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El presente es un documento de trabajo elaborado para el estudio “Estado
del Arte y Prospectiva de la Ingeniería en México y el Mundo”, realizado
por la Academia de Ingeniería de México con el patrocinio del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.
La información así como las opiniones y propuestas vertidas en este
documento son responsabilidad exclusiva de los autores.
La Academia y los autores agradecerán las sugerencias y comentarios de
los lectores para mejorar su contenido y las omisiones en que se haya
incurrido en su elaboración.
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ESTADO ACTUAL Y FUTURO DE LAS PRESAS EN MÉXICO Y EL MUNDO
Contenido
1. Antecedentes. .........................................................................................3
2. Las demandas de agua y sus problemas. .....................................................4
3. Aguas utilizadas. .....................................................................................6
4. La importancia de las presas. ....................................................................9
5. Acciones del Banco Mundial. .................................................................... 14
6. Proyectos de rehabilitación. ..................................................................... 15
7. La importancia del futuro de las presas. .................................................... 16
8. Situación Mundial en cuanto a construcción de presas. ................................ 19
9. Presas sustentables ambientalmente. ....................................................... 21
10. Promotores de presas; argumentos a favor y en contra. ............................ 23
11. Conclusiones ....................................................................................... 36
12. Referencias ......................................................................................... 38
13. Bibliografía.......................................................................................... 39
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ESTADO ACTUAL Y FUTURO DE LAS PRESAS EN MÉXICO Y EL MUNDO
Dr. Humberto Marengo Mogollón
Vicepresidente de la Academia de Ingeniería de México, Coordinador de Proyectos
Hidroeléctricos, CFE, y Profesor de la Facultad de Ingeniería, UNAM
1. Antecedentes.
El hombre y el Ingeniero, al hablar del recurso AGUA, deben de reconocer la
existencia de tres problemas básicos a resolver; su calidad, la escasez y el
exceso de la misma.
Hoy en día se están haciendo esfuerzos importantes para mejorar
substantivamente los estándares de calidad, y puede decirse que la población en
algunos países desarrollados o en vías de serlo están siendo abastecidas por agua
de mejor calidad y que se tratan en su gran mayoría las aguas residuales, como
empieza a hacerse en nuestro país. Esto lamentablemente no sucede en países en
vías de desarrollo o poco desarrollados en los que existen grandes deficiencias en
este aspecto.
En cuanto a la escasez y el exceso, la distribución del agua juega un papel
preponderante. De acuerdo con el crecimiento de la población mundial, que se ha
incrementado de 3,000 millones de habitantes en 1930, a 5,200 millones en 1990,
y se espera alcanzar la cifra de 8,500 millones para el año 2,025, según se señala
en la figura (1).
Figura 1. Población mundial. En la conferencia de las Naciones Unidas efectuada en Nueva Delhi, India, en
septiembre de 1990, se hizo notar que en 1975, 19 países no presentaban
recursos hidráulicos renovables para usos domésticos e irrigación y que habrían
37 para el 2025. El problema de la disponibilidad se torna más elocuente si la
3,000 MILLONES
EN 1930
5,200 MILLONES
EN 1990
6,250 MILLONES
EN EL 2000
8,500 MILLONES
EN EL 2025
POBLACIÓN MUN DIALCRECIMIENTO
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cantidad de agua se relaciona con la región y la población, como se aprecia en la
tabla (1).
País Metros cúbicos por habitante
CANADA 109,000
RUSIA 15,000
ESTADOS UNIDOS 10,000
MEXICO 5,200
ISRAEL 330
ARABIA SAUDITA o JORDANIA 160
EGIPTO 30
Tabla 1.- Disponibilidad de agua (metros cúbicos por habitante).
La actual necesidad para incrementar el suministro de agua sobre una base
sustentable no es sólo un reto para los ingenieros, sino para todo el mundo. No
hay sustituto para el agua, la cual, de hecho, es una cantidad finita que debe
aprovecharse de una manera racional.
2. Las demandas de agua y sus problemas.
Las necesidades de aprovechar los recursos hidráulicos en el mundo se han
incrementado considerablemente en las últimas décadas como resultado
principalmente de:
Un crecimiento sin precedente de la población mundial y un enorme incremento
en la urbanización.
Un crecimiento de las expectativas económicas de las personas.
Una vasta extensión de áreas irrigadas que se han perdido por ineficiencia y
salinización de la tierra.
En el mundo se ha incrementado el uso de recursos naturales y de productos de desecho. En una escala global, hay aproximadamente 1,385 millones de km3 de
agua en el planeta; sin embargo el 97 por ciento es agua de mar y solamente 2,67
por ciento es agua fresca.
Del total de esta cantidad de agua fresca (37 millones de km3) el 76.5 por ciento
está almacenada en los polos y glaciares. Otro 22,9 por ciento está presente como
agua subterránea y una pequeña fracción de solamente 1,500 km3 (o sea el
0.004 por ciento) aparece en algún momento en los ríos del planeta, como se
señala en la tabla (2).
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CONCEPTO
VOLUMEN (KM3
)
PORCENTAJE DEL
TOTAL
AGUA SALADA EN LOS OCÉANOS 1 347,900,000
97,3
LAGOS SALADOS Y MARES INTERIORES 105,000 0,010
AGUA FRESCA 37,000,000 2,655
TOTAL 1 385,000,000 99,965
FUENTES DE AGUA FRESCA (APROXIMADA)
VOLUMEN (KM3)
PORCENTAJES AGUA FRESCA -
TOTAL
HIELO EN POLOS Y GLACIARES 28,200,000
76,5 2,04
AGUAS SUBTERRANEA 800 m PROFUNDIDAD
400-800m PROFUNDIDAD
3,740,000 4,710,00
10,01 0,27 12,8 0,34
LAGOS 125,000 0,340 0,009
HUMEDAD DEL SUELO 69,000 0,190 0,005
VAPOR EN LA ATMOSFERA RIOS
13,500 1,500
0,037 0,001 0,004 0,0001
TOTAL 36,859,000 99,971 12,665
Tabla 2.- Fuentes de agua (cantidades aproximadas).
Aun cuando la cantidad de agua dulce aprovechable pudiera juzgarse más que
suficiente para cubrir las necesidades del ser humano, existen graves problemas en
cuanto a su disponibilidad: Ocurren también variaciones significativas en el tiempo y el espacio puesto que después de cortos períodos de intensas precipitaciones se
presentan largos períodos de estiaje; asimismo, una gran cantidad del agua
subterránea se encuentra a gran profundidad donde se requiere o está presente en
áreas poco pobladas.
Las poblaciones se desarrollan en regiones donde existen pocos recursos hidráulicos;
puede decirse que en México el 80 por ciento de la población se asienta donde se
encuentra el 20 por ciento de ellos.
Al hacer un balance anual del total de la precipitación que se presenta sobre los
continentes, aproximadamente un tercio, o sea (38,820 km3), se registra como
escurrimiento y el resto retorna a la atmósfera como evaporación o transpiración.
Solamente el 36 por ciento de la precipitación, o sea 14,010 km3/año, está
disponible para uso, ya sea por extracción del subsuelo o almacenamientos. El
resto (24,810 km3) escurre como avenidas y es llamada la porción “inestable” del
6
escurrimiento; la cantidad potencial aprovechable de agua fresca por continentes
se señala en la tabla (3).
CONTINENTE
TOTAL
(km3/año)
ESCURRIMIENTO PORCIÓN ESTABLE
(km3/año)
ESCURRIMIENTO PORCION
INESTABLE
(km3/año)
ESCURRIMIENTO ESTABLE PORCIENTO
DEL TOTAL
AFRICA 4 225 1 905 2 320 45
ASIA (excepto URSS)
9 544
2 900
6 644
30
AUSTRALIA 1 965 495 1 470 25
EUROPA (excepto URSS)
2 362
1 020
1 342
43
NORTE AMERICA 5 960 2 380 3 580 40
SUDAMERICA 10 380 3 900 6 480 38
URSS 4 348 1 410 2 974 32
CONTINENTES (excepto los polos)
38 820
14 010
24 810
36
Tabla 3.- Agua fresca disponible por continente.
3. Aguas utilizadas.
A nivel mundial, las aguas utilizadas se han incrementado de 100 km3 en 1700 a
3,528 km3 en 1975 (como se aprecia en la figura 2); de éstos, 2100 km3 fueron
usos consuntivos y 1,400 km3 fue desechado en forma de aguas residuales. Las
necesidades totales para el año 2000 se estima que se aumentarán a 4,640 km3.
3.1 Sector agrícola.
El sector agrícola es el mayor consumidor en la mayoría de los países, ya que
utiliza más del 80% del agua extraída. Desde 1950, el área regada en el mundo se ha incrementado al triple, es decir, aproximadamente a 275 millones de hectáreas
para producción agrícola. Actualmente, casi la mitad del alimento que se consume
en el planeta se produce en solo el 18% de las tierras regadas.
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Figura 2.- Agua utilizada.
