/* inicio scripts */ /* fin scripts */
Loading

Presas: Introducción.

1) A MODO DE PRESENTACIÓN

El texto que se presenta fue escrito con el objeto de presentar una síntesis de la abundante bibliografía acerca de presas.
Este escrito se pretende a sí mismo como el inicio “entendible” a la lectura e interpretación de obras de represamiento en el sentido más amplio.
Varios de los tratados existentes presentan el análisis minucioso y detallado de muchos de los temas aquí presentados, por lo que se recomienda siempre acudir a ellos para mayores precisiones.
Este texto procura interesar al alumno de grado de la carrera de ingeniería civil de la UNNE a introducirse en temas tales como: elegir el óptimo lugar de emplazamiento de una presa, sus componentes, principales solicitaciones a la que se encuentra sometida y de cómo se clasifican, entre otros aspectos.
Se pretende, también, transmitir la experiencia adquirida en la vida profesional y el enriquecimiento del intercambio técnico producido con otros profesionales.
El modo en que ha sido escrito se ambiciona a sí mismo como sintético y coloquial, de modo que sea de fácil y rápida lectura, no obstante sin perder rigor científico. Así para mejor entendimiento de han intercalado en el texto ejemplos y gráficos aclaratorios.
Si bien no aparecen explícitamente las citas bibliográficas, el material consultado es referido al final del trabajo, insistiendo en su consulta en la profundización de temas puntuales.

2) PRINCIPALES MOTIVOS QUE SE PLANTEA PARA SU CONSTRUCCIÓN Y USO

 Cuando se propone la construcción de una presa, los motivos, las escalas de trabajo, el volumen disponible y necesario del emprendimiento que permita una eficaz y eficiente toma de decisión de construirla serán función al propósito del uso que se prevea para la misma.

Los principales usos que se conocen para el aprovechamiento son:

1. Elevar el nivel de agua y derivarlo posteriormente por una conducción para generación de hidroelectricidad, las cuales están directamente ligadas a la capacidad de almacenamiento y al salto geomorfológicamente disponible.

2. Almacenar agua en un valle para destinarlo a riego de cultivos: el objeto es guardar agua en períodos de excesos para utilizarla durante el período la época de desarrollo del mismo.

3. Almacenamiento para amortiguación de crecientes a la que también se pueden anexar fines recreativos. El primero resulta necesario cuando se dan crecientes instantáneas ó de respuesta rápida las cuales son necesarias de controlar para preservar el entorno; el segundo surge como consecuencia del embalse formado, el cual es aprovechado para esparcimiento humano como navegación, playa ú otro.

4. Defensas contra inundaciones con el objeto de proteger urbanizaciones, asentadas cerca ó parcialmente dentro del valle de inundación del curso de un río, muy común en diversas ciudades de todo el mundo.

5. Retener y derivar los excesos, con usos mixtos alternativos como riego ó recreación; según la necesidad.

6. Protección de cultivos con fines agrícolas, en sitios de alto riesgo hídrico y extremos hídricos concurrentes con ocurrencia extremadamente corta.

7. Con fines de aprovechamiento para usos industriales, si bien hoy día es de difícil predicción por la rápida evolución y cambio e los mercados, es posible prever cantidad y calidad disponible ú ofertable en el curso de agua en estudio.

8. Agua para consumo animal; la cual debe ser apta en cantidad suficiente puesto que la misma debe ser suministrada en forma permanente y en calidad óptima para dicho consumo.

3) PRINCIPALES ELEMENTOS COMPONENTES DE UNA PRESA

A continuación se presenta un esquema de los principales elementos que componen una presa, particularmente las pequeñas, describiendo luego los mismos y su correspondiente dimensionado.


3.A) CRESTA

Corresponde a la parte superior de la presa y a veces la misma es proyectada con camino transitable y otras no.

Su ancho mínimo debe ser aquel que posea una red de filtración, con el embalse lleno, que permita presiones de filtración adecuadas.

Generalmente se aconsejan anchos de entre 5 a 10m para grandes presas y no menores a 4m para pequeñas, particularmente si estas últimas son transitables, lo cual facilita las tareas de mantenimiento durante su vida útil; y si la presa se encontrare en zona sísmica, se deberá incrementar el ancho en un 20%.

