4.4 Presas de concreto: Presas de concreto, origen y evolucin. Fuerzas que actan sobre la presa. Presiones: De azolve. Del hielo. Terremotos. Pesos de la estructura.PRESAS DE CONCRETO, ORIGEN Y EVOLUCINEn muchas de las primeras presas se emple con xito la mampostera ordinaria mampostera al azar. En la segunda parte del siglo XIX, la mampostera se utiliz en la construccin de presas altas de acuerdo con los primeros criterios racionales de diseo. La mampostera ciclpea (es decir de piedras hasta 10 t de masa individual mezcladas en un mortero) se utiliz generalmente con mampostera ordinaria en las cara por su durabilidad y apariencia. Los primeros concretos utilizados empleaban grandes piedras como ridos gruesos (mampostera ciclpea). Desde 1950, el concreto incorporo cada vez ms aditivos minerales como cenizas pulverizadas o escoria para intentar reducir problemas trmicos y disminuir los crecientes costos.Las presas de concreto se clasifican segn la forma de su estructura y los materiales empleados. Las grandes presas pueden ser de hormign o de elementos sin trabar. Las presas de hormign ms comunes son de gravedad, de bveda y de contrafuertes. Las presas de elementos sin trabar pueden ser de piedra o de tierra. Tambin se construyen presas mixtas, por ejemplo de gravedad y de piedra, para conseguir mayor estabilidad. Adems, una presa de tierra puede tener una estructura de gravedad de hormign que soporte los aliviaderos. La eleccin del tipo de presa ms adecuado para un emplazamiento concreto se determina mediante estudios de ingeniera y consideraciones econmicas. El coste de cada tipo de presa depende de la disponibilidad en las cercanas de los materiales para su construccin y de las facilidades para su transporte. Muchas veces slo las caractersticas del terreno determinan la eleccin del tipo de estructura.FUERZAS QUE ACTAN SOBRE LA PRESA

Sobre una presa actan tres tipos de cargas: las cargas principales, las cargas secundarias y las cargas excepcionales.

1) LAS CARGAS PRINCIPALES: Son las que siempre actan sobre la estructura y son tres:-Carga de agua:Es debida a la distribucin hidrosttica de presin y tiene una resultante horizontal de la fuerza P1. Tambin existe componente vertical en el caso de que el espaldn de aguas arriba tenga un talud y las cargas equivalentes aguas abajo operasen en el espaldn respectivo).

-Carga del peso propio:Se determina para un peso especfico del material. Para un anlisis elstico simple se considera que la fuerza resultante P2 acta a travs del centroide de presin. - Carga de infiltracin:Los patrones de infiltracin de equilibrio se desarrollarn dentro y por debajo de la presa, por ejemplo, en los poros y las discontinuidades, con una carga resultante vertical identificada como un empuje externo e interno.

LAS CARGAS SECUNDARIAS: Pueden ser temporales o no presentarse durante la vida til de la obra. Estas fuerzas son:- Carga de sedimentos:Los sedimentos acumulados generan un empuje horizontal, considerado como una carga hidrosttica adicional- Carga hidrodinmica de ondas:Es una carga transitoria generada por la accin de las ondas sobre la presa (generalmente no es importante).- Carga de hielo:Se puede desarrollar en condiciones climticas extremas (generalmente no es importante).- Carga trmica (presas de concreto):Es una carga interna generada por las diferencias de temperatura asociadas con los cambios en las condiciones ambientales y con la hidratacin y enfriamiento del cemento.- Efectos interactivos:Son internos, surgen de las rigideces relativas y las deformaciones diferenciales de una presa y su cimentacin.- Carga hidrosttica sobre los estribos:Es una carga interna de infiltracin en los estribos en una roca maciza. (Es de particular importancia en las presas de arco o de bveda).

LAS CARGAS EXCEPCIONALES: Se presentan durante eventos extremos:- Carga ssmica:las cargas inerciales horizontales y verticales se generan con respecto a la presa y al agua retenida debido a movimientos ssmicos- Efectos tectnicos:La saturacin o las perturbaciones producidas por excavaciones profundas en rocas, pueden generar cargas como resultado de movimientos tectnicos lentos.La decisin de considerar todas las cargas secundarias y excepcionales o una combinacin de ellas depende de la experiencia del ingeniero diseador, de la importancia de la obra, y de su localizacin.Los diseos deben basarse en la ms desfavorable combinacin de condiciones probables de carga. Debe incluirse solo aquellas combinaciones de carga que tienen probabilidad razonable de ocurrencia simultnea.

Las principales fuerzas que actan sobre una presa son las fuerzas del agua del embalse, las fuerzas de levantamiento y peso del concreto. En el caso de la presa de gravedad se tiene que el agua empuja la presa pero su gran peso empuja la estructura hacia abajo, dentro del suelo evitando su colapso. Pero tambin hay muchas otras fuerzas que pueden actuar sobre una presa de gravedad entre las cuales figuran: Puede haber agua en el lado aguas abajo de la presa, la cual tendr el mismo tipo de fuerzas verticales y horizontales sobre la presa que el agua en el lado aguas arriba.