La tabla (4) muestra la disponibilidad de agua en los años de 1980 y 2000 como
porcentajes de la cantidad de agua utilizable del total escurrido.
AGUA POTABLE E IRRIGACION TOTAL
AÑO 1980 2000 1980 2000
AGUA UTILIZADA (km3)
3 229 4 272 3 528 4 660
PORCENTAJE ESCURRIMIENTO
DISPONIBLE (9 000)
35.9 47.5 39.2 57.8
PORCENTAJE ESCURRIMIENTO ESTABLE (14 010)
23 30.5 25.2 33.3
PORCENTAJE DEL
ESCURRIMIENTO TOTAL (38 820)
8.3 11 9.1 12
Tabla 4.- Agua utilizada a nivel mundial como porcentaje del escurrimiento.
En una escala global, aproximadamente el 70 por ciento del total del agua
consumida se utiliza para la irrigación y crecimiento de cultivos, 23 por ciento para
la industria y el restante 7 por ciento para propósitos municipales y domésticos.
AGUA UTILIZADACRECIMIENTO
EN 1940 V= VOLUMEN DE AGUA
2 VOLUMEN
EN 1980
4 VOLUMEN EN EL 2000
8
Los usos del agua varían fuertemente entre cada país, fundamentalmente por las
condiciones climáticas, disponibilidad, accesibilidad y calidad de los recursos
hidráulicos y por el desarrollo económico y social del mismo. La utilización del
agua está muy influenciada por la importancia en la economía nacional de la
irrigación requerida para la agricultura.
En 1986, las áreas irrigadas en el mundo llegaban a 265 millones de hectáreas (figura 3) y generaron un tercio de la producción mundial de alimentos. Los países
subdesarrollados son básicamente agrícolas que utilizan del 80 por ciento al 90 por
ciento de los recursos hidráulicos desarrollados.
Figura 3.- Áreas irrigadas.
Indudablemente se requiere mejorar la práctica de la irrigación para reducir las
pérdidas por filtraciones, optimizar la distribución de agua durante el riego y
controlar la cantidad y tiempo de su aplicación para los cultivos, como actualmente
se estudia en nuestro país por parte del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
(IMTA).
Como resultado de la salinización de la tierra se pierden, a nivel mundial, entre
200,000 y 300,000 has de tierras agrícolas. Las eficiencias operacionales podrían incrementarse del 30 ó 40 por ciento a un rango que fluctuara entre el 70-80 por
ciento.
Cuando se comparan las necesidades de agua con el escurrimiento estable, las
diferencias entre los continentes son claras (tabla 5), y en cada caso las demandas
futuras dependerán del crecimiento de la población y la planeación que las
dependencias abocadas a ello tengan previsto realizar.
La utilización del agua está influenciada
por la importancia de la economía
nacional de la irrigación requerida para la
agricultura.
En 1986 las áreas irrigadas en el mundo
llegaban a 265 millones de hectáreas ( 6
millones en México ).
IRRIGACION
La utilización del agua está influenciada
por la importancia de la economía
nacional de la irrigación requerida para la
agricultura.
En 1986 las áreas irrigadas en el mundo
llegaban a 265 millones de hectáreas ( 6
millones en México ).
IRRIGACION
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CONTINENTE
(1) ESCURRIMIENTO
ESTABLE
km3
(2) DEMANDA DE AGUA EN 1980
km3 % DE(1)
(3) DEMANDA DE
ESPERADA PARA EL AÑO 2000
km3 %DE(1)
AFRICA 1905 136.5 7.2 223 11.7
ASIA 2900 1506 51.9 2030 70
AUSTRALASIA/OCEANIA
495 21.5 4.5 28.5 5.8
EUROPA 1020 351 34.4 431 42.2
NORTEAMERICA 2380 690 29 845 35.5
SUDAMERICA 3900 124 3.2 235 6
RUSIA 1410 400 28.4 480 34
TOTAL 14,010 3229 23 4272 30.5
Tabla 5.- Demanda de agua por continente en km3 y como porcentaje del
escurrimiento estable.
3.2 Incremento del suministro de agua.
Desde 1960, frecuentemente se enfatizan las medidas para incrementar
el suministro de agua. Se han planteado cambios aceptables a patrones
sociales para que, armónicamente, puedan desarrollarse los recursos
tecnológicos en concordancia con los aspectos ambientales.
Es muy aconsejable mejorar grandemente las eficiencias en el uso del
agua, almacenarla y conservarla, reciclar las aguas industriales, desalinizar el agua de mar y bombear el agua subterránea. En zonas
áridas, donde la evaporación excede a la precipitación, es factible hacer
la recarga de acuíferos, lo cual debe merecer gran atención por parte de
la ingeniería.
4. La importancia de las presas.
Hay algo majestuoso en una presa grande. Cuando Franklin Roosvelt
inauguró la presa Hoover en 1935, estaba atónito y exclamó: “Vine, vi y
fui conquistado”; ésta fue la primera de las muchas grandes presas en
EEUU.
Para satisfacer la demanda de agua se requieren más embalses
superficiales con el fin de modificar la desigual distribución de la precipitación en el tiempo, y con los acueductos y conducciones, la mala
distribución en el espacio. De esta manera, las presas juegan un papel
10
preponderante, ya que deben conceptuarse como proyectos de
propósitos múltiples que permitan satisfacer las necesidades del
consumo humano, las requeridas por la agricultura y, con el desnivel
creado, la generación de energía eléctrica, vital hoy en día.
Adicionalmente, las presas producen grandes beneficios; el control de
avenidas con la consecuente protección a vidas y propiedades en las llanuras de inundación y la creación de programas de acuacultura y
pesca, así como para recreación.
En los últimos 5,000 años el hombre ha vivido y se ha asentado donde
los recursos hídricos se podían garantizar; cuándo no pudo obtener dicha
garantía, recurrió a construir presas que datan desde las civilizaciones
iniciales; la presa de SAAD-EL-KAFARA se construyó en el año 2600 A.C.
en la cuenca del río Nilo.
Sin embargo, en los últimos 100 años, los ingenieros han desarrollado
metodologías que han permitido incrementar la disponibilidad de
conducir, purificar y transportar el agua y suministrar energía eléctrica. Esta tecnología incluye la producción de energía con cargas altas, su
transmisión a grandes distancias, el desarrollo de la tecnología del
concreto, de la geotecnia con el importante avance en la mecánica de
suelos y de rocas, así como el desarrollo y conocimiento de la mecánica
de fluidos con el consecuente manejo de flujos de alta velocidad.
Sin duda se deben mencionar los avances en la hidráulica de canales, de
tuberías, de la hidráulica marítima y de ríos y costas, así como en la
geohidrología y extracción de agua a grandes profundidades. Es de
comentar también el avance en la mecánica de materiales, metalurgia,
procesos de soldadura, tratamientos térmicos, la expansión en procesos
químicos, saneamiento y purificación del agua, y los procesos físico-
químicos que se interrelacionan con la mecánica de fluidos en el manejo y disposición de las aguas residuales.
Desde este punto de vista, puede mencionarse a la Central Hidroeléctrica
Valentín Gómez Farías (Agua Prieta) en el Estado de Jalisco, que se
proyectó y construyó utilizando las aguas residuales para la generación
de energía, en horas de mayor demanda, para la Ciudad de Guadalajara.
En el diseño, construcción y operación de presas se han registrado
avances significativos. En los últimos 20 años se ha prestado una gran
importancia a las consideraciones de durabilidad y falla de las mismas, y
se ha establecido la base técnica y científica para definir la seguridad que
deben tener las presas y las obras temporales como las de desvío. Se
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han planteado bases científicas para entender los aspectos geológicos e
hidrológicos y la naturaleza y comportamiento de los materiales, así
como las cargas y ciclos a los que las presas están sujetas.
El desarrollo de métodos numéricos y técnicas computacionales permiten
tener un mejor panorama en estos aspectos, y se están haciendo serios
esfuerzos para instrumentar y definir de mejor manera el comportamiento estructural de las presas. A la fecha, los factores de
seguridad se están replanteando, se está tratando de reducir
significativamente el error humano al someterse y actualizarse los
criterios de diseño al consenso internacional. Puede decirse que se están
implantando revisiones periódicas al diseño por parte de grupos ajenos al
mismo, y se está estableciendo a nivel mundial la revisión y análisis de
presas sujetas a sismos y avenidas de gran intensidad.
El futuro en el estudio y desarrollo de este tipo de proyectos está lleno de
retos sumamente interesantes; el análisis dinámico de las presas y su
interacción agua-estructura es un tema que merece especial mención, así
como la comprensión de presas de gran altura con concreto compactado con rodillos y las reacciones alkali-agregados en concreto convencional,
el uso de geotextiles y el comportamiento de presas agrietadas
incluyendo la patología que causa dicho agrietamiento.