La misma deberá estar recubierta con cualquier tipo de protección como ripio, geotextiles, empastado ú otro, en conjunto con el talud mojado, para que prevengan la erosión eólica, por las olas, la propia del tránsito vehicular, la producida por las lluvias.

Existen diversas fórmulas según diversos autores, según:

Como se observa, todas dan valores parecidos.

3.B) TALUD O ESPALDÓN MOJADO

Corresponde al talud de aguas arriba, por ello su nombre de mojado, recinto en el cual el agua a aprovechar es embalsada.

En términos generales este talud suele ser más extendido que el seco, lo que permite una mayor pérdida de carga en los trayectos del flujo de filtración.

Es recomendable, siempre la protección de este talud, que permita erosión y desgaste por vientos, lluvia, oleaje y otros.

Los taludes recomendados para presas de tierra de material homogéneo son: 1v:2,5h a 1v:3,5h. Para mayor detalle ver USBR, tabla 16.

3.C) TALUD O ESPALDÓN SECO

Corresponde al talud de aguas abajo (de allí su denominación de seco), en el cual no se permiten filtraciones a través del mismo, sino controladas por filtros.

Es recomendable la protección del talud contra la erosión y desgaste por vientos y lluvia. Los taludes recomendados para presas de tierra de material homogéneo son: 1v:2,0h a 1v:2,5h.

Valores de la tabla 15, libro Diseño de Pequeñas presas, que se reproduce según:



1 Velocidades de desembalse de 15,24cm (6 pulg.) o más después de períodos prolongados de almacenamiento a niveles elevados en el vaso.
2 Los suelos OL y OH no se recomiendan para las porciones mayores de las presas de tierra homogéneas. Los suelos Pt son inadecuados.


3.D) ALTURA

La altura total de diseño es la correspondiente al punto de mayor profundidad, generalmente medida sobre el cauce, y es la suma de alturas parciales a saber:

  1. Altura correspondiente al nivel de sedimentos, generalmente llamado volumen muerto. Es el correspondiente al régimen propio del contenido de sedimentos que transporta el río y que almacenará en el fondo del lecho.
  2. Altura de agua, propiamente dicha: medida entre la parte más profunda y la altura de agua proyectada.
  3. Altura correspondiente a las pérdidas por evaporación.
  4. Altura Correspondiente a la altura de ola.


En términos generales, la altura, viene dada por el estudio del vaso de almacenamiento, el volumen posible de almacenar, el área que este inunde y el lugar de la traza de la presa.

3.E) BASE

Es la superficie en contacto con el terreno natural, terreno sobre el cual se funda la presa.

Para ello ya hubo que haber dispuesto de la localización de la presa, en un lugar que posea suelo estable, sin afloramientos rocosos, en donde haya un estrechamiento del curso de agua, que no haya estratificaciones salinas en el lecho y tener el yacimiento para el levantamiento lo más próximo posible para evitar el transporte del suelo que lo encarece.

El mismo de materializa, en presas pequeñas, con un diente de trabazón, según:



3.F) PROFUNDIDAD DEL AGUA

Corresponde a la profundidad efectiva del agua dentro de la presa, la misma es medida en el punto más profundo del vaso, generalmente sobre el thalweg del curso a represar.

La profundidad decrece paulatinamente hacia las orillas de los costados por la propia topografía que conforma la cuenca de aporte y en particular el área de emplazamiento del vaso.

3.G) NIVEL DE AGUA

El nivel del agua a alcanzar dentro del embalse es el máximo nivel del embalse [MNE], el cual será el nivel a considerar para el dimensionado de la presa.

Nivel máximo normal [NMN]: esta altura debe considerar el llenado del vaso, la altura por oleaje y las posibles de ser producidas por seísmos.

Nivel de la creciente ó avenida de proyecto [NAP]: la misma es de baja probabilidad y sirve para dimensionar el aliviadero y corresponde al nivel alcanzado en el embalse.

Nivel de la creciente ó avenida extrema [NAE]: esta creciente es superior a la anterior y tiene por objeto cubrir la incertidumbre de si ocurriera una creciente superior a la NAP.
Este nivel define el nivel de inicio de vertido por el vertedero.

