir con la evaluacin y reevaluacin econmica del

proyecto de la presa.

Presa sobre material permeable

En este ejemplo, supongamos que el material de cimentacin en la Fig. 15 es arena gruesa y grava con unaprofundidad mayor de 30.5 m. Las faldas de la boquilla en que se construye la presa contienen lamas yarcillas.

A primera vista, el proyectista puede sentirse inclinado a proponer una presa de tierra con un vertedor costoso.Sin embargo, puede construirse en el lugar una presa de contrafuertes, o una slida de gravedad en el lugar,dando importancia principal en el proyecto y en la construccin al control de la tubificacin. Las mismas

precauciones son necesarias en el proyecto de las presas de tierra.

La tabla 2 muestra que el valor mnimo de capacidad de carga para la grava y para la arena esaproximadamente de 48.8 tons / m2; el valor de la relacin pesada de corrimiento segn Lane es 3.0; y elcoeficiente de Bligh es de 9.0. Estos valores son lmites que hay que considerar en el proyecto de una presa deconcreto de gravedad o de contrafuertes.

La tabla 1 da el valor de seguridad contra deslizamiento para el concreto sobre arena gruesa y grava de 0.4.Los esfuerzos y pesos calculados para una presa de gravedad sobre cimentacin de roca se aplican tambin auna presa de gravedad sobre cimentacin permeable. La seccin de gravedad modificada mostrada en la Fig.16 se usara como punto de partida en este proyecto. El promedio de presin es de 1.97 kg /cm 2, con presinen el taln de1.57 kg /cm2y en el pie de 2.39 kg /cm2 . El coeficiente de deslizamiento es 0.71, y el proyecto debe ademsmodificarse para esta cimentacin sobre arena y grava. Sin embargo, antes de modificar el proyecto por eldeslizamiento, se deber mejorar para evitar la tibificacin y obtener, posiblemente, seguridad contradeslizamiento al mismo tiempo.

De acuerdo con el criterio de Lane, la relacin pesada de corrimiento debe ser aproximadamente 3.0. Larelacin de Lane se obtiene dividiendo la trayectoria de corrimiento pesada por la carga. La trayectoria decorrimiento pesada es la distancia que recorre una partcula de agua a lo largo de la frontera contadas las


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superficies horizontales que tienen un tercio de la eficacia que las verticales y las inclinadas 45. As, sindentellones, la relacin de corrimiento pesada para la seccin modificada de la Fig. 16 es:

Trayectoria de corrimiento pesada, 14.02/3 = 4.67 mCarga efectiva, H = 15.54 mWp/H = 4.67/15.54 = 0.3

Este valor es mucho menor que 3. La distancia de la trayectoria pesada necesaria se encuentra con:

Wp = 3 x 15.54= 46.62 m

Esta distancia puede obtenerse con distancia tanto horizontal como vertical. Para obtener una distanciasuficiente Wp, supongamos, un zampeado de concreto aguas arriba con una longitud de 30.5 m, terminandocon un dentelln de 6.1 m y otro, tambin de 6.1 m en el pie de la seccin de la presa.

Wp = 6.1 + 6.1 + 30.5/3+46/3+6.1+6.1Wp = 24.4+10.17+4.67 = 39.24 mH = 15.54 m

Wp /H = 39.24/15.54 =2.5

Aumentando el dentelln de aguas arriba a 7.62 m se elevar el valor de la relacin a 2.9, y un dentelln de9.14 m aumentar la relacin a un numero aceptable de 3.2.Las lozas reforzadas aguas arriba, correctamente unidas a la seccin de la presa aumentar la resistencia dedeslizamiento por aumentar la superficie de contacto que roza.Con dentellones colocados en el taln y en el pie de la presa puede satisfacerse la relacin de corrimiento. Undentelln de 12.19 m en el taln y otro de 9.14 m en el pie pueden dar una relacin de corrimiento

satisfactoria mayor de 3.0.Se ha presentado dos soluciones para cuando la relacin de corrimiento de Lane es aproximadamente de 3.Antes de elegir una de ellas para la solucin final, el proyectista debe comprobar el gradiente crtico de salidaen el pie.Probablemente la clave para hacer un proyecto seguro cuando las cimentaciones son permeables es laobtencin de gradientes de salida seguros para la descarga en el pie y en los atraques de la presa. Con larelacin de corrimiento de Lane se trata de eliminar esta condicin crtica de proyecto.Puede usarse dos mtodos ms para determinar la estabilidad contra la tubificacin: las redes de flujo y elclculo matemtico de los gradientes de salida.En la Fig. 21 (a y b) se muestran las redes de flujo en forma de croquis aproximado para relaciones decorrimiento de Lane aceptables. Los gatos de filtraciones se determinan de la red de flujo con unamodificacin de la formula de Dancy.