No hay duda que las presas diseñadas y construidas hoy en día son más
seguras que las construidas con anterioridad; las antiguas deberán
mostrar, con las medidas necesarias, que quedan dentro de los
estándares establecidos por la práctica profesional.
Antes de 1900 existían más de 1,000 presas construidas a nivel mundial,
según reportes del Registro Mundial de Presas (1984); sin embargo, se
generó un enorme incremento en la construcción de presas a partir de la
mitad del siglo pasado, como se señala en la figura (4). A la fecha, están construidas más de 100,000 presas en el mundo, y se puede decir que
están consideradas como grandes presas a más de 36,000 de ellas, sin
considerar las construidas en China. Se define como grandes presas a
aquellas que tienen más de 15m de altura, las que están entre 10 y 15m
con una longitud de cresta en el vertedor superior a los 500m o en las
que el gasto de descarga supera los 500 m3/s, o bien las que presentan
condiciones complejas para su cimentación.
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FIGURA 4.- Número de presas
El número de presas construidas en los últimos 35 años supera el 85 por
ciento del total. La distribución de presas por continente se muestra en
la tabla (6).
CONTINENTE
1950
1982
1986
EN CONSTRUCCION AFRICA 133 665 763 58
ASIA 1554 4194 4569 430
AUSTRALASIA/ OCEANIA
151
448
492
25
EUROPA 1323 3961 3982 204
NORTE/CENTRO AMERICA
2099
7303
6595
39
SUDAMERICA 884 69
RUSIA 132 18
SUBTOTAL 5260 16 571 17 417 843
CHINA 8 18 595 18 820 183
TOTAL MUNDIAL 5268 35 166 36 327 1026
TABLA 6.- Número de presas de más de 15m de altura (1986).
Más del 78 por ciento de estas presas (36,327) tienen una altura de
entre 15 y 30m, con menos de un 0,1 por ciento (26 presas) que
exceden los 200m de altura.
PRES AS TERMIN ADASPOR AÑO
En los últimos 40 años las presas terminadas
han decrecido gradualmente.
Número de
presas
terminadas
por año
1951 - 1974 : 373
1975 - 1982 : 258
1983 - 1986 : 211
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Resumiendo, se puede decir que existen muy pocas presas de más de
300m de altura, decenas de más de 200m y cientos de más de 100m
(figura 5).
Figura 5.- Presas construidas.
A la fecha, las presas almacenan más de 5,500 km3 de agua; de este
volumen dos terceras partes está disponible como volumen útil y el resto
es la llamada capacidad muerta. Esta capacidad útil de 3,660 km3 añade
un 26 por ciento a la porción estable del escurrimiento medio anual de los
ríos (14,010 km3) del mundo entero.
Durante los años 50´s a los 80´s, el número de presas terminadas
decreció gradualmente, como se muestra en la tabla (7).
PERIODO NUMERO
1951-1974 373
1975-1982 258
1983-1986 211
Tabla 7.- Número de presas terminadas anualmente.
Es significativo que más de 200 presas fueron terminadas en 1989, de las
cuales el 80 por ciento superaron los 30m de altura y el 1 por ciento los
100m. También, 12 muy grandes presas superaron los 150m de altura,
con un volumen de más de 15 millones de m3 en la construcción de la cortina y una capacidad de más de 25 km3 en el almacenamiento.
En los últimos 35 años el 85% del total.
36,327 ( 78% del total ), tienen una altura
entre 15 y 30m.
Solo 26 presas ( 0.1% ) exceden los
200m de altura.
Presas construidasPresas construidas
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Algo más de 45 grandes presas estaban en construcción en 1989 y 48 en
1990 como se muestra en la tabla 8. Estos números se han mantenido
constantes en los últimos años.
LOCALIZACION EN 1989 EN 1990
CANADA 0 1
AMERICA-LATINA 20 17
CHINA 6 7
ASIA 6 8
TURQUIA 5 1
INDIA 3 4
EUROPA 2 4
RUSIA 2 2
AFRICA 1 4
TOTAL 45 48
Tabla 8.- Presas de más de 150 m de altura en construcción a nivel
mundial.
5. Acciones del Banco Mundial.
Según P. N.Gupta y G. Le Moigneel (1996) en el mundo existen más de 36
000 grandes presas de más de 15 m de altura. Aproximadamente la mitad
de ellas se encuentran en China y las demás se localizan en el resto del
mundo. Aproximadamente el 80% de estas presas tienen alturas menores a
30 m y sólo el 1% son presas cuya altura excede de 150 m. La mayoría de
ellas son presas de tierra y su número aproximado se muestra en la tabla
(9).
TIPO DE PRESA PORCENTAJE
TIERRA 75
CONCRETO GRAVEDAD 10
ENROCAMIENTO 7
ARCO/ARCOS MÚLTIPLES, CONTRAFUERTES
6
MAMPOSTERIA/CCR 2
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Tabla 9. Grandes presas; distribución por tipo en porcentaje.
La política que el Banco Mundial ha seguido recientemente es:
A mediados de los años 80’s el banco financiaba 5 o 6 proyectos al año,
que representa el 2 por ciento del total (300 presas de más de 15 m de
altura), de las cuales la mitad están en China.
Actualmente las presas han bajado en número en lo que a construcción se refiere ( 150 por año) como resultado de las rígidas medidas
ambientales y de asentamientos.
Actualmente el banco está financiando 1 o 2 nuevos proyectos por cada
año que es aproximadamente 1% del total.
El banco, a cambio, está financiando en forma creciente proyectos
existentes encaminados a incrementar irrigación, generación de energía
y/o abastecimiento de agua de presas existentes (más de 15
proyectos/año). En estos casos se requiere hacer un serio esfuerzo para incrementar la seguridad de las presas.
El banco ha financiado varios tipos de proyectos relacionados con presas
que incluyen:
Nuevos proyectos ambientalmente sustentables.
Proyectos de generación, irrigación y/o suministro de agua en presas
existentes.
Proyectos en presas existentes de rehabilitación que incluyan
necesariamente la seguridad de presas.
6. Proyectos de rehabilitación.
Hay varios proyectos de rehabilitación financiados por el banco mundial a
escala nacional. Como ejemplos, los proyectos con consideraciones de seguridad en la India e Indonesia específicamente cubren:
Identificación de presas con problemas críticos de seguridad.
Identificación de la realización de acciones de seguridad.
Rehabilitación de presas no seguras, incluyendo la re-evaluación de
hidrología, la avenida de diseño y la rehabilitación de la capacidad de
vertedores.
Identificación del impacto ambiental a partir de trabajos adicionales para
la seguridad de presas y medidas de mitigación.
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Instituir la formulación y regulación de la seguridad de presas,
incluyendo planes de emergencia, y
Entrenamiento de profesionales locales en al monitoreo y seguridad de
presas.
7. La importancia del futuro de las presas.
Se ha estimado que la población crecerá en más de 3000 millones en los próximos 30 años. El requerimiento total de comida se incrementará en
más de 55 por ciento, equivalente a más de 800 millones de toneladas de
comida adicional (Tabla 10). Hay, por tanto, un continuo incremento en la
demanda de desarrollo de recursos de agua adicional, particularmente en
la irrigación. De la tabla 10 se puede concluir que se requiere implantar y
desarrollar más y más recursos hidráulicos renovables.
PORCENTAJE DE TIERRAS BAJO IRRIGACIÓN
PAÍS ÁREA IRRIGADA
(104 km2)
PORCENTAJE DE ÁREA
CULTIVABLE
CHINA 45 45
INDIA 39 25
ANTERIOR URSS
17 7
PAKISTÁN 14 70
IRÁN 5.8 37
INDONESIA 5.3 32
MÉXICO 5.0 21
TAILANDIA 2.6 15
TABLA 10. Porcentaje de tierras bajo irrigación.
En cuanto a generación de energía, hay también una gran diferencia entre
el suministro y la demanda, particularmente en lo que a la demanda pico
se refiere, en la mayoría de los países en desarrollo.
Mientras que existe entre 80 y 85% del potencial hidroeléctrico
aprovechado, sólo entre un 5 y 12% ha sido explotado en la mayoría de
los países en desarrollo (en México sólo el 20%).
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En ausencia de los recursos hídricos adicionales para desarrollar
hidroelectricidad, más y más combustibles fósiles serán usados para
satisfacer la creciente demanda, resultando necesariamente en mayor
producción de bióxido de carbono (CO2). De acuerdo a la Convención de
Cambios Climáticos realizada en 1997 en Río de Janeiro, se han
incrementado las investigaciones científicas acerca del efecto invernadero;
esto ha resultado en la conclusión de un incremento en la temperatura media en el mundo, el incremento del nivel del mar, un daño mayor a los
ecosistemas, incremento en sequías y productividad perdida en
importantes regiones agrícolas. Los países en desarrollo son los que están
más seriamente afectados, con incrementos en riesgos de escasez,
sequías y avenidas desastrosas en áreas y regiones costeras.
