Una presa de arco es una presa de hormigón que se curva en planta aguas arriba. [1] La presa de arco está diseñada de modo que la fuerza del agua contra ella, conocida como presión hidrostática , presione contra el arco, haciendo que el arco se enderece ligeramente y fortalezca la estructura a medida que empuja hacia su base o estribos. Una presa de arco es más adecuada para cañones estrechos o gargantas con paredes empinadas de roca estable para soportar la estructura y las tensiones. [2] Dado que son más delgadas que cualquier otro tipo de presa, requieren mucho menos material de construcción, lo que las hace económicas y prácticas en áreas remotas.
En general, las presas de arco se clasifican según la relación entre el espesor de la base y la altura estructural (b/h) como: [1]
Las presas de arco se clasifican según su altura estructural: [1]
El desarrollo de las presas de arco a lo largo de la historia comenzó con los romanos en el siglo I a. C. y después de que se desarrollaran varios diseños y técnicas, se logró una relativa uniformidad en el siglo XX. La primera presa de arco conocida, la presa de Glanum , también conocida como presa de Vallon de Baume, fue construida por los romanos en Francia y data del siglo I a. C. [3] [4] [5] La presa tenía unos 12 metros (39 pies) de alto y 18 metros (59 pies) de largo. Su radio era de unos 14 m (46 pies) y constaba de dos muros de mampostería. Los romanos la construyeron para abastecer de agua a la cercana Glanum .
La presa de Monte Novo, en Portugal , fue otra de las primeras presas de arco construidas por los romanos en el año 300 d. C. Tenía 5,7 metros de alto y 52 metros de largo, con un radio de 19 metros. Los extremos curvos de la presa se encontraban con dos muros alados que luego fueron sostenidos por dos contrafuertes. La presa también contenía dos salidas de agua para impulsar molinos río abajo. [6]
La presa de Dara fue otra presa de arco construida por los romanos, sobre la cual el historiador Procopio escribiría: "Esta barrera no fue construida en línea recta, sino que fue doblada en forma de medialuna, de modo que la curva, al estar contra la corriente del río, pudiera ofrecer aún más resistencia a la fuerza de la corriente". [3]
Los mongoles también construyeron presas de arco en el actual Irán. La primera fue la presa de Kebar , construida alrededor de 1300, que tenía 26 m (85 pies) de alto y 55 m (180 pies) de largo, y tenía un radio de 35 m (115 pies). Su segunda presa se construyó alrededor de 1350 y se llama presa de Kurit . Después de que se añadieran 4 m (13 pies) a la presa en 1850, alcanzó una altura de 64 m (210 pies) y siguió siendo la presa más alta del mundo hasta principios del siglo XX. La presa de Kurit era de mampostería y estaba construida en un cañón muy estrecho. El cañón era tan estrecho que la longitud de su cresta es solo el 44% de su altura. La presa todavía está en pie, a pesar de que parte de su cara inferior aguas abajo se cayó. [4]
La presa de Tibi , en Tibi , España, fue una presa de arco postmedieval construida entre 1579 y 1594 y la primera en Europa desde los romanos. La presa tenía 42,7 metros (140 pies) de altura y 65 metros (213 pies) de longitud. Esta presa de arco descansa sobre las laderas de las montañas. [4]
A principios del siglo XX, se construyó la primera presa de arco de radio variable del mundo en Salmon Creek, cerca de Juneau , Alaska . La cara ascendente de la presa de Salmon Creek se abultaba río arriba, lo que aliviaba la presión sobre los arcos inferiores más fuertes y curvados cerca de los estribos. La presa también tenía un dedo del pie más grande, que compensaba la presión sobre el talón ascendente de la presa, que ahora se curvaba más río abajo. La tecnología y los beneficios económicos de la presa de Salmon Creek permitieron diseños de presas más grandes y altas. Por lo tanto, la presa fue revolucionaria y pronto se adoptaron diseños similares en todo el mundo, en particular por parte de la Oficina de Recuperación de los Estados Unidos . [4]
En 1920, el ingeniero y diseñador de presas suizo Alfred Stucky desarrolló nuevos métodos de cálculo para presas de arco, [7] introduciendo el concepto de elasticidad durante la construcción de la presa de arco de Montsalvens en Suiza, mejorando así el perfil de la presa en dirección vertical al utilizar una forma de arco parabólico en lugar de una forma de arco circular.