3.H) VERTEDERO

La función del vertedero es la dejar pasar las crecientes que provengan cuando la misma se encuentre totalmente llena: actúa como “fusible” de la presa.

Dichos excesos deben ser conducidos en forma artificial o natural al cauce situado aguas abajo, disipando toda la energía posible de erosionar el pie de la presa.

3.I) DISIPADOR DE ENERGÍA

En términos generales, es deseable que la energía del flujo a la salida de cualquier obra de disipación posea baja energía. Ello es posible controlarlo mediante el cálculo del número de Froude (F) en el lugar de evacuación ó salida. Es deseable que se controle la velocidad en la salida, con el fin de que las mismas no sean erosivas.

4) ALGUNOS ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE UNA PRESA

Datos necesarios


  • Relevamiento planialtimétrico de terreno comprendido dentro del área de aporte a la misma, con trazado de curvas de nivel, estudio de la infraestructura y todos los hechos existentes.




  • Se deberán realizar sondeos y cateos con el fin de tomar, analizar y obtener resultados de las condiciones mecánicas del suelo que permitan conocer las mismas en el lugar en donde se va a fundar.


En ingeniería, si bien no existe un lugar ideal en donde construir una presa, siempre ha de buscarse un sector en el curso donde el estrechamiento del valle sea el menor, lo cual proveerá economía en su construcción.

No obstante es importante e imprescindible verificar la anegabilidad que producirá el vaso hacia aguas arriba, relevando todos y cada uno de los hechos existentes, como caminos ó construcciones, que permitan conocer toda el área inundada y si produce afectaciones a lo ya existente.

5) CLASIFICACIÓN DE LAS PRESAS

Se presenta una breve sinopsis de la forma más usual de clasificar las presas. Aunque dicha clasificación no es taxativa, con la misma se intenta ordenar su forma de ordenarla según diferentes clasificadores.

5.A) POR LA FORMA DE RESISTIR EL EMPUJE HIDROSTÁTICO


  • PRESAS DE GRAVEDAD: generalmente se provoca que el peso propio de la presa sea tan grande que la resultante del sistema de fuerzas actuantes incida sobre la base de la misma.


En las mismas el peso propio posee mayor orden de magnitud que cualquiera de las otras fuerzas actuantes, salvo el empuje hidrostático, el cual combinado con el anterior provocan una fuerza resultante sobre la base de la presa.


Esquema de la combinación de fuerzas en una presa de gravedad



  • DE ARCO: conocidas también como presas bóveda. Las mismas pueden ser de curvatura horizontal o doble curvatura (en ambos sentidos). 

Generalmente se construyen en valles encajonados y con roca de fundación “sana”. Algunas veces se impermeabiliza o “remienda” parte de la roca, con el objeto de que el agua a almacenar en el vaso no se escape o filtre por las fisuras de la roca.

5.B) DE ACUERDO AL MATERIAL EMPLEADO

5.b.1. Presas de hormigón: las mismas pueden descomponerse en:

  • Presas homogéneas

Se las denominan así a las de alturas bajas ó menores a 20m.


  • Presas de material homogéneo

De difícil realización porque no siempre se encuentra el material al pié de presa. Además cuando la altura supera los 20m será necesario drenar la misma con otro dispositivo.


  • Presas con pantalla

Será de aplicación ó construcción una pantalla cuando no sea posible conseguir material impermeable (arcilla o limos) en las cercanías. La misma se la coloca ó en el talud aguas arriba ó en el centro de la presa.

5.b.2. Presas de materiales sueltos: como gravas, arenas, limos y arcillas.

En términos generales:

Si la piedra gruesa es mayor al 50% son llamadas presas de escollera
Si más del 50% es material térreo (ó suelo clasificado del lugar) mezclado con grava, se denominan diques de tierra.

5.C) EN FUNCIÓN DE LA POSICIÓN DEL ALIVIADERO

5.c.1. Vertedora por sobre la presa: la misma condicionará a la estructura de la misma ó estará condicionada en su capacidad de evacuación por las dimensiones adoptadas por el vertedero.

