Presas de Contrafuertes

Aligeramiento

• Con respecto a la solución de gravedad
• Mayor aprovechamiento de la resistencia del material de fábrica optimizando el volumen
• Tipos de aligeramiento: Transversal o longitudinal

Economía:

• Disminución del volumen del material
• Complicación de puesta en obra
• Incremento de mano de obra

Estabilidad

• Corrección de taludes
• Contribución del peso del agua
• Disminución de la subpresión

Presa de contrafuertes

• Formada por módulos (contrafuertes) situados de forma contigua
• Factor de aligeramiento: L/a
• Aligeramientos reales de un 20‐30 % respecto a presa maciza

CONDICIONES DE ESTABILIDAD Y ELASTICIDAD

• Funcionamiento por gravedad
• Sin transmisión lateral de carga al estribo
• Cumplimiento de la estabilidad (analogía a gravedad maciza)
• Tensiones más altas
• Agrietamientos
• Menor estabilidad transversal

L: Laderas escarpadas Zona sísmica

PREDIMENSIONAMIENTO Talud de aguas arriba (m)

• Mayor protagonismo en la reducción del volumen
• Condición de estabilidad al deslizamiento (sin considerar el efecto de la cohesión) (…): Actuar sobre la reacción normal añadiendo el peso de la cuña de agua (….).

Talud de aguas abajo

• Condición de vuelco: limitar las tracciones en el pie de aguas arriba.
• Valores de referencia: n+m ≈0,9 n ≈ m

Aligeramiento

• Definido por el parámetro L/a
• Factores fundamentales:
  1. Tensiones máximas admisibles en la presa y el cimiento (σmax)
  2. Altura de la presa (H)
• Los menores aligeramientos se producen con H mayores y σmax menores
• Cálculo por el Método de Elementos Finitos

Fases del predimensionamiento

1. Dadas las condiciones del cimiento y la altura de la presa se fija el grado de aligeramiento (L/a)
2. Aplicando la condición de estabilidad y ausencia de tracciones aguas arriba se fijan los taludes n y m

Tipología de contrafuertes

• Partes del contrafuerte (cabeza, alma y cola)
• PROBLEMAS DE LA TIPOLOGÍA elemental: Exposición a la intemperie, Flexiones, Espacio aliviadero, Estabilidad transversal, Concentración de tensiones
• Variantes de la tipología elemental ≈30ºC ≈ 2 a ‐ 2,5a C≈ de 12 a 18 m

Cola de contrafuerte

• En zona inferior o toda la altura
• Presa de Dixence. Tipo cola de milano
• Perfiles singulares Noetzli
• Contrafuerte doble. Tipo Marcello C<22m (presa de Alcántara). Estabilidad transversal. Interior protegido.

Juntas

• Tipos
  • Funcionales (transversales entre módulos)
  • De construcción
  • Longitudinales

JUNTAS LONGITUDINALES

• Mayor necesidad de juntas longitudinales que en las presas de gravedad
  1. Suma de taludes mayor. Mayor longitud de la retracción de contrafuertes
  2. Coacción del cimiento en la base
  3. Gradientes térmicos importantes: intemperie
  4. Por criterios constructivos (volumen de tongada)
• Efecto de la junta vertical σ En las tensiones a peso propio 2∙σ
• Funcionamiento óptimo: compresión. Isostáticas
• Necesidad de inyección
• Juntas longitudinales. Algunas disposiciones
  • Juntas abiertas
  • Tratamiento
  • Junta cerrada

Algunos CONCEPTOS de presas de gravedad convencionales

1. Condición de estabilidad
2. Condiciones de resistencia
3. Corrección de tensiones en paramento de aguas arriba

ASPECTOS TENSO‐DEFORMACIONALES Y DE CIMENTACIÓN

• No se aplica resistencia de materiales porque…. No se cumple la hipótesis de tensión plana. Se debe considerar la deformabilidad del cimiento (afecta más que en otras tipologías
• Es necesario usar el MEF
• Influencia del cimiento: Mayores tensiones: Exigencia de un cimiento mejor que para una presa maciza. Necesidad de apoyo horizontal de cada contrafuerte. Mal comportamiento en laderas de fuerte pendiente (peor aún si es doble). Comportamiento más rígido por efecto de la zona entre contrafuertes: cimiento sigue peor la deformabilidad de la presa
• Tensión paralela al paramento
• Tensiones con hipótesis de resistencia de materiales

Comportamiento tenso‐deformacional

Sección A‐A

Comparación presa maciza‐contrafuertes. Estado actual de la tecnología

• Mayor peligro de tracciones en el pie de aguas arriba. Talud de aguas arriba (t) mucho mayor. Concentración de empuje (p’>>p) y tensiones
• Tecnología antieconómica en la actualidad
• Buen comportamiento si el diseño es acertado
• Generalmente, sin galerías longitudinales
• No resultan necesarios drenes profundos
• Inyecciones de impermeabilización y consolidación

Efecto de la subpresión

• A efectos de diseño, drenaje perfecto entre contrafuertes
• Diferencia básica con presa gravedad: Elevados gradientes hidráulicos. Variación lineal según el eje i  k  v
• Asegurar drenaje entre contrafuertes. Evitar zócalos entre contrafuertes

PRESAS DE BÓVEDAS MÚLTIPLES Y ALIGERADAS LONGITUDINALMENTE

• Fundamento. Aprovechamiento de la resistencia del material. En España sólo una en explotación (Meicende). Gran esbeltez: muy problemáticas. Analogía a las presas arco: la cuerda del arco se convierte en la distancia entre contrafuertes. Variar relación cuerda altura artificialmente. Cuerda

DIFERENCIAS CON CONTRAFUERTES

• Mayor separación entre contrafuertes
• Disminución de espesores de las cabezas
• Trabajo de la cabeza en arco (vs ménsula)
• Mayor talud de aguas arriba y mayor suma de (≈1,6): Pw contrafuertes. Cada contrafuerte asume más carga. Con alturas grandes se incrementa su anchura.

Condiciones de apoyo y limitaciones prácticas.

• Laderas escarpadas. Desequilibrio. Necesidad de apoyo horizontal entre bóvedas contiguas. Alturas moderadas (40‐60 m). Complejidad constructiva. Tecnología abandonada.

Fundamento

• Disminuir subpresión. Ahorro de material.

Criterios de diseño y límites de aplicación

• Subpresión solo en zapata de aguas arriba
• Menor excavación. Contornos de huecos siguiendo isostáticas de presa maciza. Ángulos curvados en los huecos. Necesidad de huecos. Cámaras de válvulas (La Campañana). Centrales hidroeléctricas. Complejidad constructiva. Tipología poco usada en España.

Averías

Presa de Gleno. Italia

• Bóvedas múltiples
• Proyecto original: gravedad de mampostería
• Rotura 1923. 356 víctimas
• Causa: Inestabilidad por relleno del zócalo.
• Cimentación: Serpentina

Presa de Vega de Tera

• Contrafuertes (Altura: 34 m)
• Pantalla de hormigón con contrafuertes de mampostería
• Rotura 1959. 144 víctimas
• Cimentación: gneis.
• Causa: colapso estructural del contrafuerte. Em real: 10.000 kg/cm2. Tracciones en la base de la cabeza de 50 kg/cm2. Cortante en la base del contrafuerte