Muchos países están imponiendo impuestos al carbón, en rangos de
US$20/t a US$200/t de carbón; éstos son Holanda, Suecia y Gran
Bretaña, para dar un trato justo a la hidrogeneración. Otros países
deberían seguir este curso.
Las presas futuras, previendo que sean cuidadosamente planeadas,
diseñadas para ser ambientalmente sustentables y completamente
aceptables pueden jugar un papel preponderante en las fronteras de varios países y promover el progreso y paz entre países vecinos. Hay
varios ejemplos de esto, tales como: Bhakara, Tarbela y Mangla entre
India y Pakistán, Itaipú entre Paraguay y Brasil. Hay varios proyectos a
futuro que también tienen el potencial de promover relaciones
internacionales muy importantes: Salwen entre Burma y Taylandia,
Pancheshwar (Napal) entre Nepal e India, Boca del Cerro entre México y
Guatemala.
También las implicaciones siempre crecientes de condiciones de avenidas
y sequías que han sucedido recientemente (China, India, Bangladesh,
Canadá, EEUU, México, Centroamérica, etc), requieren de proyectos de
almacenamiento de agua. La construcción de presas requiere la solución
conjunta de las necesidades adicionales de agua para irrigación,
hidrogeneración y demandas domésticas e industriales, así como también para reducir los desastrosos efectos de avenidas y sequías extremas, las
cuales continuarán en el mundo en el futuro.
El banco mundial opina que con rígidos requerimientos respecto a los
aspectos ambientales y de seguridad, las presas necesarias se construyan
en países desarrollados y sean ambientalmente sustentables, económicas
y viablemente seguras. Para afrontar los tremendos retos en el manejo de
recursos hidráulicos, será necesario construir nuevas presas
ambientalmente sustentables en un futuro inmediato.
Las oportunidades en el futuro para el desarrollo de la hidroelectricidad
son enormes en países en desarrollo, ya que en muchos el potencial
18
explotado no supera el 10 por ciento del identificado; en México, dicho
potencial es del orden de un 20%. Tomando como base la explotación
mundial, sólo el 14.5 por ciento en 1989 del potencial total identificado ha
sido explotado, como se muestra en la tabla (9).
REGION POTENCIAL GENERADO
1988
%DEL
POTENCIAL
RUSIA 3 831 000 219 800 5.74
SUDAMERICA 3 189 300 330 558 10.36
ASIA 2 280 700 170 937 7.49
CHINA 1 923 304 109 177 5.68
AFRICA 1 153600 35 775 3.10
CANADA- EUA 968 982 536 127 55.33
EUROPA-OESTE 910 000 436 269 47.94
AMERICA-CENTRAL 346 000 32 242 9.32
AUSTRALIA 202 000 36 945 18.29
EUROPA-ESTE 163 000 49 107 30.13
JAPON 130 524 87 384 66.98
TOTAL MUNDIAL 15 099 310 2 044 296 13.54
Tabla 9.- Potencial hidroeléctrico en Gwh/año en 1988
La tabla 10 muestra el potencial hidroeléctrico en México subdividido por
regiones hidrológicas; es de hacer notar que de 562 proyectos
identificados como posibles para su explotación y desarrollo, se han
construido únicamente 53 (existen 80 centrales hidroeléctricas, 27 de
ellas sin presa).
REGIÓN EN ESTUDIO
(1) (2)
EN PROYECTO
(1) (2)
APROVECHADO
(1) (2)
TOTALES
(1) (2)
PACÍFICO
NORTE
131 25710 8 5004 19 6 765 158 37 479
PACÍFICO
SUR
119 22360 9 3 928 14 9 381 142 35 889
GOLFO 129 25324 5 2 171 11 4 099 145 31 594
19
SURESTE 92 6107 6 7 212 6 13 677 104 47 093
NORTE 8 568 2 262 3 366 13 1 196
TOTAL 479 100166 30 18 577 53 34 288 562 153 031
(1) Número de proyectos, (2) Generación en Gwh.
Tabla 10.- Potencial hidroeléctrico en México.
El número de plantas de re-bombeo en el mundo está incrementándose
rápidamente. Para efectos comparativos, se puede señalar que un 25 por ciento de la capacidad instalada en los Estados Unidos obedece a este tipo
de plantas construidas en los últimos 14 años. En nuestro país todavía no
se ha instalado ninguna central con este tipo de máquinas. El número de
proyectos de re-bombeo instalados a nivel mundial en 1990, fue de 326
como se señala en la tabla (11).
PAIS NÚMERO DE PROYECTOS
ALEMANIA 38
JAPON 38
ESTADOS UNIDOS
37
FRANCIA 30
ITALIA 23
ESPAÑA 22
SUIZA 18
AUSTRIA 17
TOTAL 326
Tabla 11.- Proyectos de bombeo (a nivel mundial).
8. Situación Mundial en cuanto a construcción de presas.
En la actualidad, la construcción de nuevos proyectos se enfrenta a
numerosos obstáculos:
Impedimentos físicos; los mejores sitios, desde el punto de vista
geológico, topográfico, etcétera, ya han sido aprovechados; al inundar
tierras fértiles y reubicar a las personas afectadas surgen muy serios
problemas.
Limitaciones importantes, al considerar la situación financiera
(generalmente local).
20
Restricciones de mercado en los sitios en los que existe
disponibilidad de potencial hidroeléctrico, que en ocasiones excede la
demanda de energía.
Impactos económicos en el costo de construcción y operación de
las presas, así como el efecto de los aspectos sociales, ambientales y
culturales.
Problemas políticos; a escala nacional si la ubicación de la nueva presa se localiza entre dos estados, y a escala internacional si los
involucrados en la construcción son dos o más países.
Obstáculos institucionales, cuando las dependencias
gubernamentales intervienen en la definición de la solución técnica más
apropiada.
Para cada caso, estos obstáculos deberán identificarse y estudiar su
solución para un aprovechamiento integral de cada proyecto.
Sin duda aparecen también conflictos entre los intereses de distintos
grupos de personas; mientras que algunos se oponen totalmente a la
construcción de presas, argumentando grandes inconvenientes desde el
punto de vista ambiental, político y social, otros quieren que se
construyan estos proyectos sin tomar en cuenta estos aspectos.
De hecho, se debe reconocer que las prioridades de la sociedad han
cambiado en relación con las décadas anteriores. Los ingenieros ocupados
en el diseño y construcción de presas, así como los dedicados a
incrementar la oferta de agua para la sociedad, debemos establecer que
es necesario estudiar cuidadosamente cada proyecto desde su etapa de
planeación, evaluando los impactos y beneficios sociales y ambientales, e
incorporar ambos en la evaluación económica de los proyectos.
El aumento en la demanda de agua viene aparejado con el de la
población y, sin duda, se requiere acrecentar significativamente las áreas
de riego, capacidad en las plantas hidroeléctricas y de re-bombeo, e
incrementar la regulación de avenidas.
Según la revista Vital Signs de 1995 con datos del ICOLD 1993, la distribución de construcción de presas de más de 10m de altura en
diversos países del mundo es:
China con 85 nuevos proyectos además de los 311 de los ya iniciados.
Turquía con 81 nuevos proyectos y 190 ya iniciados.
India 48 nuevos y 16 iniciados.
EEUU 30 nuevos proyectos y 55 iniciados.
21
En total, en el mundo, se tenían (datos del ICOLD) globalmente 322 nuevos
proyectos y 1212 iniciados. La construcción de presas de más de 100 m
alcanzó un 27% entre 1991 y 1993 y la mitad de éstas se estaban
construyendo en China, Japón y Turquía.
Los argumentos conservacionistas establecen que las presas deben dejar de
construirse porque:
Desplazan población indígena.
Destruyen bosques y vida salvaje.
Contribuyen a la degradación de la calidad del agua y a la expansión de
las enfermedades.
Salinizan las tierras y
Causan temblores.
9. Presas sustentables ambientalmente.
Con el crecimiento poblacional mundial de 5,500 millones de seres
humanos, no es ya posible reunir o cumplir con los requerimientos de
agua para irrigación, consumo y generación de energía eléctrica, y con el
crecimiento de la población mundial de 100 millones por año, será
imposible cumplir con los requerimientos de agua con el presente ritmo de construcción de presas y proyectos de recursos hidráulicos, aún sí todos
los recursos fueran aprovechados (lo cual no es cierto).
Hay un tremendo reto para incrementar la oferta de agua con la
construcción de nuevas presas que implican requerimientos sociales de
reasentamientos y que sean técnica y ambientalmente factibles. Se han
hecho importantes contribuciones por un gran número de ambientalistas,
y ellos han jugado un papel vital y positivo en el entendimiento de los
ingenieros de presas, así como brindar el soporte necesario en cuanto a la
planeación y elaboración de proyectos ambientalmente sustentables.
El Banco Mundial ha avanzado hacia un mejor entendimiento de aspectos
ambientales y de políticas equitativas de reasentamientos. La protección
del ambiente, la ecología y la vida salvaje, y la mitigación de efectos
ambientales adversos son ahora el foco de atención ( Ghazi Buzotha –Pakistán, Aguamilpa, Zimapán, México).