5.c.2. Con el vertedor independiente de ella, el mismo por razones morfológicas del vaso ó por razones constructivas, puede volcar de forma separada al lugar del emplazamiento de la presa propiamente dicha.

5.D) PRESAS DE LLANURA Y DE MONTAÑA

Las dos poseen características diferentes en cuanto al vaso de llenado en donde se almacena el agua.

Las de montaña generalmente se encuentran más encajonadas, entre dos cerros o lomadas, aunque algunas veces pueden tener pérdidas en la roca fisurada; y las de llanura tienen un mayor espejo de agua ó mayor área inundada, lo cual muchas veces actúa como limitante ala hora de decidir el área a inundar.

Como ejemplo, es posible observar el embalse de Laguna Blanca, en la provincia del Chaco, dentro del valle del río Negro, el cual tiene la característica de poseer un albardón topográficamente alto, con una importante selva de ribera sobre el mismo y con pocas

5.E) SITUADAS SOBRE RÍOS NAVEGABLES O NO NAVEGABLES

Las primeras se emplazan sobre ríos que ya eran navegables o posibles de hacerlo, las segundas, como por ejemplo en ríos de montaña, nunca fueron y algunos no podrán ser nunca navegables.

5.F) VERTEDORAS Y NO VERTEDORAS

Algunas, la mayoría, poseen vertedor de las demasías ó excesos de una creciente posible cuando la presa se encuentra totalmente llena en su vaso. Las no vertedoras no poseen aliviador y tienen los contratiempos de que el agua puede verter por sobre ella, comprometiendo su estabilidad ó de ser antieconómicas en su construcción y sobredimensionado para contener el mayor volumen posible de agua.

5.G) PRESAS DE ALMACENAMIENTO

Su principal función consiste en contener el volumen necesario de agua para abastecer al consumo humano, animal, energético u otro.

5.H) PRESAS DE DERIVACIÓN

Son muy usadas en sistemas de riego, en presas pequeñas; en donde se colecta el volumen disponible, se bombea hacia canales ó sistema de riego propuesto hasta, incluso, agotar lo almacenado y así en el próximo ciclo hidrológico.

5.I) PRESAS DE REGULADORAS

Se construyen para la regulación de caudales o de sedimentos en un río; tienen su principal aplicación en control de lluvias cercano o dentro de ambientes urbanos; también en navegación fluvial.

6) ALIVIADEROS

6.A) POSEEN 3 PARTES BÁSICAS

- La toma de agua: elemento que capta la misma y la dirige a un ducto.
- La conducción: posible que sea a presión atmosférica o dentro de un conducto a presión; la misma incluye la rápida de disipación de energía.
- El reintegro al cauce: el cual debe ser “ordenado” en términos hidráulicos, sin producir erosión, con velocidades admisibles, con un número de Fraude bajo.

6.B) SEGÚN SU RÉGIMEN HIDRÁULICO PUEDEN SER DE 3 TIPOS

- Lámina libre; trabaja a presión atmosférica.
- A presión: por ejemplo dentro de un ducto que lo transporte.
- Mixto: libre y a presión.

6.C) LAS TOMAS PUEDEN SER SEGÚN SU POSICIÓN Y RÉGIMEN HIDRÁULICO

- Superficiales, en régimen libre: son la mayoría.
- Sumergidas: a presión.

6.D) EN CUANTO AL CONTROL DE CAUDALES

- Vertedero de labio fijo: cuando provienen excesos, desbordan el vertedor, el cual se diseña para la capacidad de evacuación máxima posible [NAE].
- Con compuertas: el personal de operación regula e caudal de salida de acuerdo a la regla de funcionamiento del río y del tipo de compuertas constituidas.

6.E) EL REINTEGRO AL RÍO PUEDE SER

- Con trampolín lanzador: es mas usado cuando el aliviadero es independiente.
- Con cuenco amortiguador: normalmente usado a pié de presa del vertedor.

7) PRINCIPALES FUERZAS ACTUANTES

7.A) PESO PROPIO

Es una fuerza pasiva, fundamental y de carácter permanente, que colabora en la estabilidad. Depende de las dimensiones de diseño que se adopte y de los pesos específicos de los materiales usados.

