Presa de acero - Steel dam

Represa de acero Redridge (lado aguas arriba) con un nivel de agua bajo

Una presa de acero es un tipo de presa (una estructura para incautar o retardar el flujo de agua) que está hecha de acero , en lugar de los materiales de construcción más comunes de mampostería , movimiento de tierras , concreto o madera .

Se construyeron relativamente pocos ejemplos. De las tres construidas en los EE. UU., Quedan dos, la presa de acero Ashfork-Bainbridge , construida en 1898 en el desierto de Arizona para suministrar agua a las locomotoras al ferrocarril de Atchison, Topeka y Santa Fe (ATSF), y la presa de acero Redridge , construida en 1901 , en la península superior de Michigan para suministrar agua a las fábricas de sellos. La tercera, la presa del lago Hauser en Montana, se terminó en 1907 pero falló en 1908.

Las represas de acero resultaron antieconómicas después de la Primera Guerra Mundial ya que los precios del acero subieron muchas veces en comparación con los precios del cemento, aunque son igualmente sólidos como otros materiales de construcción de represas. Su economía es muy favorable en el siglo XXI debido a los menores costos totales de mano de obra en el sitio, menor costo de transporte de material a granel, disponibilidad de más tiempo de construcción en un año y flexibilidad en el plan de construcción que cumple con los requisitos estatutarios, etc.

Principios de Operación

Lado aguas abajo de Redridge Steel Dam

Las presas de acero utilizan una serie de zapatas ancladas en la tierra. Estas zapatas sostienen puntales que a su vez sostienen una serie de vigas de cubierta que a su vez sostienen placas de acero. Son estas placas con las que entra en contacto el agua. Las vigas y las placas están inclinadas hacia abajo, de modo que parte del peso del agua actúa con una fuerza descendente sobre los puntales y las zapatas, manteniéndolos en su lugar. Si las placas fueran verticales, como en una ataguía de acero , toda la fuerza sería horizontal y se necesitarían puntales y anclajes mucho más masivos para contrarrestar la fuerza horizontal y el momento flector.

Directo apuntalado

Sección transversal de una presa de acero con puntales directos

En la versión con puntales directos, que se muestra en la ilustración de la izquierda, todos los puntales son paralelos. Por tanto, no hay fuerza de tracción en las vigas de placas.

Voladizo apuntalado

Sección transversal de una presa de acero con puntales en voladizo

En la versión con puntales en voladizo, que se muestra en la ilustración de la izquierda, el puntal superior (o puntales, según el diseño) se puede moldear en una armadura en voladizo . Al ir todos a la misma zapata, la parte superior de las vigas del tablero está así en tensión y el momento de la sección en voladizo se compensa con el momento del agua incidiendo en esa sección.

Festoneado

En ambos tipos de construcción, es típico que las placas tengan una apariencia festoneada, como se puede ver en la ilustración de Redridge Steel Dam , arriba. Es para permitir la expansión / contracción libre de las placas de acero a medida que cambia la temperatura del agua o del ambiente.

Compensaciones de diseño

Hay dos compensaciones de diseño, el ángulo de la placa de la viga y el ángulo del puntal. Aumentando el ángulo viga / placa hacia la horizontal, la componente normal de la fuerza aumentará hacia la vertical; esto significa que las zapatas no necesitan resistir tanta fuerza horizontal, pero requieren más acero para un cabezal aguas arriba dado. Aumentar el ángulo del puntal hacia la vertical reduce el momento horizontal en las zapatas, reduciendo el riesgo de deslizamiento.

Aliviaderos y tuberías

Las presas de acero pueden tener o no un aliviadero. El Ashfork-Bainbridge no tenía uno, pero fue diseñado para permitir que el agua se vierte directamente sobre la cresta, mientras que el Redridge tenía un aliviadero y una tubería de agua para suministrar agua a los molinos de sellos aguas abajo.

Ventajas y desventajas

Los defensores de Steel Dam afirmaron algunas ventajas:

  • Las técnicas de fabricación de acero, incluso a principios del siglo XIX, permitieron una construcción más rápida y económica que la mampostería.
  • La estructura está determinada estáticamente, lo que permite cálculos precisos de la carga y la resistencia del miembro necesaria
  • Dado que el acero es más flexible que el hormigón, son más resistentes a fallas catastróficas debido al asentamiento del suelo.
  • Las heladas no les afectan de la misma manera que lo hacen con el hormigón o la mampostería.
  • Las fugas no catastróficas se pueden solucionar soldando

También hubo algunas desventajas conocidas:

  • Construir buenas bases es clave para una presa exitosa, ya que deben soportar peso, no asentarse demasiado y resistir los viajes horizontales.
  • Se desconoce la resistencia a largo plazo de la presa. Los dos ejemplos en los EE. UU. Que siguen en pie no están actualmente bajo una carga de agua significativa
  • La ligereza de la estructura significa que es más vulnerable al desgaste debido a las vibraciones del agua que las presas más masivas.
  • Las necesidades de mantenimiento son mayores, el óxido y la corrosión deben abordarse
  • Las tensiones pueden estar bastante concentradas, lo que podría causar agrietamiento por tensión como modo de falla.
  • Al igual que con otras presas, el socavamiento es un posible modo de falla (se cree que esta es la razón por la que falló la presa del lago Hauser).

Otras lecturas

  • Jackson, Donald C. Great American Bridges and Dams, John Wiley & Sons, Nueva York (EE.UU.), ISBN  0-471-14385-5 , 1984; págs. 210–211.
  • Irrigation and Water Power Engineering , un libro que se encuentra a través de Google Books. Una de las pocas fuentes que menciona las presas de acero, dice que hay 3 existentes en los EE. UU. Y brinda cierta información. Parte de este artículo utiliza material de este texto.
  • Universidad de Queensland Una breve historia de las presas de acero por Hubert CHANSON (tendrá que presionar el botón PROCEDER para continuar con el artículo después de seguir el enlace). Indica que la presa del lago Hauser fue construida entre 1905-1907 y falló en 1908, después de SCHUYLER (1909).

Referencias