9.1 Desplazamiento de población indígena
La construcción de presas con grandes almacenamientos puede estar
asociada con el desplazamiento de poblaciones locales en el área afectada.
Se puede observar lo siguiente:
22
Los estudios de factibilidad de grandes presas toman en cuenta la
compensación por daños de poblaciones, caminos, cementerios y otros
aspectos; es muy probable que a este nivel de estudios se pueda desechar
un sitio o proyecto si los costos son muy altos.
En general las presas no se planean para inundar áreas densamente
pobladas. Frecuentemente la calidad de vida de la población indígena
desplazada era muy baja y se presentó la oportunidad de mejorar ésta; sin duda, la construcción de grandes presas puede, en ocasiones, ofrecer
tales oportunidades. Sí la gente prefiere seguir viviendo como lo hace, se
le indemniza o se traslada a donde prefiere.
Hay varios ejemplos recientes en México: Zimapán y Aguamilpa, en
Europa en el proyecto Iron Gates en el Danubio con capacidad de
2100MW; el costo de compensación de propiedades representó un 30% de
un nuevo centro urbano y la reubicación de 10 000 habitantes.
9.2 Destrucción de bosques y vida vegetal.
El ejemplo más dramático es la pérdida de bosques y fauna en el
Amazonas, en que los proyectos actuales han inundado cientos de km2;
sin embargo, debe señalarse que el plan maestro que se tiene para dentro
de 20 años, considera inundar 600 000 km2 que representa 1 por ciento del total de 5 x 106 Km2 que hay en total.
El almacenamiento de las grandes presas regula las grandes avenidas
aguas abajo, incrementando significativamente la protección de bosques,
vidas y propiedades.
Las áreas boscosas que se pierden a nivel mundial por efecto de las
presas, representa menos del 10% de las pérdidas que resultan de
acciones humanas como incendios, lluvia ácida y deforestación intensiva.
Vida salvaje.- La intensidad del problema es proporcional al tamaño
relativo de las áreas incendiadas con la biocenosis de los respectivos
ecosistemas. La formación de almacenamientos pueden matar insectos y
reptiles durante el primer llenado, pero no necesariamente representa la
destrucción total de vida salvaje.
9.3 Degradación de calidad del agua y extensión de desastres.
Ocurre en grandes embalses y al analizar los casos específicos se tiene:
Descomposición de vegetación, la cual, si no es retirada antes del
almacenamiento, facilita el crecimiento de algas altamente tóxicas.
La formación de zonas pantanosas en zonas que periódicamente se
inundan produce agentes nocivos, especialmente en climas tropicales.
23
La eutrofización es un proceso que tiene un disturbio del previo
balance ecológico y sus condiciones (relaciones entre nutrientes
disponibles y especies vivas).
La salinización de tierras puede ocurrir en climas tropicales con
altas temperaturas, pero se puede evitar al drenar apropiadamente
los terrenos.
Según el ICOLD y al USCOLD después de cuidadosas investigaciones, no hay una evidencia confirmada de la correlación entre grandes
presas y la sismicidad inducida.
10. Promotores de presas; argumentos a favor y en contra.
Las grandes presas no son un propósito por sí mismo, pero permiten mejorar
los escenarios en cuanto a humedad y a sitios turísticos y un mejor
aprovechamiento de los recursos hidráulicos; en cualquier caso hay proyectos
múltiples:
Presas altas para concentración de carga, y el uso del potencial de un
río, como Angostura, Infiernillo, Zimapán, en energía pico a bajo precio,
renovable y como potencia de reserva de energía; permitiendo la
generación térmica en base; ahorrando, además, importantes cantidades de combustibles fósiles.
Los embalses permiten el tránsito de avenidas y su manejo, reduciendo
la frecuencia y proporcionando protección contra inundaciones.
El almacenamiento de agua permite almacenarla para varios usos; riego,
generación, consumo humano e industrial, etc.
No hay sustitutos para las presas como componentes principales para el
manejo de recursos hidráulicos. La Ingeniería de Presas representa la punta
de lanza en la ingeniería y desarrollos regionales; cabe resaltar que 2/3 de
las grandes presas en el mundo se han construido en las últimas 3 décadas.
Debe señalarse, en cuanto a impacto ambiental, que del reporte de 37
000 grandes presas listadas en el registro del ICOLD sólo pocos impactos
ambientales han ocurrido; diseñando adecuadamente se tienen impactos
adversos mínimos.
Como ejemplo ilustrativo puede señalarse que la presa Aswan en Egipto
no ha producido efectos adversos en el río Nilo; fundamentalmente porque
la presa fue proyectada y construida con tantos desagües de fondo como
se requirieron para dejar pasar las grandes avenidas del Nilo y las cargas
de sedimentos correspondientes.
La conclusión lógica es que los recursos hidráulicos no son ilimitados y en
un proyecto se deben observar criterios ambientalmente compatibles. El
24
concepto de protección de los recursos hidráulicos viene en paralelo con
su utilización, y se ha seguido la idea de abandonar el criterio de
aprovechar al máximo el flujo de un río.
El hombre debe entender que es parte de la naturaleza, no su director. A
la fecha no hay leyes aceptadas de cómo hacer compatible la construcción
de presas y no debe ser una lucha; sin embargo, pueden establecerse
criterios generales. Las organizaciones profesionales; nacionales e internacionales deberán tomar medidas urgentes en este contexto.
10. Tendencias actuales en el diseño de presas
10.1 Introducción
Hay una gran experiencia en el diseño y construcción de presas en el
mundo; sin embargo, en los años recientes las tendencias en el diseño de
las mismas están enfocadas a reducir significativamente los costos de
estos proyectos. En esta sección se presentan las tendencias que se
siguen en México y en diversos países para lograr que las presas y los
proyectos hidroeléctricos sean más seguros y, al mismo tiempo, cumplan con la funcionalidad para la cual sean concebidos.
10.2 Marco de referencia.
Hay muchas referencias de la necesidad de construcción de presas
(Marengo, 1995, 1999) y existen varias razones por las cuales deben
construirse; sin embargo hoy en día se enfrentan varios obstáculos para
su realización, pero no hay sustitutos para las presas como componentes
principales para el manejo de los recursos hidráulicos. La Ingeniería de
Presas representa hoy en día la punta de lanza en la ingeniería en los
desarrollos regionales (Goodland, 1996).
No puede haber mejoramiento ambiental ni de los estándares de vida de la población en el futuro, sin la realización de importantes desarrollos
adicionales de grandes proyectos de infraestructura hidráulica por lo cual
las presas son imprescindibles. En los últimos 100 años los ingenieros han
desarrollado metodologías que han permitido incrementar la disponibilidad
de conducir, purificar y transportar el agua y suministrar la energía
eléctrica.
Para los estudios de comportamiento de las presas se reportaron 15,800
grandes presas distribuidas en 33 países hasta 1975 (Marengo, 1998a),
como se muestra en la tabla 12, en la que se indican cuatro tipos de
presas de concreto: gravedad (G), arco y arcos múltiples (A),
25
contrafuertes (C), mampostería (M) y dos tipos de materiales sueltos:
tierra (T) y enrocamiento (E). Cabe señalar el bajo porcentaje de presas
de enrocamiento construidas hasta esa fecha, en comparación con las de
tierra, fue debido fundamentalmente a que el desarrollo de la mecánica de
rocas ha sido reciente, por lo que no se habían escogido este tipo de
presas.
E G A C M
9890 (62.6%)
760 (4.8%)
3970 (25.1%)
760 (4.8%)
280 (1.8%)
140 (0.9%)
Tabla 12. Distribución de 15,800 grandes presas construidas en el mundo,
por tipo de presa.
En la actualidad, prácticamente en todos los países dónde se construyen presas la fuente de repago de las mismas proviene de las plantas
hidroeléctricas, al ser la generación un producto que se genera en forma
constante y tiene siempre un consumo creciente. Así, para que sean
satisfactores sociales y que ambientalmente no causen grandes impactos
negativos, será necesario construir las nuevas presas en un futuro
inmediato de tal manera que resulten económicamente factibles,
socialmente deseables y ambientalmente sustentables. Cabe señalar que
en diversos países, fundamentalmente en vías de desarrollo, hay un claro
repunte en la construcción y licenciamiento de pequeños y medianos
proyectos, debido a que, por una parte, entró en vigor el tratado de Kyoto
que impone serias restricciones en la producción de bióxido de carbono y,
por otra, los precios de los hidrocarburos han incrementado su valor
significativamente durante los años recientes (2004, 2005 y 2006).
10.3 Presas económicamente factibles.
El hecho de poder hacer esquemas factibles de presas y proyectos
hidroeléctricos, forzosamente obliga a desarrollar esquemas
económicamente competitivos con respecto a otras fuentes de
almacenamiento de agua y generación de energía. Sin embargo se debe
insistir en el concepto de construir presas de propósitos múltiples que
permitan ofrecer un mejor desarrollo regional integral, como es el
proyecto que recientemente ha desarrollado la CFE en La Partota, Gro.