Q= R (nf / nd) hden la que Q = gasto en metros cbicos por segundo

R = coeficiente de permeabilidad en m / seg

nf =nmero de canales de flujo en la red de flujo

nd=nmeros de cadas equipotenciales

nd =prdida de carga en m, elevacin del embalse menos la evaluacin de la carga

El coeficiente de permeabilidad se determina mediante pruebas de campo y de laboratorio. Se obtiene un datoaproximado de la permeabilidad tomndolo de la tabla 9; un valor de 0.216 m por un minuto, que es elcorresponde a la arena y grava. Para la Fig. 21, la filtracin se calcula como:


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20/81

0.120.140.16

0.180.200.25

26.038.051.0

68.589.0140.0

0.005130.007500.01000

0.013500.017500.02760

2,698.3,940.5,256.

7,100.9,200.14,500

Arena fina

0.300.350.400.450.50

220.320.450.580.750.

0.04340.06300.08860.11420.1480

15,780.33,150.46,600.60,000.77,800.

Arena media

0.60.70.80.9

1.0

1,100.1,600.2,150.2,800.

3,600.

0.2160.3160.4240.552

0.710

113,500.166,200.223,200.290,300.

373,500.

Arenas gruesas

2.0 18,000. 3.540 1,860,000 Grava fina

Esta tabla es una copia de la referencia No. 2 representa una aproximacin muy tosca de las condiciones quese encuentran en el campo. Las diferencias en densidad, temperatura, o porosidad pueden ser las responsablesde grandes diferencias en el coeficiente de permeabilidad. El tamao de 20 por ciento de las partculas de unmaterial indica el tamao para el cual el 20 por ciento de las partculas son de menor tamao para el tamaomayor.

En las estructuras con delantal horizontal y dentelln vertical, el gradiente de salida se calcula como:16

( / ) ( / )Ge d y d C H d = =

2 1/ 1/ 2

2

Rdondey d

+= +

R = b/d

La Fig. 22 ilustra los diferentes trminos adimensionales. La curva presenta el gradiente de salida, Ge , en lafuncin de la relacin b/d. El gradiente de salida multiplicado por un coeficiente de seguridad debe ser menorque la carga del material que esta sobrepuesto, es decir:

( ) ( 1)(1 )Ge F S P<

El dentelln de aguas arriba no tiene efecto importante en el clculo del gradiente de salida.Para el ejemplo, supongamos que S = 2.65 y P = 0.03. Por tanto, (S-1)(1-P) = 1.65x0.7 = 1.15 como gradientecrtico de flotacin. Calculando el gradiente de salida para la Fig.21 a, d = 9.14m, b = 14.02m. Para b/d = 1.5,lase de la Fig. 22c = 0.265. Entonces:

15.24( / ) 0.265( ) 0.44

9.14Ge C h d = = =

El coeficiente de seguridad para este proyecto es la relacin del gradiente crtico de flotacin, 1.15, algradiente real de salida, 0.44, 1.15/0.44 = 2.61.


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Como por seguridad11, 12esta relacin debe de ser cuando menos 5, la Fig. 21a es insegura. Adems, la red deflujo indica que aproximadamente 3.05 m de la carga debe disiparse en una longitud de 9.14 m. Esto requiereuna gran proporcin de perdida de la energa, o H/1 = 0.33. El proyectista debe determinar si esta condicin

puede garantizarse usando drenes aguas arriba del dentelln del pie o aumentando la carga sobrepuesta queestabiliza el pie.

En las condiciones de4l segundo proyecto, Fig. 21b, la relacin es b/d =44.5/6.1 = 7.3.C = 0.16 y Ge = 0.16(15.24/6.10) = 0.4. De nuevo el gradiente de salida es demasiado grande, dejando un margen de seguridadcontra flotacin de solo aproximadamente 3. La longitud de la presin de salida puede tambin observarse alestudiar la red de flujo.

