Análisis y diseño estructural de un cuenco amortiguador para una presa hidroeléctrica bajo condiciones extremas de carga conforme al ACI 318-19 y criterios de estabilidad del USACE

Abstract

Las presas hidráulicas son infraestructuras críticas cuya estabilidad debe garantizarse incluso ante condiciones extremas de operación. En este trabajo se desarrolló el análisis y diseño estructural de un cuenco amortiguador perteneciente a una presa hidroeléctrica, conforme las disposiciones del código ACI 318M-19 y el Manual de Estabilidad del USACE. Se evaluaron los principales escenarios de solicitación, incluyendo condiciones de operación normal, estado vacío del cuenco, sismo de diseño y crecida de diseño. A partir de estos casos se definió la geometría de los muros de contención y de las losas centrales, además de un arreglo de anclajes pasivos destinados a contrarrestar la subpresión generada por los elevados niveles de agua. Posteriormente, se verificó la estabilidad global del conjunto frente a volcamiento, deslizamiento, flotación y capacidad portante del suelo de cimentación, obteniendo factores de seguridad adecuados. Como siguiente paso se modelaron secciones representativas del cuenco mediante el software Midas Gen 2026, identificando los esfuerzos internos más críticos. Se analizaron tanto las secciones en voladizo de los muros de contención como un esquema conceptual de puntal-tensor para los cuerpos masivos, además de las losas centrales. Las combinaciones de carga se aplicaron siguiendo los criterios de diseño a resistencia, verificando los elementos frente a flexión, cortante y los requisitos de acero mínimo establecidos por el ACI 318M-19. El diseño estructural incluyó la propuesta de arreglos de refuerzo que aseguran el cumplimiento de dichas demandas. Los resultados demuestran la viabilidad técnica del cuenco amortiguador y respaldan su factibilidad como componente funcional de la presa, contribuyendo a la seguridad y operatividad del proyecto multipropósito.

Hydraulic dams are critical infrastructures whose stability must be guaranteed even under extreme operating conditions. This work presents the structural analysis and design of a stilling basin belonging to a hydroelectric dam, in accordance with the provisions of the ACI 318M-19 code and the USACE Stability Manual. The main loading scenarios were evaluated, including normal operating conditions, the empty basin state, the design earthquake, and the design flood. Based on these cases, the geometry of the retaining walls and central slabs was defined, together with an arrangement of passive anchors aimed at counteracting the uplift pressure generated by high water levels. Subsequently, the overall stability of the system was verified against overturning, sliding, flotation, and bearing capacity of the foundation soil, obtaining adequate safety factors. Representative sections of the basin were then modeled using Midas Gen 2026 software, identifying the most critical internal stresses. Both the cantilever sections of the retaining walls and a conceptual strut-and-tie model for the massive bodies were analyzed, as well as the central slabs. Load combinations were applied following strength design criteria, verifying the elements under flexure, shear, and minimum steel requirements established by ACI 318M-19. The structural design included proposed reinforcement layouts that ensure compliance with these demands. The results demonstrate the technical feasibility of the stilling basin and support its viability as a functional component of the dam, contributing to the safety and operability of the multipurpose project.