(Marengo, 2006). Para que esto suceda, es necesario que las presas
TIERRA Y ENROCAMIENTO
10 650 (67.4%)
CONCRETO Y
MAMPOSTERIA
5150 (32.6%)
26
cumplan con las funciones para las que fueron concebidas, y sean lo más
económicas posible, cumpliendo también con los requisitos de seguridad,
aspectos que deben cumplirse desde el diseño de las mismas.
10.4 Aspectos de seguridad de presas.
La seguridad de presas ha despertado una preocupación plenamente justificada a nivel mundial, ya que la súbita liberación de miles de
toneladas de agua sobre asentamientos humanos importantes puede
causar enormes pérdidas humanas y materiales, además de graves daños
al medio ambiente; es decir, las presas no deben fallar (Marengo, 1998a).
Un análisis de seguridad permitirá (Marengo,1994 construir presas más
seguras y económicas, corregir algunas de las construidas con criterios
audaces y tomar en cuenta la confiabilidad que deben tener estructuras
temporales como las obras de desvío. La seguridad por sí misma debe ser
una consideración de gran importancia para el ingeniero civil (Marengo,
1998a), ya que deben tomarse en cuenta todos los factores que
razonablemente pueden ser identificados.
De hecho, la seguridad de presas depende de tres factores
predominantes: diseño, calidad de construcción y mantenimiento-
operación. En cuanto al diseño, los criterios usuales de factores de
seguridad están empezando a ser cuestionados, empleándose cada vez
más los criterios probabilísticos; estos son más científicos y el concepto de
confiabilidad está inherente, aunque algunos expertos aún no lo
consideran aceptado por la profesión. Sin embargo, hoy en día se están
haciendo esfuerzos importantes para que puedan adoptarse en el diseño
de presas y en la revisión de algunas de las ya construidas, lo cual
permitirá tomar las medidas necesarias para que las nuevas presas sean
más seguras y económicas, y para que las ya construidas también
resulten así.
Es importante mencionar que en la etapa de diseño, como sucede en otros
países, debe implantarse un panel que revise el diseño del consultor o del
grupo que lo efectúa y que, además, lo haga oportunamente para que las
medidas que se consideren necesarias se puedan llevar a cabo.
La construcción es probablemente el aspecto más difícil de todos, ya que
en la gran mayoría de estas obras existen compromisos políticos y
sociales que obligan a cumplir un programa en tiempo y costo, que en
muchas ocasiones no son compatibles con la calidad requerida en las
bases de diseño y la realidad de la obra. Además, la mayoría de las veces
el grado de supervisión varía enormemente de un país a otro, y también
27
presenta diferencias dentro de una misma institución; por ejemplo,
muchos clientes piensan que pagar una supervisión adecuada es
superfluo, lo cual puede acarrear graves consecuencias.
En cuanto al mantenimiento y la operación, el grupo de diseño y el
supervisor deben formar parte del comité de inspección de la presa que se
está revisando y operando, ya que conocen y están íntimamente ligados con el proyecto y con los detalles que lo componen. De esta manera el
monitoreo y verificación del comportamiento de la estructura pueden ser
verdaderamente efectivos. Lamentablemente estos aspectos no se
consideran actualmente en muchos países, y se toman en cuenta sólo
cuando aparecen fenómenos extremos o crisis.
10.5 Tendencias de diseño
10.5.1 Avenidas de diseño.
Dentro de los métodos que se usan para la estimación de avenidas de
diseño están los empíricos, el análisis de frecuencia de avenidas y el enfoque meteorológico. Todos ellos han sido sujetos de numerosos
estudios y comentarios, aunque cabe aclarar que el ICOLD (1992)
menciona que se debe prestar especial atención en recabar todos los
datos posibles de las cuencas en estudio, y que las agencias deberán
hacer énfasis en estimar con todos los métodos posibles las avenidas de
diseño, ya que pueden presentarse estimaciones que son
complementarias entre los diversos métodos en estudio. En este aspecto,
cabe señalar, la necesidad de optimizar los esquemas de obra como se
han hecho en diversas partes del mundo, y ahora en nuestro país
(Proyecto La Parota, CFE, 2005), para excavar con un mismo canal de
llamada las obras de generación y excedencias. Desde este punto de
vista, el hecho de profundizar los canales de llamada de la obra de
excedencias permitirá tener un mejor diseño hidráulico del vertedor, así como extraer roca más barata para el cuerpo de la cortina al mismo
tiempo.
10.5.2 Obras de desvío.
En un examen global, de acuerdo con la práctica usual de la ingeniería, se
considera que las obras de desvío se diseñan desde el punto de vista
hidrológico con períodos de retorno que oscilan entre 30 y 50 años para
las presas de tierra y enrocamiento, y de 10 a 20 años para las de
concreto.
28
En una revisión hecha por Marengo (2005), se constató que en la mayoría
de los casos en los que han ocurrido fallas en las obras de desvío, los
niveles de seguridad adoptados fueron solamente una pequeña fracción de
los requeridos, comparados con los que se consideraron al término de la
construcción de las presas. Sólo 5 proyectos de los 90 revisados tuvieron
obras de desvío con la capacidad congruente y con un nivel de seguridad
similar entre la obra de desvío y la de excedencias (vertedor).
Los aspectos relevantes que indica el autor (2005), del porqué se le da
tan poca atención a la seguridad de presas durante la construcción son:
a) El problema se ha analizado tradicionalmente como los daños que se
pueden ocasionar aguas abajo de la presa en construcción. Sin embargo
debería considerarse, además de los daños ocasionados a las propias
estructuras, la pérdida económica por no generación de energía cuando
sea éste el propósito de la presa, ya que en ocasiones el costo de la
misma puede ser muy significativo.
b) En muchas ocasiones los daños causados se consideran responsabilidad del constructor, sin importar las consecuencias.
c) Hay una noción irracional de que la avenida máxima de diseño no
puede presentarse durante la construcción debido al corto tiempo que ésta
dura.
Sin embargo, las consideraciones anteriores son totalmente contrarias a la
evidencia hidrológica; muchas avenidas extremas destructivas han
ocurrido durante la construcción de grandes presas, tales como Kariba,
Oros, Aldelavilla, Akocombo, Cahora Bassa, Tarbela y Aguamilpa en 1992.
En algunos de los casos mencionados se presentaron avenidas del orden
de 2/3 de la PMP o de la AMP1, que causaron daños severos y rebasaron
de manera significativa las obras de protección. Una notable excepción (Fahlbusch, 1999) fue en la presa Mangla, donde la obra de desvío se
diseñó para un periodo de retorno de 1000 años.
De hecho, las obras de desvío (Marengo, 2005) deben diseñarse de tal
manera que las avenidas de diseño puedan pasar por la obra sin que se
tengan graves daños en la misma y que la población que se encuentra
aguas abajo de la presa en construcción quede protegida.
En un estudio del Riesgo de Falla por Desbordamiento de Aguamilpa en
1992 Marengo (1998b) encontró que los sucesos presentados ocasionaron
1/PMP Es la Precipitación Máxima Probable y AMP es la Avenida Máxima Probable.
29
un escurrimiento que causó una falla total por desbordamiento de la
ataguía, la cual no fue catastrófica debido a que el avance de la presa
(cortina) era considerable y permitió que el recinto entre la ataguía y la
cortina se llenara, equilibrando las presiones.
Este estudio permitió definir que la probabilidad de falla del sistema
arrojó:
i) capacidad de resistir las avenidas con gastos asociados a Tr=126 años,
que son 2.5 veces superiores a los obtenidos con el criterio determinístico
(Tr=50 años);
ii) las condiciones que realmente se presentaron en el sitio, con un gasto
de 9,334 m3/s y elevación del embalse a la 123.60 msnm,
correspondieron a un período de retorno Tr= 311 años, valor fuera de lo
usual para este tipo de diseños;
iii) al estudiar las aplicaciones constructivas se encontró que con las
condiciones originales de diseño (ataguía de 55m de altura y túneles excavados en roca de 16.00m de ancho), con sólo colocar concreto
hidráulico en la plantilla el período de retorno pasa de 126 años a 168
años;
iv) al colocar además del concreto hidráulico en la plantilla, concreto
lanzado en paredes y bóveda, se alcanza un período de retorno conjunto
de 433 años, con el cual el esquema original hubiera permitido transitar la
avenida sin presentarse el desbordamiento.
La aplicación de estos estudios (Marengo, 2005) ha permitido que en la
CFE se construyeran en el P.H. El Cajón y se diseñaran para el P.H. La
Yesca, túneles con rugosidad compuesta (figura 6) -criterio novedoso a
nivel mundial- que permitió ahorrar un túnel de desvío de 14x14m (con un costo estimado de 25 millones de dólares) e incrementar la seguridad
de la obra de desvío al alcanzarse la posibilidad de manejar un gasto de
diseño de 8,301m3/s (asociado a un periodo de recurrencia de 100 años).