Este ejemplo muestra que un delante aguas arriba tiene menos efecto en el gradiente de salida que uncambia en la profundidad del centelln. Considere la Fig. 21 a con b =d = 14.02 m, b/d = 1.0, y C = 0.285,Ge = 0.285 (15.24/14.06) = 0.24. Esta puede considerarse segura, ya que el factor de seguridad es 1.15/0.24= 4.79. Con este diseo, se obtiene una ventaja adicionar al aumentar la resistencia al deslizamiento.La supresin, la cada equipotencial de carga multiplicada por el peso unitario del agua , se obtiene de la redde flujo. En la Fig. 21b, la presin en el centro de la presa en el punto A es p = wh = 1000 x 4.57 = 4,570Kg. por m2.Tratando en la misma forma a otra lnea de cada de presin se define el diagrama de supresin. Hay quedar una atencin especial a la supresin, y confinan el material para permitir una consolidacinaproximadamente igual y el asentamiento uniforme de la presa. Las juntas dentro de la presa deben de serflexibles para que permitan algunas diferencias de asentamiento. Todas las juntas deben ser hermticas. Elimpedir el paso del agua alrededor de los extremos de los atraques es igualmente importante. Esto es lamayor importancia si una seccin de tierra se une a un tramo central de concreto. La resistencia al pasodel agua debe mantenerse en la construccin de todos losDentellones. 12

El apoyo en la Fig. 21b en el que se ha aumentado la profundidad del centelln a 14.02 m seria unasolucion de contrafuerte podra remplazar la seccin de gravedad de concreto.En este ejemplo solo se ilustran los conceptos bsicos para el proyecto de una presa sobre material

permeable. El proyectista debe estudiar las referencias citadas para conocer ms a fondo la cuestin.

Existen en la literatura muchos ejemplos de proyectos sobre materiales blandos que pueden ayudar aformular un proyecto determinado.

El desarrollo de las presas en Mxico.

En Mxico, entre los siglos XVII y XIX, se construyeron numerosas presas, casi todas demampostera, en el territorio de Aguascalientes y Quertaro, destinadas fundamentalmentea riego. Casi todas de trazo recto, con algunos contrafuertes y con seccin de dimensionesque ahora pueden considerarse atrevidas, desde el juicio de su estabilidad.Entre las ms importantes obras de almacenamiento que subsisten se pueden mencionar: la de Saucillo, SanBlas, Natillas, Pabelln, estas presas en Aguascalientes. En Guanajuato, El Aguacate, y la de Nad, en elEstado de Mxico.

PRESA SAUCILLO (Aguascalientes)En los primeros aos del Siglo XX la actividad en la construccin de presas fue muyreducida. El gobierno no trabajaba con fuerzas propias en esta rama de la ingeniera,confiaba a compaas extranjeras, dentro de convenios y concesiones, los trabajos de sas yotras obras. As la Compaa de Luz y Fuerza construy la presa Necaxa, una de las msimportantes de esa poca, tiene 58 m de altura y la cortina est formada por enrocamientoque fue colocado con chiflones de agua para ayudar a su mejor acomodo, esta obra tieneunos diques que causaron problemas posteriores, siendo resueltos por la Comisin Federalde Electricidad


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PRESA NECAXA (Puebla)

Ms adelante, por su importancia en la poca, est la presa La Boquilla terminada en 1916en el ro Conchos, Chih. Su cortina es de tipo gravedad, de concreto y mampostera, de 70m, y fue construida por la Compaa Elctrica del Ro Conchos. La caracterstica de mayorconsideracin de esta obra es su capacidad de almacenamiento, superior a los 3,000millones de metros cbicos, casi igual a las de Palmito, de 1946 y Oviachic de 1952. Cabemencionar que en los aos cuarenta se le dot de una obra de toma ms baja que la originalpara disponer del volumen de agua ms profunda para el riego del sistema ro Conchos; esaobra de toma fue una pequea gran hazaa del trabajo hecho contra el agua almacenada enla presa.

PRESA LA BOQUILLA (Chihuahua)

PRESA LZARO CRDENAS EL PALMITO (Durango)

Otras obras ms, incluyendo pequeas presas derivadoras, fueron realizadas entonces por compaasparticulares autorizadas por convenios, por contratos o concesiones del gobierno para riego de tierras comolas de Lombarda y Nueva Italia en Michoacn.

