Una presa de gravedad es una presa construida con hormigón o mampostería de piedra y diseñada para retener el agua utilizando solo el peso del material y su resistencia contra los cimientos para oponerse a la presión horizontal del agua que empuja contra él. Las presas de gravedad están diseñadas para que cada sección de la presa sea estable e independiente de cualquier otra sección de la presa. [1] [2]
Caracteristicas
Las presas de gravedad generalmente requieren cimientos de roca rígida de alta resistencia (levemente erosionada a fresca); aunque en raras ocasiones se han construido sobre cimientos de suelo. La fuerza de apoyo de la base limita la posición permisible de la fuerza resultante , lo que influye en la estabilidad general. Además, la naturaleza rígida de la estructura de la presa por gravedad no perdona el asentamiento diferencial de los cimientos, lo que puede inducir el agrietamiento de la estructura de la presa.
Las presas de gravedad brindan algunas ventajas sobre las presas de terraplén , la principal ventaja es que pueden tolerar caudales menores sin daños, ya que el concreto es resistente al fregado. Los grandes flujos de desbordamiento siguen siendo un problema, ya que pueden socavar los cimientos si no se tienen en cuenta en el diseño. Una desventaja de las presas de gravedad es que debido a su gran huella, son susceptibles a presiones de elevación que actúan como una fuerza desestabilizadora. Las presiones de levantamiento (flotabilidad) pueden reducirse mediante sistemas de drenaje internos y de cimentación. Durante la construcción, el hormigón fraguado produce una reacción exotérmica. Este calor expande el hormigón plástico y puede tardar varias décadas en enfriarse. Mientras se enfría, el hormigón es rígido y susceptible de agrietarse. Es tarea del diseñador asegurarse de que esto no ocurra.
Diseño
Las presas de gravedad se construyen cortando primero una gran parte de la tierra en una sección de un río, permitiendo que el agua llene el espacio y se almacene. Una vez que se ha cortado la tierra, se debe probar el suelo para asegurarse de que pueda soportar el peso de la presa y el agua. Es importante asegurarse de que el suelo no se erosione con el tiempo, lo que permitiría que el agua se abriera paso alrededor o debajo de la presa. A veces, el suelo es suficiente para lograr estos objetivos; sin embargo, otras veces requiere acondicionamiento agregando rocas de soporte que reforzarán el peso de la presa y el agua. Hay tres pruebas diferentes que se pueden realizar para determinar la fuerza de soporte de la base: los enfoques Westergaard, Euleriano y Lagrangiano. [3] Una vez que los cimientos sean aptos para la construcción, puede comenzar la construcción de la presa. Por lo general, las presas de gravedad se construyen con un material resistente, como bloques de hormigón o piedra, y tienen una forma triangular para proporcionar el mayor apoyo. [4]
Clasificaciones
La clasificación más común de presas de gravedad es por los materiales que componen la estructura:
- Las presas de hormigón incluyen
- presas de hormigón en masa , hechas de:
- hormigón convencional: Dworshak Dam , Grand Coulee Dam
- Concreto compactado con rodillo (RCC) : Presa Willow Creek (Oregón) , Presa Upper Stillwater
- albañilería : Pathfinder Dam , Cheesman Dam
- presas de gravedad huecas, de hormigón armado: Braddock Dam
- presas de hormigón en masa , hechas de:
Las presas compuestas son una combinación de presas de hormigón y terraplenes . [ cita requerida ] Los materiales de construcción de las presas compuestas son los mismos que se utilizan para las presas de hormigón y de terraplén.
Las presas de gravedad se pueden clasificar por plan (forma):
- La mayoría de las presas de gravedad son rectas ( Grand Coulee Dam ).
- Algunas presas de gravedad de mampostería y concreto tienen el eje de la presa curvado ( presa Shasta , presa Cheesman ) para agregar estabilidad a través de la acción del arco. [5]
Las presas de gravedad se pueden clasificar con respecto a su altura estructural:
- Bajo, hasta 100 pies.
- Medio alto, entre 100 y 300 pies.
- Alto, más de 300 pies.
Terremotos y ecosistemas
Las presas de gravedad están construidas para resistir algunos de los terremotos más fuertes . Aunque los cimientos de las presas de gravedad están construidos para soportar el peso de la presa y toda el agua, es bastante flexible ya que absorbe una gran cantidad de energía y la envía a la corteza terrestre. Necesita poder absorber la energía de un terremoto porque, si la presa se rompiera, enviaría una gran cantidad de agua corriente abajo y destruiría todo a su paso. Los terremotos son el mayor peligro para las presas de gravedad y es por eso que, todos los años y después de cada gran terremoto, deben someterse a pruebas para detectar grietas, durabilidad y resistencia. Aunque se espera que las presas de gravedad duren entre 50 y 150 años, es necesario mantenerlas y reemplazarlas con regularidad. [6]
Otro problema con las presas de gravedad involucra a los ecosistemas. Debido a que el flujo y la cantidad de agua cambia cuando se construye una presa, generalmente tiene un impacto en el área de la presa y todo lo que sigue. Si el agua que normalmente fluye dos semanas al año en un área ahora fluye constantemente, nueva vida comenzará a vivir y crecer allí. Del mismo modo, si corta el agua a algún lugar que tenga flujo de agua durante todo el año, las cosas comenzarán a morir. Muchos ambientalistas tienen problemas con las represas debido a sus efectos sobre el medio ambiente. [7]
Referencias
- ^ Diseño de presas de gravedad, Oficina de recuperación, 1976
- ^ Diseño de pequeñas presas, Oficina de recuperación, 1987
- ^ Diseño de presas de gravedad: Manual de diseño de presas de gravedad de hormigón . Denver, CO: Departamento del Interior de EE. UU. 1976.
- ^ Khosravi, S (2015). Diseño y análisis modal de presas de gravedad por Ansys Parametric Design Language . Nakhon Si Thammarat, Tailandia: Revista de ciencia y tecnología de Walailak.
- ↑ Gravity Dam Design, US Army Corps of Engineers, EM 1110-2-2200, junio de 1995
- ^ Lucian, G (1986). Análisis y respuesta sísmica de presas de hormigón por gravedad . Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. ISBN 0943198070.
- ^ "Aguas profundas: la lucha épica por las represas, los desplazados y el medio ambiente" . 2006.
Bibliografía
- Kollgaardand, EB; Chadwick, WL (1988). Desarrollo de Ingeniería de Presas en Estados Unidos . Comité de Estados Unidos de la Comisión Internacional de Grandes Represas.
- Represas de los Estados Unidos - Representación pictórica de Landmark Dams . Denver, Colorado: Sociedad Estadounidense de Represas. 2013.