Esta práctica se recomienda ampliamente para futuros proyectos.
30
Figura 6. Túnel de rugosidad compuesta del P.H El Cajón, vista hacia
aguas arriba.
10.6 Costos de las presas.
A la fecha las tendencias en el diseño y construcción de presas se está
modificando significativamente; las presas de gravedad con concreto
convencional han dejado su lugar a las presas construidas con concreto
compactado con rodillos (CCR), las de materiales graduados a las presas
de enrocamiento con cara de concreto (ECC), y en valles estrechos se
seguirán construyendo presas de arco bóveda.
La razón fundamental de estas tendencias es el costo de las mismas, ya
que mientras 1m3 de concreto convencional puede costar del orden de
$150 USD/m3 o más, las de CCR alcanzan valores promedio de $70 USD/m3. En China, en la presa de Longtan de 7,500,000m3, se está
colocando el CCR con un precio del orden de $40 USD/m3. Por otra parte,
la presa de La Miel en Colombia, de 187m de altura, ha establecido la
posibilidad de construir éste tipo de presas con alturas de 200m o
superiores.
Todavía se plantean esquemas de construcción de presas con materiales
graduados; sin embargo, las presas de enrocamiento con cara de concreto
ofrecen esquemas muy confiables y con volúmenes menores de
colocación. El ejemplo más ilustrativo es en el P.H. La Parota, Gro; la
cortina de materiales graduados arrojó una volumetría de 18,505,467m³ y
el de la cortina de enrocamiento con cara de concreto el volumen es de
13,837,051m³. La reducción del 34% del volumen de la cortina permite un ahorro del orden de los 50 millones de dólares en el costo total del
31
proyecto, cumpliendo además con la premisa de garantizar la seguridad
de la presa dentro del rango de valores usuales en éste tipo de diseños.
10.7 Presas de enrocamiento con cara de concreto (ECC).
Existen características de seguridad inherentes en la ingeniería de presas
de enrocamiento con cara de concreto que hacen que el diseño empírico
de este tipo de presas sea casa vez más aceptado. Estas características
son (ICOLD, 2000):
Todo el enrocamiento zonificado está aguas abajo del embalse.
La carga de agua en la cara de concreto comienza en la
cimentación, aguas arriba del eje de la presa.
La subpresión y la presión de poro no existen.
Hay una gran confiabilidad contra fuerza cortante en el
enrocamiento
Hay una alta resistencia del enrocamiento a sismos de gran intensidad.
El enrocamiento zonificado es estable contra el flujo.
De hecho Cooke en el simposio de Beijing (ICOLD, 2000) concluyó que:
“La presa de ECC resulta apropiada en el futuro de las presas de
gran altura. Se puede predecir un desempeño adecuado para una
presa de ECC de 300m de altura de casi todos los tipos de roca,
basado en la extrapolación razonable de mediciones de las presas
existentes.”
Esta conclusión se tiene que adaptar, ya que no hay experiencia en presas
de 300m de altura; sin embargo las alturas máximas eran de Cethana 110m, Anchicaya 140m y Areia 160m. Desde 1985, Aguamilpa y TSQ1
han estado próximas a 185m; El Cajón en México se está construyendo
para alcanzar una altura de 188m, y hoy en día se diseñan y construyen
presas de ECC del orden de 200m de altura; Campos Nuevos (Brasil,
196m), La Yesca (220m en México), y Shuibuya (233m en China).
La característica de que “la zona de enrocamiento es sólida contra el flujo”
ha sido importante para la economía de las presas de ECC. Con tal
conocimiento se ha tenido que disminuir el espesor del concreto y el
porcentaje del acero de refuerzo, aún cuando la presa sea más alta, ya
que la filtración no involucra a la seguridad. La filtración, en su caso,
32
puede limitarse y se puede sellar considerablemente al depositar arena
fina sucia como se hace actualmente en Aguamilpa (México).
Otra cita de la ponencia de Cooke (2000) es:
“…para presas futuras de gran altura se tomarán en cuenta
detalles más prudentes para el material procesado semi-
permeable, directamente por debajo de la cara de concreto”. Esto ha ocurrido y deberán considerarse modificaciones posteriores de poca
importancia en las presas futuras de gran altura. Los cambios se han
realizado con el propósito de utilizar materiales de menor tamaño, a fin de
facilitar la construcción y disminuir la permeabilidad en caso de fracturas
en el concreto; se utiliza material de transición (arena fina y arena
graduada con valores máximos de 3.81cm de grava).
En el empalme del perímetro, en El P.H. El Cajón, México, se ha colocado
una zona 2A de 3m de espesor, tamaño de grava menor a 19mm de filtro
procesado, que en caso de que se tengan problemas en el empalme del
perímetro ayudará a sellar de manera más confiable por medio del limo
natural o con un depósito de limo fino.
El diseño básico de presas de ECC es muy similar para todas las presas.
Existen tres elementos básicos: el plinto, la sección de enrocamiento
zonificada y la cara de concreto.
Plinto. Es el elemento impermeable fundamental entre la cara de concreto
y roca; En roca no erosionable el tratamiento de cimentación es
relativamente sencillo; en la roca con posibles características de erosión
es necesaria una atención geotécnica meticulosa a fin de rellenar, sellar e
impermeabilizar la roca aguas abajo del mismo.
La práctica actual del tratamiento de cimentación es bastante cuidadosa
en y aguas abajo del plinto, la cual continuará. La nueva condición de presión superior que se ha experimentado en la cimentación indicará que
se dará mayor atención al tratamiento de cimentación en la parte más
baja de los empotramientos y la cimentación.
El concepto del plinto interno es recomendable en presas altas con
boquillas angostas. Un plinto básico externo de 4 a 5 m de ancho se
definirá para todo el perímetro de la cara, a partir del cual se hacen la
inyecciones de cemento de la pantalla. La longitud total definida por el
gradiente de percolación especificado es obtenido por una extensión
interna de la losa del plinto, en general armada con espesor de 0,3 m. El
gradiente de percolación puede ser tan alto como H/L=20 para rocas
resistentes y sanas, hasta 2 a 4 en saprolitos y rocas muy fracturadas.
33
Enrocamiento. La sección de enrocamiento es el elemento estructural.
Está zonificada a fin de recibir la carga de agua con mínimos
asentamientos y proporcionar seguridad al enrocamiento contra flujo en
caso de filtraciones en la cara de concreto. Por lo tanto, el enrocamiento
zonificado aceptará de manera segura, varias veces, cualquier filtración
de la cara que pueda ocurrir. En la cortina del PH El Cajón fue posible
aceptar un material de transición con tamaño de 1m de espesor en las capas aguas abajo del material 3B, que permitió tener ahorros en el
procesamiento y colocación del material del orden de los 15 millones de
dólares.
Se han realizado prácticas para tratar cada zona en la misma capa de
espesor y compactación. Debido a que las presas más altas serán muy
grandes, un área selectiva cerca de los empotramientos tendrá
especificaciones para dar módulos superiores en vez de incrementar la
compactación y el costo para todo el enrocamiento. No se ha tenido
experiencia que sugiera algún cambio del rodillo vibratorio de 10
toneladas. La experiencia ha demostrado contornos graduales y pequeños
asentamientos en las presas más altas. En todas las áreas sometidas a alta presión y sobre los empotramientos de aproximadamente 15m, se
debe usar la zona de filtro fino en vez de utilizarla sólo cerca del empalme
del perímetro.
Las tendencias actuales de zonificación del enrocamiento se resumen en:
Utilización del bordillo de concreto extrusado para delimitar la cara
aguas arriba de la cortina y confinar el material de transición 2B para su
compactación.
Material de transición 2B, diámetro máximo 75 mm, granulometría
(Sherard) menos de 5% pasando la malla n° 200, compactado en capas
de 0,4 a 0,5m de espesor. Ancho de 4 a 6 m, 4 pasadas del rodillo de 10
ton.
Material de transición especial 2A por debajo de la junta perimetral,
diámetro máximo de 25 a 32 mm con propiedad de filtro al limo o
ceniza.
Material de transición 3A, enrocado con diámetro máximo de 0,4 a
0,5 m, compactado en capas de 0,4 a 0,5 m, con ancho de 4 m, y 4
pasadas, rodillo de 10 ton.
Zona 3B – Enrocamiento, diámetro máximo 0,8 a 1,0 m, en capas de
0,8 a 1,0 m, compactados con rodillo de 10 ton en 6 pasadas con 150-
34
200 litros de agua por m³ de enrocamiento, en el tercio de aguas arriba
de la sección del terraplén.
Zona T– Material similar al de la zona 3B, de características de
deformación semejantes, con adición de agua en zona delimitada por
una inclinación hasta aguas abajo de 0,3:1 a 0,5:1, para reducir la
deformación de la cresta de la presa para el embalse en su nivel máximo.