La Comisin Nacional de irrigacin

Fue en 1926, cuando el presidente Plutarco Elas Calles, Dndose claramente cuenta que la gran obra deirrigacin que requera el pas slo podra atacar el propio gobierno, propuso una ley sobre irrigacinautorizando la creacin de un rgano administrativo denominado Comisin Nacional de Irrigacin.La Comisin encontr dos grandes obstculos que vencer: la falta de datos sobre el escurrimiento de los rosque intentaba aprovechar y la falta de personal especializado con experiencia efectiva en el proyecto y en laconstruccin de presas y obras de irrigacin.La ausencia de gente experimentada fue resuelta trayendo a Mxico a un grupo de ingenieros extranjerosespecializados en presas y en irrigacin. La presencia de ese grupo fue contratada por seis aos, durante loscuales muchos ingenieros mexicanos se fueron capacitando en la materia y formaron la punta de lanza en lacreacin de una ingeniera brillante y con reconocimiento internacional a travs de varias generaciones de

profesionales egresados de las escuelas de ingeniera.La escasez de datos hidromtricos, se trat de resolver con datos de cuencas aparentemente semejantes a otro

pas y con aplicacin de frmulas y teoras de los expertos hidrlogos de entonces.As, en esos seis aos iniciales de ingeniera institucional de presas se construyeron muchasobras con gran xito; pero aquella falta de datos hidromtricos antes mencionada, noalcanzaron sus fines previstos.La presa Calles, de 64 m de altura, de tipo arco con aleros de gravedad, en Aguascalientes, resulto concapacidad de caso excesiva. La presa Don Martn, Coahuila de 35 m de altura y de tipo de contrafuertes, nollego a regar el nmero de hectreas que se supuso podra abastecer, sino uno mucho menor.

PRESA PLUTARCO ELAS CALLES (Aguas Calientes)


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PRESA VENUSTIANO CARRANZA DON MARTN (Coahuila)

La compaa norteamericana J. G. White Engineering Corporation, que fue la contratada para aquellos seisaos, trajo a muchos de los mejores ingenieros norteamericanos del Bureau of Reclamation y varios de ellosse quedaron en Mxico permanentemente como consultores. Son dignos de mencionar entre ellos los seores.Andrew Weiss y Max W. King que por muchos aos fueron incansables guas en la ingeniera mexicana de

presas.

Pronto los ingenieros mexicanos acometieron obras de gran relevancia. El primer desafo que tuvieron fue elproyecto de construccin de los que se llam Las Tres Grandes Presas, diseadas totalmente por ingenierosmexicanos y construidas por ingenieros mexicanos encabezados por superintendentes extranjeros de granexperiencia.

Esas obras, hace ms de cincuenta aos, fueron:

La presa Lzaro Crdenas (El Palmito), de 95 m de altura, en el ro Nazas, Durango, construida de tierracompactada y con una capacidad inicial de 3,000 millones de metros cbicos, terminada en 1946.

LA PRESA LZARO CRDENAS

La presa Marte R. Gmez (El Azcar) de 47 m de altura, terminada en 1946, en el ro San Juan, con unacortina de tierra limosa compactada y una capacidad de almacenamiento de 2,400 millones de metros cbicos.

PRESA MARTE R. GMEZ EL AZCAR (Tamaulipas)Su vertedor iba a tener 9 compuertas de 15 m x 15 m que se contrataron en Alemania, pero nunca llegaron. Elvertedor ya en construccin se rediseo y se construy con una obra vertedora de 15 m de altura y longitud de300 metros.

La presa La Angostura, de arco gravedad y altura de 91 m, terminada en 1942 en el ro Bavispe, Sonora y conuna capacidad de 1,020 millones de metros cbicos. En su diseo y construccin se aplicaron tecnologas dela famosa presa Boulder de los Estados Unidos de Norteamrica, como el sistema de clculo con cargas de

prueba (trial load) y de sistema de enfriamiento del concreto.

Adems de esas presas de almacenamiento, se disearon y construyeron muchas otras mas durante los veinte

aos en que existi la Comisin Nacional de Irrigacin; fueron 136 presas con una capacidad conjunta de11,160 millones de metros cbicos.

La Comisin termin su labor, como tal en 1946 habiendo hecho obras para el riego, cerca de un milln dehectreas.Todas estas obras tuvieron, como ya se ha supuesto, el objetivo principal de almacenar agua para el riego deenormes extensiones que ahora suman, con el beneficio de presas anteriores y posteriores, cerca de 7 millonesde hectreas, adems de su desempeo natural de controlar avenidas.