¡¡ Es de suma importancia destacar que la principal solicitación a la que se encuentra sometida la estructura de una presa es la presión del agua !!


7.B) EMPUJE HIDROSTÁTICO

Es una fuerza activa y fundamental. Sus dos componentes principales son: horizontal, denominada H y vertical ó V; siendo la H la más importante en magnitud.

El EMPUJE HIDROSTÁTICO actúa hasta la base del cimiento y no hasta el nivel del terreno natural !!!


Ejemplo: comparación del el empuje de una presa de 100m de altura y 300m de longitud de coronamiento, de sección triangular con la sobrecarga de un puente para autopista con 300m de luz y 20m de ancho.

Empuje = 1/6 x 100m^2 x300m = 1.500.000tn

Sobrecarga del puente = 300m x 20m x 2 tn/m^2 =12.000tn

- El máximo empuje vendrá dado por el máximo nivel del embalse (NMN) y también para los máximos en crecidas (NAP y NAE).

7.C) FILTRACIÓN

- Presión intersticial: debe ser controlada por la red de filtración diseñada y construida.
- Siempre existen pérdida por infiltración: por ello se debe trazar la red de filtración y el filtro correspondiente, que oriente la red y líneas de flujo.
- Se prevé el posible arrastre de material fino por el agua filtrada.
- La presión hidrostática en el interior de la presa se le suma al sistema tensional de fuerzas actuantes.

7.D) EFECTOS TÉRMICOS

Son utilizadas sólo para presas de hormigón y se producen por retracción higroscópica.
Ej: presa del Comahue, con hielo intersticial existente en la presa de material suelto.

7.E) SISMOS

Puede producir dos efectos en la presa:
- Oscilación del terreno de apoyo que se trasmite a la base y estribos de la presa y produce tensiones suplementarias
- Los desplazamientos por este motivo actúan sobre el agua que, por reacción, da lugar a un empuje suplementario sobre el paramento.
- Otro efecto adicional posible sería el oleaje producido y posterior vertido del agua sobre la presa
- Otro efecto es el deslizamiento de los estratos de las laderas del embalse.

7.F) EMPUJE DE SEDIMENTOS

Se producen al disminuir la velocidad del agua al ingresar al embalse (es un efecto producido por la obra de represamiento). Ejerce una presión desde el pié de presa aunque el momento que genera es menor al hidrostático. El empuje se calcula por fórmulas de mecánica de suelos como Rankine.

7.G) OLEAJE

El proceso de oleaje es de carácter intermitente y se produce a alturas de impacto variable sobre el paramento de aguas arriba. El peligro radica en que una presa de materiales sueltos podría sobrepasarla y verter sobre ella. Los empujes dinámicos son de poca intensidad como para tenerlos en cuenta.

Se calcula un resguardo sobre el nivel máximo previsible.


- Otra forma es calcular el fetch o línea de agua (F) el cual es la máxima longitud entre la presa y la orilla más alejada



- Existen algunos métodos de cálculo para la altura de la ola (algunos en función de F), Stevenson propone la siguiente:



aunque la misma es más utilizada para distancias y alturas marítimas puesto que pueden del alturas excesivas para ríos o lagos.

Con el nombre de altura a designamos a la amplitud de la ola.



El empuje se puede suponer, con suficiente aproximación, como doble triangular respecto a la figura y dará un E = 2 x a2 por metro lineal

Ejemplo: H presa = 100m; viento = 80km/h Fetch = 20km; a = 2,5m

⇒ E = 12,5 tn/m lineal
⇒ Momento = 1250 tn.m/m lineal

Estos 2 últimos valores son el 0,25 y 0,75% de los empujes hidrostáticos.

7.H) EMPUJE DEL HIELO

Se lo tiene en cuenta en zonas muy frías y sólo cuando el espesor de la capa es mayor a 20cm, porque si es menor el pandeo por compresión lo absorberá.

7.I) OTRAS SOLICITACIONES

- Frenado de vehículos que circulan por sobre la cresta.
- Viento, cuando las presas son delgadas.