Presin hidrosttica interna: en poros, grietas y juntas. Variaciones de temperatura. Reacciones qumica. Presin de cieno, el cieno se rene con el tiempo en el lado de aguas arriba. El cieno provee cerca de 1,5 veces la presin horizontal del agua y dos veces su presin vertical. Carga del hielo en el lado de aguas arriba.Carga de oleaje en el lado de aguas arriba.Cargas de sismo. Asentamientos de la fundacin o de los estribos.Otras estructuras en la parte superior de la presa: compuertas, puente, carros. Fatiga del concreto (creep): Deformacin del concreto cuando se encuentra bajo una carga constante por un largo perodo de tiempo

PRESIN DEL AZOLVE :Cuando en una corriente que lleva limos se construye una presa , eventualmente entrar el vaso y se depositarn en el agua tranquila , aguas arriba de la presa. En algunas veces se construyen en la presa canales de descarga para evitar que se acumule limo en el vaso. Se deber de dar mayor importancia a los azolves cuando el objeto principal es la detencin del limo.PRESIN DEL HIELO :Se origina por la dilatacin trmica de la lmina de hielo y por el arrastre del viento. Es difcil determinar los valores que se deben asignar a la carga del hielo en el proyecto de una presa de concreto.Los datos relativos de las caractersticas fsicas del hielo como una resistencia al aplastamiento , su mdulo de elasticidad , los efectos del flujo plstico son inadecuados y aproximados.Adems el esfuerzo ejercido por el hielo al dilatarse depende del espesor de la lmina , y de la rapidez de la elevacin de la temperatura del hielo de las fluctuaciones del nivel del agua , del carcter de la playa del vaso , del talud del paramento de aguas arriba de la presa , del arrastre del viento y de otros factores.La rapidez de la elevacin de la temperatura en el hielo es una funcin de la rapidez de la elevacin de temperatura del aire y de la cantidad de nieve que cubra el hielo.

TERREMOTOSLos terremotos comunican aceleraciones de las presas que pueden aumentar las presiones del agua y de limo sobre ellas, y los esfuerzos dentro de las mismas presas.

Debe dejarse algn margen para las cargas producidas por los terremotos en el proyecto de las presas de concreto que se van a construir en zonas ssmicas. Adems del aumento de las cargas del agua y de los azolves , el efecto de los terremotos de la carga muerta sobre la estructura que se debe de tomar en cuenta.Se deben de tomar cargas tanto verticales como horizontales producidas por los temblores, en relacin de que la estructura que de menos estable. Para la condicin del vaso lleno esta ser un choque sobre la cimentacin en la direccin de aguas arriba y el choque de la cimentacin hacia abajo.El primero aumenta la carga hidrulica y produce un momento de volteo debido a la inercia del concreto. El segundo, en efecto, produce una disminucin del peso del concreto y del agua arriba del paramento inclinado, reduciendo de esta manera la estabilidad de la estructura.Con el objeto de determinar las fuerzas totales debidas a un terremoto , es necesario determinar su intensidad o aceleracin , que generalmente se expresa con la relacin a la aceleracin debida a la gravedad. Las aceleraciones que razonablemente se pueden suponer en un emplazamiento de una presa se determinan en consideracin la geologa del emplazamiento, vecindad a fallas mayores , antecedentes de los terremotos en la regin , y los registros ssmicos que se puedan disponer. En las zonas no tan ssmicas se puede, generalmente se usa una aceleracin horizontal de 0.10 la de la gravedad y una vertical de 0.05.TERREMOTOS OSCILATORIOS:El efecto de la inercia en el concreto debe de aplicarse en el centro de gravedad de la masa , sin tomar en cuenta la forma de la seccin transversal. En las presas con paramentos verticales o inclinados, el aumento a la presin del agua a cualquier elevacin debida a un temblor oscilatorio. Se muestra en la siguiente ecuacin:Dnde:C = Coeficiente adimensional que da la distribucin de las presionesC = Cm/2 (y/h(2 y/h ) + (y/h(2 y/h))1/2 ) l = La intensidad del terreno.l = aceleracin del terreno / aceleracin de la gravedadw = Peso unitario del agua.h = Profundidad total del vaso en la seccin que se estudia.y = Distancia vertical de la superficie del vaso a la elevacin de cortinaCm = Valor mximo de C para la constante dada.

En las presas que tienen taludes compuestos, verticales e inclinados, el procedimiento que se usa est gobernado por la relacin de la altura de la proporcin vertical de la altura total de la presa, como sigue:1 . - Si la altura de la porcin vertical del paramento de aguas arriba de la presa es igual o mayor a la mitad de la altura total de presa , considrese como si fuera toda vertical.2. - Si la altura de la porcin vertical del paramento de aguas arriba es menor que la mitad de la altura total de la presa, sense las presiones correspondientes a una lnea inclinada que al punto de interseccin del paramento de aguas arriba de la presa y la superficie del vaso del punto de interseccin del paramento de aguas arriba de la presa y la cimentacin. TERREMOTOS TREPIDATORIOS:

En los paramentos inclinados de las presas , el peso del agua arriba del talud debe modificarse con el factor de aceleracin correspondiente al igual que el peso del concreto.

PESO DE LA ESTRUCTURAIncluye el peso del concreto ms el de los accesorios como compuertas y puentes. Sin embargo, en la mayor parte de las presas bajas solamente la carga muerta debida al peso del concreto es la que se usa en el anlisis. El peso unitario del concreto se toma ordinariamente como 150 Kg/cm2 . El peso acta verticalmente en el centro de gravedad de la seccin transversal.