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Presas derivadoras

Dentro de este gran grupo de la infraestructura que beneficia al riego, deben incluirse las presas derivadorasque su reducida altura, de unos 7 m o menor, no han sido dignas de atencin cuando se organizan foros como

el presente. Sin embargo en nuestro pas se han desarrollado tcnicas de diseo y construccin que se hantraducido en muy importantes obras de ingeniera, especialmente a las que no muy adecuadamente hemosllamado presas indias. Pueden mencionarse las del ro Fuerte, la del ro Culiacn, y otras ms cuyofuncionamiento ha sido exitoso.

La Comisin Federal de Electricidad

En 1937, el gobierno fund la Comisin Federal de Electricidad que ininterrumpidamente ha continuado sulabor hasta nuestros das en el sector y que ha construido ms de treinta presas con capacidad total de cerca de50,000 millones de metros cbicos.Muchas de esas presas son de gran relevancia no slo por su funcin para alimentar importantes plantashidroelctricas. Algunas de ellas, como:

El Infiernillo, de 148 m de altura, terminada en 1963 en el ro Balsas; Santa Rosa, arco de 114 m, terminadaen 1964 en el ro Santiago; Caracol de 126 m, terminada en 1985 en el ro Balsas.

PRESA MANUEL MORENO TORRES CHICOASN (Chiapas)

Chicoasn de 261 m (la quinta ms alta del mundo) terminada en 1980 en el ro Grijalva; La Angostura, de146 m terminada en 1974 en el ro Grijalva. Entre las recientes, mencionar ms adelante las dos msmodernas que destacan por sus caractersticas tcnicas, Aguamilpa y Zimapan.

PRESA ZIMAPN (Hidalgo)

PRESA AGUAMILPA Solidaridad (Nayarit)

Secretara de Recursos Hidrulicos

En 1947, la Comisin Nacional de Irrigacin se transform en la Secretara de Recursos Hidrulicos, paracubrir casi todos los aspectos del agua adicionales a la irrigacin, con excepcin de la generacin de energaelctrica. Durante la vida de la Secretara, que termino en 1976, se construyeron 104 presas en Mxico conuna capacidad total de almacenamiento de 109,000 millones de metros cbicos; la Secretara construy 81 deellas, principalmente para riego con una capacidad conjunta de 70,000 millones de metros cbicos. Por su

parte, la Comisin Federal de Electricidad construy en ese lapso 23 presas con capacidad total de 38,200millones de metros cbicos. Estas obras, con su gran importancia, reflejan la magnitud de un perodoacelerado de crecimiento industrial en el pas.

Como obras importantes terminadas en esa poca pueden mencionarse Nezahualcyotl (Mal Paso), enChiapas con capacidad de 12,900 millones de metros cbicos y 138 m de altura; lvaro Obregn (Oviachic)en 1952, de 90 m construida en el ro Yaqui; Internacional Falcn de 50 m, terminada en 1953 en el roBravo; Tacotn, de 70 m, en 1958 en el ro Ayuquila; Benito Jurez, de 86 m en 1961 en el ro Tehuantepec;El Humaya, de 106 m en 1964 en el ro Sinaloa; Internacional de La Amistad, de 88 m en el ro Bravo.


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PRESA LVARO OBREGN EL OVIACHIC (Sonora)

PRESA TACOTN (Jalisco)

PRESA NEZAHUALCOYOTL MALPASO (Chiapas)

PRESA INTERNACIONAL FALCN (Tamaulipas)

PRESA INTERNACIONAL DE LA AMISTAD (Coahuila )

PRESA ADOLFO LPEZ MATEOS HUMAYA Sinaloa)

Contratacin de Obras.

La construccin de las presas hasta los aos cuarenta fue ejecutada por las fuerzas tcnicas del GobiernoFederal a travs de las dos comisiones de la Irrigacin y de la Electricidad con el mtodo de administracin.Pero en esa poca, adems de algunas compaas constructoras extranjeras existentes, se formaron empresasmexicanas de construccin y el sistema de cambio al mtodo de construccin por contratacin de las obras

por precios unitarios.

Las compaas constructoras mexicanas formaron equipos que pronto adquirieron amplia experiencia y que

ms adelante trabajaron tambin en Ecuador, en Argentina, en Colombia y otros pases.