7.J) COMBINACIÓN DE SOLICITACIONES

Como la mayor solicitación es el Empuje hidrostático, es conveniente considerar las situaciones típicas a las que podría someterse el embalse.

Las típicas son cuatro:
- Embalse vacío, durante la construcción: se considera al Empuje como nulo. Tener cuidado con las presiones internas o residuales por efecto de temperaturas o sismos
- Nivel máximo normal (NMN): es el nivel máximo en explotación sin crecidas
- Nivel para la avenida de proyecto (NAP): es superior al NMN, el embalse recibe y lamina la crecida máxima nominal.
- Nivel para la avenida extrema (NAE): superior a la anterior, hay que definir el TR adoptado para esa creciente.

7.K) FILTROS


Tienen dos funciones principales:
- Permeabilidad: controlar el flujo del agua a través de la presa o terraplén.
- Estabilidad: controlando las líneas de flujo, que no provoquen sobrepresión de filtración.



7.L) TIEMPOS DE RETORNOS PARA PEQUEÑAS OBRAS HIDRÁULICAS

Tiempo de Retorno de proyecto para pequeñas obras hidráulicas
(Viessman et al, 1977)



8) ASPECTOS AMBIENTALES

Cuando se toma la decisión de la construcción de una obra de represamiento, sin dudas que se altera el flujo del cauce del río ó arroyo en cuestión: ello es que pasa de un régimen de escurrimiento permanente ó no permanente en dicha sección de paso, funcionando siempre como canal, a un estadio de embalsar toda o parte del agua de paso; utilizándose esta en cualquiera de los aprovechamientos citados en el apartado 2.

Siempre es deseable la realización de un Estudio de Impacto Ambiental (EsIA), aún cuando la legislación no lo prevea, el cual es la base para la Evaluación de Impacto ambiental (EIA), incluida la audiencia pública por la cual se pone a consideración el proyecto a los interesados, vecinos y público en general.

En la EIA es posible considerar y prever un Plan de Gestión Ambiental (PGA) que prevea, promueva y aplique las medidas que minimizen, mitiguen y anulen los impactos negativos y los no deseados; y que potencien los positivos.

Cuando se habla de aspectos ambientales debemos considerar a los aspectos técnicos, como el principal uso por el cual fue decidida la construcción de la presa (irrigación, hidroelectricidad ú otro), los beneficios sociales, económicos, cultural, antropológicos, bióticos (flora, fauna), abióticos (suelo, agua, aire, paisaje).

El detallado y correcto estudio del entorno y su situación actual permitirán la correcta evaluación ambiental y serán de suma importancia en la evaluación de alternativas de proyecto.

Identificar los impactos a producirse tiene dos fases importantes: la etapa de construcción y la de funcionamiento.

En la primera los impactos son generalmente intensos, de corta duración, de medio a gran impacto (en cuanto a su magnitud), de manifestación inmediata, algunos irrecuperables, directos.

En los segundos de larga duración, mínimos, poco recuperables, entre otros; a los cuales se suman las actividades inducidas como riego, actividades recreativas ú otras.

Finalmente la aplicación de un buen Plan de Gestión Ambiental (PGA) correctamente realizado, minimizará y corregirá algunos de los impactos no deseados durante la vida útil de la obra.

BIBLIOGRAFÍA


  • BUREAU OF RECLAMATION. 1972. Diseño de pequeñas presas. Tercera impresión. CECSA. Barcelona, España.
  • FRANZ, A.; COUTO ROCHEDO, A. 1998. Açudagem. Editora Universitaria - UFPel. Pelotas, Brasil.
  • LOPES da SILVEIRA, G.; CABRAL CRUZ, J. 2005. Seleçao ambiental de barragens. Editora UFSM - ABRH. Santa Maria, Brasil.
  • VALLARINO, E. 1995. Tratado básico de presas. Tercera edición. Colegio de Ingenieros de caminos, canales y puertos. Madrid.
  • MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS, TRANSPORTES Y MEDIO AMBIENTE. 1995. Guías metodológicas para la elaboración de estudios de impacto ambiental. 2.Grandes presas. Segunda reimpresión. Madrid.


Imprimir

Compartir:


Votar:

0 comentarios: