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24 de julio de 2017 | por: Equipo Comunicación | 0 comentarios

Presas de gravedad. Tipologías clásicas y esquema resistente

Este artículo incide en los sistemas resistentes, especialmente en las presas de gravedad y en aquellos aspectos que pueden mejorar su estabilidad frente a los empujes principales.

Estructuralmente la presa constituye un elemento que debe mantenerse estable en su misión de impedir el paso del agua.

El esfuerzo principal será el empuje hidrostático generado por el agua, e incluso por el agua y los sedimentos, pero existen otros condicionantes o esfuerzos que deben considerarse en el diseño de la presa. La Instrucción de grandes presas establece las fuerzas actuantes y el Reglamento de seguridad califica las acciones según que sean normales, accidentales o extremas.

Cada tipología estructural resiste los empujes de forma diferente. Si atendemos exclusivamente a la forma de resistir el empuje hidrostático que por otra parte es habitualmente el esfuerzo más importante, las presas pueden ser:

  • Presas de gravedad, cuando el empuje se contrarresta con el peso propio de la estructura y su disposición, teniendo en cuenta la capacidad portante del terreno. Podemos distinguir entre:
    • Presas macizas: sin huecos apreciables en la masa del conjunto
    • Presas aligeradas; con huecos de entidad como las presas de contrafuertes donde la carga se transmite desde un tablero a una serie de muros transversales que apoyan en el terreno

La denominación de presas de gravedad se refiere habitualmente a las presas de gravedad macizas.

    • Presas en arco, utilizando una forma curva para la presa, al objeto de transmitir el empuje al terreno en dirección e intensidad adecuadas.
      • Arco-gravedad. Donde parte del empuje es soportado por la el peso propio de la presa y parte por el efecto arco de su directriz, siempre que se pueda asegurar el contacto entre todos los bloques
      • Bóvedas. Son presas que transmiten el esfuerzo a la zona de apoyo en laterales y fondo, debido a la forma curva en planta y alzado.
      • Bóvedas múltiples. Están formadas por elementos curvos unidos por tímpanos o diafragmas que funcionan como contrafuertes.

Todas las presas de materiales sueltos al no poder transmitir tracciones o flexiones importantes, resisten los empujes hidrostáticos por gravedad.

Presas de gravedad

Presa de Bajo Frío en Panamá

Esquema resistente de las presas de gravedad macizas

Como hemos dicho son aquellas capaces de hacer frente a las solicitaciones exteriores solamente por el propio peso de la presa y su interrelación con el terreno.

La colaboración del terreno nos dará una reacción por rozamiento que depende del peso propio y del ángulo de rozamiento interno (φ) del terreno o de los planos de deslizamiento supuestos. Por otro lado colaborará con la cohesión del propio terreno cuya reacción será proporcional a la superficie de contacto.

El caso de las presas de materiales sueltos

Las presas de materiales sueltos trabajan como presas de gravedad y no plantean problemas de estabilidad global general ya que la base es muy amplia y la carga contra el terreno es baja.

Su dimensionamiento en situación normal parte de efectos locales por deslizamientos provocados por la saturación de sus materiales, las presiones intersticiales y las líneas de corriente siendo uno de los escenarios más críticos el correspondiente al desembalse rápido donde el espaldón de aguas arriba puede tener dificultades para drenar con suficiente rapidez el agua intersticial cuando baja rápidamente la cota del embalse.

Por lo general en las presas de tierra, los taludes estables corresponden a los naturales con pequeñas correcciones por desembalse rápido.

Las presas de fábrica trabajando por gravedad

En las presas de fábrica, para mejorar la estabilidad de la presa frente a las acciones tangenciales se suelen implementar una serie de detalles específicos.

Podemos mejorar la incidencia de la resultante R con las superficies de deslizamiento posibles, sobre todo con las pésimas si inclinamos el plano inferior de contacto con el terreno.

Presas de gravedad

Sección tipo con inclinación del plano de apoyo

A cambio de eso es cierto que también aumentamos el empuje hidrostático pero en conjunto la estabilidad mejora si esta inclinación se mantiene baja, normalmente inferior al 10%.

Otro efecto estabilizador al deslizamiento es inclinar el talud aguas arriba. Al tener el talud de aguas arriba inclinado la resultante del empuje hidrostático se inclina hacia abajo por lo que aumenta su componente vertical ayudando a la estabilidad de la presa. Suele ser habitual considerar un talud vertical aguas arriba o de 0,05 H/V para aprovechar ligeramente las ventajas de este talud.

En las presas aligeradas y en algunos azudes conviene que esa inclinación sea superior ya que tienen poco peso y necesitan la colaboración del agua.

Para poder aumentar la componente vertical también podemos incidir en la reducción de la subpresión que equivale a añadir peso a la estructura.

Presas de gravedad

Drenaje en la presa reduce las presiones intersticiales

Podemos intentar mejorar los parámetros geotécnicos del contacto mediante un tratamiento de consolidación. Además otro método indirecto de mejorar j y c es disponer de adecuado sistema de inyecciones de impermeabilización y drenaje.

Las presas de gravedad pueden tener directriz curva pero no suelen llevar las juntas inyectadas por lo que no se consideran presas arco-gravedad y no aprovechan su disposición geométrica para proyectar parte del esfuerzo en los estribos.

Presas de gravedad

Presa de Alange con directriz curva

Comprobaciones a realizar

Para un correcto funcionamiento a estabilidad de una presa de gravedad comprobaremos:

      1. Que las tensiones en el cimiento sean admisibles
      2. Estabilidad al deslizamiento
      3. Que toda la base funcione apoyada sin provocar tracciones en el cimiento
Presas de gravedad

Prototipo de presa de fábrica de gravedad

Autor: Víctor Flórez, profesor del Máster en Diseño, Construcción y Explotación de Obras Hidráulicas y del Curso de Diseño y Construcción de Presas

Máster en Diseño, Construcción y Explotación de Obras Hidráulicas

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