Por lo que se refiere al diseo de las presas, los ingenieros mexicanos tambin tuvieron rpidamenteexperiencia importante dentro de las oficinas gubernamentales y desarrollaron tecnologas brillantes quemerecieron reconocimiento internacional. Los laboratorios de ingeniera experimental ayudaron,indiscutiblemente, a la buena ejecucin de los proyectos.A finales de los aos cincuenta el Gobierno Federal tambin empez a contratar el estudioy diseo de pequeas presas y de muchas otras obras con empresas prestigiadas deingeniera y consultora que absorbieron en muchos casos a los grupos tcnicos de lasoficinas estatales, y puede decirse que, a la fecha, un 90% o ms de los estudios y diseosde presas se realizan por firmas de consultora con amplia experiencia y que tambin han


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salido al extranjero a ejecutar ingeniera de presas, por ejemplo, en Colombia, Ecuador,Brasil, Repblica Dominicana y Argentina.

Secretara de Agricultura y Recursos Hidrulicos.

En 1976 fue creada la Secretara de Agricultura y Recursos Hidrulicos que esencialmente consisti en unirlas anteriores Secretara de Agricultura y Secretara de Recursos hidrulicos. Termin sus funciones en 1988.

Por lo que se refiere a las presas, no hubo una disminucin en la intensidad de actividades tanto en el diseocomo en su construccin. En ese perodo se terminaron 130 presas de ms de 15 m de altura.Mencionaremos algunas de las ms importantes; Chilatn, de 104 m, en el ro Tepalcatepec, Michoacn en1986; Cajn de Pea, en el ro TomaTln, Jalisco, de 70 m de altura, terminada en 1976; Cerro Prieto en el roPablillo, Nuevo Len, de 50 m de altura, terminada en 1983; Bacurato, de 114 m de altura, terminada en el roSinaloa, Sinaloa, en 1982; Comedero, Sinaloa de 136 m de altura, terminada en 1983.

PRESA PDTE. GUSTAVO DAZ ORDAZ BACURATO (Sinaloa)

PROF. RAL J. MARSHAL COMEDERO (Sinaloa)

Comisin Nacional del Agua.En 1989 el Gobierno Federal constituy la Comisin Nacional del Agua, dependiente de la Secretara deAgricultura y Recursos Hidrulicos. En 1994 la Comisin pas a formar parte, tambin como un rganodesconcentrado, de la nueva Secretara del Medio Ambiente, Recursos Naturales y Pesca.

En lo que se refiere a las presas, ha continuado con la tradicin que dejaron sus antecesoras en materiahidroagrcola y de suministro de agua para usos municipales y domsticos.

Por las diversas circunstancias que han influido en la situacin econmica del pas, las actividades en lamateria que nos ocupa han disminuido; sin embargo, desde su creacin a la fecha, puede hablarse de que laComisin ha construido ms de 25 grandes presas.Dignas de mencin especial son: la terminacin de la presa Cerro de Oro en el ro Santo Domingo, Oaxaca de70 m de altura terminada en 1989 y la de Trigomil de concreto rodillado en el ro Ayuquila, terminada en1992; la del Cichillo, en el ro San Juan, de 44 m de altura, terminada en 1994; la de Huites, de la cualhablaremos con algo ms de detalle, terminada en 1995.

PRESA LUIS DONALDO COLOSIO (HUITES) (Sinaloa)

PRESA MIGUEL DE LA MADRID (CERRO DE ORO) (Oaxaca)

Se tiene noticias de que se realizan estudios de varias presas que podran formar parte de las construidas eneste siglo: la de Temascaltepec que permitir aportar 5 m3/s al Sistema Cutzamala de agua para el Valle deMxico; una o varias presas en la cuenca del ro Sonora para proteccin de la ciudad de Hermosillo; algunams en el Estado de Sinaloa para riego de la planicie costera; y, probablemente, la Comisin tendr en sus

planes algunos otros proyectos que todava no son del conocimiento pblico.


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Esa ha sido la historia hasta hace unos tres o cinco aos. La ingeniera mexicana de presas se ha distinguidoen el mundo entero por su avance en el estudio, diseo y construccin. Los ltimos ejemplos de su capacidad

para las grandes presas han sido Aguamilpa, Huites y Zimapan. Algunas consideraciones sobre ellas:

AGUAMILPA PRESA DE ENROCAMIENTO CON PANTALLA DE CONCRETO.