La presa de Pensacola , terminada en el estado de Oklahoma en 1940, fue considerada la presa de arco múltiple más larga de los Estados Unidos. Diseñada por WR Holway , tiene 51 arcos y una altura máxima de 150 pies (46 m) sobre el lecho del río. La longitud total de la presa y sus secciones es de 6565 pies (2001 m), mientras que la sección de arco múltiple tiene 4284 pies (1306 m) de largo y su combinación con las secciones del aliviadero mide 5145 pies (1568 m). Cada arco de la presa tiene una luz libre de 60 pies (18 m) y cada contrafuerte tiene 24 pies (7,3 m) de ancho. [8]
Los diseños de presas de arco continuarían probando nuevos límites y diseños como la de doble y múltiple curva. Alfred Stucky y la Oficina de Recuperación de los Estados Unidos desarrollaron un método de distribución de peso y tensión en la década de 1960, y la construcción de presas de arco en los Estados Unidos vería su último auge con presas como la presa de doble curva de 143 metros de Morrow Point en Colorado, completada en 1968. [9] A fines del siglo XX, el diseño de presas de arco alcanzó una relativa uniformidad en el diseño en todo el mundo. [4] Actualmente, la presa de arco más alta del mundo es la presa Jingpin-I de 305 metros (1001 pies) en China , que se completó en 2013. [10] La presa de arco múltiple con contrafuertes más larga del mundo es la presa Daniel-Johnson en Quebec , Canadá . Tiene 214 metros (702 pies) de alto y 1314 metros (4311 pies) de largo en su cresta. Se completó en 1968 y se puso en servicio en 1970. [11]
La presa de Pensacola fue uno de los últimos tipos de arcos múltiples construidos en los Estados Unidos. Su solicitud al NRHP indica que esto se debió a que fallaron tres presas de este tipo: (1) la presa del lago Gem, la presa St. Francis (California) y la presa del lago Hodges (California). Ninguna de estas fallas fue causada inherentemente por el diseño de arcos múltiples. [8]
El diseño de una presa de arco es un proceso muy complejo. Comienza con un diseño inicial de la presa, que se va mejorando continuamente hasta que se alcanzan los objetivos de diseño dentro de los criterios de diseño. [1] [12]
Las principales cargas para las que se diseña una presa de arco son: [1] [12]
Otras cargas diversas que afectan a una presa incluyen: cargas de hielo y limo y presión de elevación. [1] [12]
La mayoría de las veces, la presa de arco está hecha de hormigón y se coloca en un valle en forma de V. La base o los estribos de una presa de arco deben ser muy estables y proporcionados al hormigón. Hay dos diseños básicos para una presa de arco: presas de radio constante , que tienen un radio de curvatura constante, y presas de radio variable , que tienen curvas tanto aguas arriba como aguas abajo que disminuyen sistemáticamente en radio por debajo de la cresta. Una presa que tiene doble curvatura tanto en su plano horizontal como vertical puede llamarse presa de domo . Las presas de arco con más de un arco o plano contiguo se describen como presas de arco múltiple . Los primeros ejemplos incluyen la presa romana de Esparragalejo con ejemplos posteriores como la presa Daniel-Johnson (1968) y la presa de Itaipú (1982). Sin embargo, como resultado de la falla de la presa de Gleno poco después de su construcción en 1923, la construcción de nuevas presas de arco múltiple se ha vuelto menos popular. [13]
Las juntas de contracción normalmente se colocan cada 20 m en la presa de arco y luego se rellenan con lechada después de que el control se enfría y cura. [14]
