Una presa de arco es una presa de hormigón que tiene una planta curvada aguas arriba. [1] La presa de arco está diseñada de manera que la fuerza del agua contra ella, conocida como presión hidrostática , presiona contra el arco, haciendo que el arco se enderece ligeramente y fortaleciendo la estructura a medida que empuja hacia sus cimientos o estribos. Una presa de arco es más adecuada para cañones estrechos o desfiladeros 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 clasificadas con respecto a su altura estructural son: [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 desarrollaron 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 altura y 18 metros (59 pies) de longitud. Su radio era de unos 14 m (46 pies) y constaba de dos muros de mampostería. Los romanos lo 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 (19 pies) de alto y 52 m de largo (171 pies), con un radio de 19 m (62 pies). 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 los molinos río abajo. [6]
La presa de Dara fue otra presa de arco construida por los romanos en la que el historiador Procopio escribiría sobre su diseño: "Esta barrera no se construyó en línea recta, sino que estaba doblada en forma de media luna, de modo que la curva, al mentir contra la corriente del río, podría 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 agregaron 4 m (13 pies) a la presa en 1850, alcanzó 64 m (210 pies) de altura 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 sólo el 44% de su altura. La presa todavía está en pie, aunque parte de su cara inferior río abajo se cayó. [4]
La presa de Tibi en Tibi , España, fue una presa de arco posmedieval 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 largo. Esta presa de arco se apoya en 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 aguas arriba de la presa Salmon Creek se abultó aguas arriba, lo que alivió la presión sobre los arcos inferiores curvos, más fuertes, cerca de los estribos. La presa también tenía un pie más grande, lo que compensaba la presión sobre el talón aguas arriba de la presa, que ahora se curvaba más aguas abajo. La tecnología y los beneficios económicos de la presa Salmon Creek permitieron diseños de presas más grandes y más altas. La presa fue, por tanto, revolucionaria y pronto se adoptaron diseños similares en todo el mundo, en particular por la Oficina de Reclamación de 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 mediante el uso de un forma de arco parabólico en lugar de forma de arco circular.
La presa Pensacola , terminada en el estado de Oklahoma en 1940, fue considerada la presa de arcos múltiples más larga de los Estados Unidos. Diseñado 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 6,565 pies (2,001 m), mientras que la sección de arcos múltiples tiene 4,284 pies (1,306 m) de largo y su combinación con las secciones del aliviadero mide 5,145 pies (1,568 m). Cada arco de la presa tiene una luz libre de 18 m (60 pies) y cada contrafuerte tiene 7,3 m (24 pies) de ancho. [8]
Los diseños de presas en arco continuarían probando nuevos límites y diseños como las curvas doble y múltiple. Alfred Stucky y la Oficina de Reclamación de EE. UU. 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 aumento con presas como la presa Morrow Point de doble curvatura de 143 metros en Colorado. completado en 1968. [9] A finales 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- Presa Johnson en Quebec , Canadá . Tiene 214 metros (702 pies) de alto y 1.314 metros (4.311 pies) de largo en su cresta. Se completó en 1968 y se puso en servicio en 1970. [11]
La presa Pensacola fue uno de los últimos tipos de arcos múltiples construidos en los Estados Unidos. Su solicitud de NRHP afirma que esto se debió a que fallaron tres presas de este tipo: (1) Presa Gem Lake, Presa St. Francis (California), Presa Lake Hodges (California). Ninguno de estos fallos fue causado 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 mejora continuamente hasta que los objetivos de diseño se logran 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 una presa incluyen: cargas de hielo y limo, y presión de elevación. [1] [12]
La mayoría de las veces, la presa en arco está hecha de hormigón y colocada en un valle en forma de V. Los cimientos o estribos de una presa en arco deben ser muy estables y proporcionados con el 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 cuyo radio disminuye sistemáticamente por debajo de la cresta. Una presa que tiene doble curvatura tanto en su plano horizontal como vertical puede denominarse presa de domo . Las presas de arco con más de un arco o plano contiguo se describen como presas de arcos múltiples . Los primeros ejemplos incluyen la presa romana Esparragalejo con ejemplos posteriores como la presa Daniel-Johnson (1968) y la presa de Itaipú (1982). Sin embargo, como resultado del fracaso de la presa Gleno poco después de su construcción en 1923, la construcción de nuevas presas de arcos múltiples se ha vuelto menos popular. [13]
Las juntas de contracción normalmente se colocan cada 20 m en la presa de arco y luego se llenan con lechada una vez que el control se enfría y cura. [14]