Durante los primeros aos de la Comisin Nacional de Irrigacin, se realiz el proyecto y construccin devarias presas de enrocamiento cuyo elemento impermeable fue una losa de concreto formando la cara deaguas arriba de las presas. Pueden mencionarse la presa Taxhimay (1934), la de San Ildefonso (1942), laEsperanza (1943), El Peaje (1943), obras que estn trabajando cumpliendo sus objetivos.En ellas, el cuerpo de la presa est formado por rocas colocadas a volteo y fueron acomodadas, con ayuda dechiflones de agua aplicada a razn de unos 5 m3 por cada m3 de roca. Ese es el cuerpo principal de la cortinay en la zona de aguas arriba, con volumen reducido, se cuid un mejor acomodo a mano para recibir elconcreto de la losa impermeable, intercalando una capa de material fino entre la losa y la roca acomodada.La losa de concreto reforzado est formada en cuadros de unos 5 x 5 m con lmina de cobre en las juntas y seligaba la losa con un dentelln perimetral en la boquilla, de concreto colado en zanja de la roca con

profundidad de pocos metros, a travs del cual se inyect la roca. En algunas presas, como La Esperanza, sesuprimieron las juntas horizontales, y en alguna tambin las verticales.Las presas tienen altura menor a 50 m y, han funcionado bien, salvo algunos pequeos incidentes

principalmente en las uniones con el dentelln, que fueron reparadas fcilmente.Una de las ltimas grandes presas, Aguamilpa, de 187 m de altura (la mayor del mundo de ese tipo) fueconstruida por la Comisin Federal de Electricidad hace cinco aos mediante tcnicas modernas que

permitieron abocarse a la obra de tal magnitud. El dentelln fue sustituido por una losa plana perimetral,sirviendo de base al inyectado profundo de la roca y la cara o pantalla de concreto fue colada con losasdotadas de juntas verticales. El sistema de tapa juntas fue minuciosamente estudiado y su comportamiento hasido satisfactorio.Pero los elementos dignos de considerar son los que forman el cuerpo de la cortina: la mitad de aguas arribaest formada por gravas y arenas consolidadas con rodillos y la otra mitad aguas abajo, fue formada por rocas

de tamao medio que se colocaron en capas y se compactaron con rodillos de 15 toneladas siguiendoespecificaciones de detalle basadas en consideraciones y pruebas pertinentes.

Estas caractersticas marcan la diferencia principal con las antiguas presas y permitieron unas obras de 3 4veces ms alta que aqullas.Otras obras semejantes a Aguamilpa, aunque de menor altura, han sido construidas en Australia, en Colombia,en Brasil y algunas se estn realizando en estas fechas en otros pases.

Presas de Gravedad.

Muchas de las presas de gravedad en aos anteriores fueron construidas con mampostera de piedra, ms

adelante con concreto y tambin con concreto rodillado, de estas ltimas digna de mencionarse es la deTrigomil.

A ellas se agrega Huites, en el ro Fuerte. Construida por la Comisin Nacional del Agua con concretoconvencional y terminada en 1995. Es la obra de concreto ms importante realizada en Mxico tanto por sualtura de 152 m como su volumen de tres millones de metros cbicos que fueron colocados en tiempos muycortos que establecieron records mundiales. Las tcnicas de enfriamiento del concreto, el diseo de la cortinay sus obras auxiliares fueron realizadas con aplicacin de los sistemas ms modernos por los ingenierosmexicanos.

Presas de Concreto Rodillado.


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Hablando de estas grandes obras realizadas en Mxico, no es por dems mencionar elnovedoso material de presas que ha tenido una espectacular relevancia en este ltimo cuartode siglo: el concreto rodillado. En su uso, nuestro pas hizo su presencia hace algunos aos

con varias presas, de las cuales, en su momento tuvo la ms alta: Trigomil, de 107 mterminada en 1993.

En ms del 50% de las presas recientes se ha usado cementante en cantidades mayores a 150 kg/m3incluyendo unos 80 kg/m3 de cemento Prtland, a diferencia de cantidades bastante ms reducidasinicialmente.Se ha introducido el concreto rodillado en las presas en arco gravedad y arco simple (China).Se ha incrementado el tamao de estas presas (en promedio era de 40 o 50 m excepto la mexicana Trigomil de107 m). ahora tiene 155 m la Miyagase de Japn y se est iniciando la Miel I en Colombia con altura

propuesta de 188 m y un volumen de 1.7 millones de metros cbicos.