Zona 3C. Enrocamiento con tamaño máximo de 1,6 m, compactado
en capas de 1,6 a 2,0 m, con seis pasadas de rodillo de 12 ton, con
agua.
Losa de concreto. La losa de concreto es la parte impermeable de las
presas. Puede ser hermética, pero pueden ocurrir filtraciones en el
empalme del perímetro y en las fracturas de la cara. Las filtraciones en la
cara pueden ser aceptadas o se pueden reducir con un cierto costo; sin
embargo no están involucradas con la seguridad de la presa.
Los incidentes actuales que han ocasionado filtraciones en las fracturas de
la cara de concreto y el perímetro, han llevado a los especialistas a
considerar necesario colocar una junta de madera en las juntas verticales
de la losa. La práctica en el diseño para la siguiente generación de presas
superiores a los 200m de altura no será muy diferente a la que
actualmente está establecida. Algunos comentarios generales de los tres
elementos de diseño de las presas más altas son:
Juntas verticales a cada 15 o 16 m.
Espesor:
para H < 100 m, e = 0,3 + 0,002 H (m)
para H > 100 m, e = 0,005 H (m)
Armado: vertical – 0,4% de la sección teórica.
horizontal –0,3% de la sección teórica.
El armado es aplicado en lecho único al centro de la losa. Dos lechos son
recomendables en una banda de 12 a 15 m de ancho cerca de estribos muy
escarpados en presas de alturas superiores a 100 m. Para presas de 150 m
de altura o más, incrementar el acero a 0,5% en las dos direcciones en una
banda de cerca de 15 m de ancho a lo largo del plinto.
Sellos de cobre en la cimentación de la losa en todas las juntas
verticales y en la junta perimetral.
Sello superior en la junta perimetral y juntas verticales cerca de los
estribos con tendencia a abrir.
35
El sello superior puede ser de tipos diversos:
Membrana de hule reforzado sobre relleno de “mastic”.
Llenado de ceniza contenido por media caña de acero perforado
galvanizado.
Sello de cobre aplicado sobre la junta.
Sello de hule reforzado-corrugado aplicado sobre la junta.
O una combinación de estos. Las zonas bajas de las juntas son cubiertas de material fino, arena limosa, para un efecto de
colmatación en caso de filtraciones.
A pesar de éstos comentarios; debe señalarse que en el primer llenado
(2006) de la presa “Campos Novos” de 202m de altura en Brasil, se
presentó un fracturamiento importante en la losa de concreto (Figura 7).
Figura 7. Fracturamineto de la Cara de Concreto de la presa Campos
Novos, Brasil (2006).
Aunque no se tuvo una falla catastrófica en la presa, se han planteado las
hipótesis de falla de que se presentó:
Un deficiente diseño. Una deficiente construcción (compactación inadecuada del material de
apoyo de la losa).
Una deficiente supervisión.
Y como en toda falla sucede, una superposición de lo anterior, además de
efectos no considerados en el proceso del llenado de la presa. No hay que
olvidar que este tipo de presas tienen en términos generales una fuerte
dosis de empirismo y que continuamente se revisan las hipótesis de
36
diseño, mismas que se retroalimentan para mejorar las presas
subsecuentes.
El llenado de la presa del Cajón en México está siendo esperado por la
comunidad internacional de grandes presas para comparar, en caso de ser
exitoso, con las condiciones de llenado de la presa brasileña.
Algunas conclusiones generales en presas ECC futuras, mayores a 150m
de altura son:
1. Su seguridad está asegurada.
2. Puede haber algunas fracturas en la cara y filtraciones consecuentes.
3. El enrocamiento semi-permeable de la zona de la cara limitará la
magnitud de la filtración.
4. La filtración puede ser considerablemente sellada al colocar arena
fina de limo por debajo del agua.
5. Se prevén pequeños cambios en la práctica del diseño actual.
11. Conclusiones
El crecimiento de la vida y el desarrollo económico en la tierra, está
condicionada a incrementar significativamente el suministro del agua y
energía, conceptos que están regidos por el enorme crecimiento de la
población.
La escasez de agua tiene gran significación en muchos lugares del
planeta, debido fundamentalmente a la desigual distribución de los
recursos en el tiempo y el espacio.
Se requiere aumentar el almacenamiento de agua que se presenta en
forma de avenidas, para distribuirla cuando y donde se requiera, además
de evitar daños en sitios aguas abajo. En virtud de lo anterior las presas
son imprescindibles.
La hidrogeneración contribuyó con un 20 por ciento del total generado en
el mundo en 1989, y a la fecha sólo el 14.5 por ciento del potencial se ha aprovechado. Es posible todavía aprovechar un vasto potencial de
recursos. Como se señaló, en nuestro país se han construido 62 de 563
proyectos identificados como posibles.
La hidrogeneración es una fuente de energía limpia y renovable, además,
en México se cuenta con la tecnología necesaria para su realización. Los
grandes proyectos con altas caídas, son más económicos que los que
tienen cargas pequeñas.
Es posible y muy conveniente explotar la microelectricidad para
comunidades aisladas.
37
La gran cantidad de obstáculos para el desarrollo de este tipo de
proyectos deben superarse apropiadamente, mitigando en todo lo posible
los impactos sociales y ambientales adversos.
Existen muchas oportunidades para el ingeniero en el desarrollo de los
recursos hidráulicos y de la ingeniería de presas, el profesionista debe
implantar un programa de acciones que informe a la sociedad acerca de
los impactos sociales adversos incluyendo a las personas afectadas y enfatizando más en la cooperación que en la confrontación.
Para terminar quiero señalar un aspecto que menciono cuando he tenido
la oportunidad de hablar acerca de presas o de proyectos hidroeléctricos:
El agua es esencial para vivir, y el control de avenidas es benéfico para la
protección de vidas y propiedades. Sin duda se requiere almacenar el
agua para lograr esto, por lo que las presas son esenciales.
La sociedad necesita ser convencida de la contribución primordial que las
presas proporcionan.
Las generaciones futuras que se logren preparar adecuadamente, nos
permitirán enfrentar al enorme pero a la vez grandemente satisfactorio
reto de diseñar y construir presas que permitan modificar la naturaleza
para beneficio de nuestros semejantes.
11.1 Respecto a la Seguridad de Presas
A raíz de la construcción de la presa de Tarbella en Pakistán (1975-76) el
banco ha preparado unas Guías Para la Seguridad de Presas, las cuales
toman en cuenta:
La experiencia y competencia del ingeniero en el diseño, construcción y
supervisión de presas.
Un Panel de expertos independiente para revisar los conceptos y
proponer el esquema de estructuras, así como en el diseño y construcción.
Inspecciones periódicas de las presas después de construidas por
expertos independientes calificados.
El entrenamiento local del personal para el monitoreo y seguridad.
El banco mundial ha hecho énfasis en que los paquetes de estudios no se dividan en cofinanciamientos bilaterales no deben completarse como un
estudio simple completo, de tal manera que la responsabilidad,
homogeneidad, confiabilidad y dirección técnica sea hecha por un
ingeniero especialista, consultor o consorcio de consultores.
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El panel de expertos es esencial que sea independiente en el que cada
miembro sea un experto de reputación internacional que esté involucrada
con el proyecto desde la fase de los estudios de factibilidad.
Piden que se hagan visitas de inspección periódicas que en adición a la
inspección anual sean hechas por expertos calificados.
11.2 Pasos esenciales para la seguridad de presas.
Es relativamente sencillo tratar con la seguridad de presas de nuevos
proyectos y detallarse en su etapa de diseño, sin embargo los proyectos
existentes requieren evaluaciones adicionales y realización de medidas de
seguridad antes que el banco mundial puedan financiar proyectos aguas
abajo y/o cualquier requerimiento o mejora en la seguridad de presas.
Los pasos incluyen:
Evaluación de la seguridad de las presas existentes y las medidas de
seguridad.
Desarrollar planes de emergencia para implementar medidas de
seguridad.
Hay varios pasos esenciales para estudiar la seguridad de presas:
Asegurar la implantación de las líneas a seguir del banco mundial.
Adecuar las investigaciones geotécnicas a los estudios de factibilidad
Resolución de las recomendaciones antes de finalizar los diseños.
Procurar medidas de seguridad que permitan asegurar la seguridad del
proyecto.
Cofinanciar paquetes que permitan financiar la seguridad del proyecto.
Implantación de programas realistas.
Solución de la problemática detectada durante la construcción.
Continuidad de profesionales en el proyecto, tanto como sea posible.
Entrenar personal local para el programa de seguridad de presas y
monitoreo.
12. Referencias
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-International Commission on Large Dams, ICOLD Center Office, Paris,
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-Marengo M., H., CÁLCULO DEL COMPORTAMIENTO HIDRAULICO EN
TÚNELES DE CONDUCCIÓN EN SECCIÓN BAÚL CONSIDERANDO
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ISBN 968-5520-14-3, México D.F., 2005
13. Bibliografía
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