Construcciones de Presas en la actualidad.

La Comisin Internacional de Grandes Presas lleva un registro de las obras que se construyen en los 84 pasesque tiene registrados. En 1997 la Comisin inform sobre la construccin actual de ms de 1,600 presas conaltura mayor de 15 m, de las cuales en la India son ms de 600, en China cerca de 300, en Turqua 1900 y enAmrica Latina muy pocas. En promedio resultan unas 20 presas por pas.

Consideraciones.A la vista de este panorama general caben algunas reflexiones. Poco ms de 1,000 grandes presas, llamandoas a las de ms de 15 m de altura, en nuestro pas se encuentran funcionando, cumpliendo su misin encondiciones que pueden considerarse normales u ptimas. No han sufrido accidentes importantes como fallastotales o parciales que ocasionaran prdidas de vidas. Algunos incidentes se han presentado, comoagrietamientos por sismos, filtraciones poco intensas y movimientos estructurales sin trascendencia.

Todo esto es motivo de orgullo para los ingenieros de muchas generaciones que hemos intervenido en el

estudio, diseo y construccin a lo largo de estos 70 aos en los que las presas forman parte de la vidainstitucional del pas. Estamos aqu presentes, alguno que otro de los participantes en aquellas tres grandes

presas de los aos cuarenta a que me refer al principio de esta pltica, y muchos otros que han intervenido enmultitud de obras ms recientes.

Es comn que con frecuencia los ingenieros nos interesemos en el comportamiento de nuestras obras, decundo se llenan, cundo les falta agua, qu mantenimiento se les da a sus vlvulas y compuertas, cundo seaumenta su altura, etctera.

Pero todos nos preguntamos por qu no se construyen tantas presas como antes, por qu otros pases conmenores posibilidades econmicas aparentes continan construyendo presas, algunos en nmero espectacular.Recordemos que hasta hace pocos aos los ingenieros proyectistas oficiales y privados estudibamos lafactibilidad de algn proyecto que inclua una o ms presas, y que al resultar positiva la conclusin de nuestro

estudio, en corto tiempo ms adelante se iniciaba la construccin de la presa y de sus canales o acueductos ode su central elctrica, simultneamente con la implantacin de los otros eventos del proyecto.Pero ahora, muchos meses despus de haber terminado los diseos de varias presas no vemos que se de

principio al proceso de construccin. La explicacin simplista es que la situacin econmica del pas nopermite tal proceso y que los fondos ahora disponibles se aplican al mantenimiento de la infraestructura enservicio, justa y acertada medida; y que los diseos realizados y otros futuros esperarn mejor oportunidad.Pero nos preguntamos si no habr manera de financiar adecuadamente proyectos cuya evaluacin defactibilidad seguramente fuese favorable y que llevados a la prctica producirn los beneficios esperadosdentro de los cuales se pagar la inversin inicial para construir y poner en marcha la presa, su acueducto, sucentral, sus canales, etc. Parece, inexplicablemente, que la planeacin del desarrollo del pas no contemplaestos factores.Tal vez estoy repitiendo, o estoy adelantando aspectos que otros conferenciantes de esta importante reuninms enterados que yo tendrn incluidos en su exposicin.


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Pero es que no es fcil para nosotros, los ingenieros de presas, aceptar que una nacin con crecimientoacelerado como el, nuestro no se beneficie de los favores que nuevas presas otorgan en riego, generacinelctrica, control de avenidas, agua potable, pesca, acuacultura, turismo.

Sin embargo, estoy seguro de que cada uno de nosotros, estamos interesados en recuperar justificadamentenuestra posicin relevante en el diseo y construccin de las presas, los ingenieros, calculistas, constructores,funcionarios, etc., estamos dispuestos hacer los que nos corresponda para lograrlo.

Presas de Concreto del Tipo de Gravedad

Introduccin.Origen y su evolucin: Las presas de concreto son estructuras de dimensiones tales, que por su propioresisten las fuerzas que actan en ellas. Si se construyen en cimentaciones buenas, las presas slidas deconcreto son estructuras perma

Presas de Gravedad de Concreto. Cálculo y Diseño - Guía (81)

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