OBRAS DE ALMACENAMIENTO

OBRAS DE ALMACENAMIENTO

OBRAS DE ALMACENAMIENTO

fig.01. obra de almacenamientoLas obras de almacenamiento captan el flujo superficial y lo almacenan temporalmente para descargarlo hacia aguas abajo durante tiempos ms prolongados disminuyendo los caudales mximos en relacin a los que provocara la tormenta sin ellas. Son muy efectivas en lograr reducir los gastos mximos pero no tiene efecto sobre el volumen total de escorrenta, ya que slo la postergan temporalmente. Se recomienda emplearlas cuando no se dispone de capacidad de infiltracin en el suelo, o cuando los volmenes de regulacin necesarios son importantes. Requieren de aguas relativamente limpias para evitar la acumulacin de basuras y su descomposicin mientras el agua est almacenada. Adems necesitan espacios generosos. Si se considera en trminos estrictos prcticamente todas las obras alternativas necesitan un cierto volumen de almacenamiento. Se denominan entonces como obras de almacenamiento las que slo actan de esta forma, sin capacidad de infiltracin de las aguas que reciben. Presentan como ventaja su gran efectividad en reducir los caudales mximos y la posibilidad de emplearlas para otros fines, especialmente recreativos. Como desventaja estn las necesidades de espacio. Como obras de almacenamiento se consideran estanques y lagunas. En ambos casos se trata de obras superficiales, construidas sobre la superficie del terreno, aguas abajo de la zona a la cual sirven, de la cual reciben las aguas lluvias que escurren superficialmente o conducidas mediante colectores locales. Los estanques estn normalmente vacos y se llenan de agua slo durante las lluvias. Las lagunas estn normalmente llenas de agua y se ocupa la parte superior para almacenar aguas lluvias. En ambos casos se puede hablar de almacenamiento concentrado o difuso, dependiendo de las alturas de agua con que operen. Estas obras pueden operar en serie hidrulica con otras obras alternativas, como es el caso de obras de infiltracin, o canales de drenaje urbano. De esta manera pueden emplearse como elementos de almacenamiento para alimentar con caudales reducidos obras de infiltracin como zanjas, pozos o estanques de infiltracin, evitando que estos dispongan de grandes volmenes de retencin para acomodar los gastos que reciben a los que pueden infiltrar.

PRESASUna presa, es simplemente una pared que se coloca en un sitio determinado del cauce de una corriente natural, formando un embalse (lago artificial).El objetivo primordial es almacenar grandes cantidades de agua para diferentes propsitos: Riego. Abastecimiento poblacional. Generacin de energa hidroelctrica. Control de inundaciones. Para recreacin, pesca, actividades deportivas. Usos mltiples

fig.02. Presa en el Per hidroelctrica de la amazonia

PRESAS DE EMBALSE O ALMACENAMIENTO

fig.03. Presa en el Per - Cracay HuaralGENERALIDADESLa presa de embalse adems de captar el agua a derivar, permite regular el caudal variable con que se producen los aportes del ro, ajustndola as a las demandas del sistema. La regulacin puede ser anual o plurianual y realizarse para otros usos del agua, adems del riego; tal como es la energa hidroelctrica, del abastecimiento de agua potable y el control de inundaciones. Constructiva mente, las presas pueden ser de gravedad, de arco o mixtas, dependiendo ello de las condiciones geolgicas del sitio de cielTe y de los materiales para la construccin. Adems de la cortina, que constituye el principal componente de una presa de embalse, se incluyen las obras accesorios: Toma, vertedero de excedencias y desfogue. La toma puede estar compuesta por un sistema de doble compuertas planas, una de emergencia y otra de control, cuando la carga es inferior 20 cm. En cambio cuando la carga es superior a ello, se emplean vlvulas, en un doble juego: de mariposa y de compuerta o de compuerta y aguja, en ambos casos para regulacin y control, respectivamente. La obra de excedencias est compuesta por un vertedero en cimacio de cresta libre o con cierre provisto por compuertas metlicas, planas o de sector, que permiten regular su funcionamiento. El aliviadero se ubica en la misma cortina en presas de concreto, o mampostera y fuera de la misma en las presas de tierra. La obra de desfogue sirve para eliminar los sedimentos de volumen muerto del embalse y para ayudar a vaciar la presa en caso de emergencia. Son obras que se construyen, entre otras cosas con el objeto de almacenar agua para riego en las pocas en que por las frecuentes lluvias, esta se presenta en exceso para luego ser utilizada en el riego durante las pocas en que se escasea. De acuerdo con las caractersticas topogrficas, geolgicas, la ubicacin y disponibilidad de materiales las presas pueden construirse en tierra o en hormign armado. Una presa de embalse es una pared que se coloca en un sitio determinado del cauce de una corriente natural con el objeto de almacenar parte del caudal que transporta la corriente. La pared debe ser diseada para que soporte las fuerzas que se generan por la presin del agua, y para que impida filtraciones a lo largo de su estructura y en las superficies de contacto entre la estructura y el terreno natural adyacente. Adems, la presa debe contar con obras complementarias que permitan el paso del agua que no se embalsa y con estructuras de toma para captar y entregar el agua embalsada a los usuarios del sistema. En la prctica se han desarrollado diferentes tipos de presas, y en cada caso particular se selecciona el tipo de presa que mejor se acomode a las condiciones locales, tales como altura de la presa, acondicionamiento y facilidades de acceso de la zona, cimentacin que se requiere, costo y transporte de materiales y seguridad. Los tipos de presa ms utilizados son los de gravedad en concreto, de arco en concreto, y de tierra y escollera. Los esquemas tpicos y las recomendaciones sobre diseo estructural y uso se pueden consultar en la bibliografa tcnica especializada.

ASPECTOS HIDRAULICOS DE LOS DISEOS HIDRAULICOS DE UNA PRESA DE EMBALSELos diseos hidrulicos en una presa de embalse consideran los siguientes aspectos:3.2.2.1 Demanda Es la necesidad de agua que tiene el sistema que se est considerando. Cuando el ro o la quebrada que se seleccion como fuente de suministro puede entregar el caudal de demanda durante unos perodos pero falla en otros, entonces se hacen estudios hidrolgicos adicionales de la fuente para determinar si la construccin de un embalse resuelve el problema. Como resultado de estos estudios se obtiene el Volumen de almacenamiento requerido que es el volumen que se debe almacenar para suministrar la demanda todo el tiempo.

fig.04. caudal de demanda3.2.2.2 Volumen til de almacenamiento Es el volumen que el embalse est en capacidad de almacenar para suministrar a los usuarios del sistema. Se determina mediante la aplicacin de modelos de simulacin hidrolgica, utilizando como variables las caractersticas fsicas del embalse, los caudales naturales que entran al embalse, las lluvias directas sobre el rea del embalse, las prdidas por evapotranspiracin, infiltracin, y vertimientos, y el suministro de agua a los usuarios. Cuando el volumen til es menor que el volumen requerido entonces el embalse no est en capacidad de suministrar la demanda durante todo el tiempo y se presentan fallas en el suministro con el consiguiente racionamiento. Hay algunas tolerancias para que el sistema permita operar con racionamientos.

fig.05. almacenamiento Presa Auchoquesera - Arequipa

3.2.2.3 Volumen de sedimentos. Un embalse es un gran sedimentador. Mediante estudios de hidrulica fluvial y de transporte de sedimentos se estiman los volmenes y las caractersticas granulomtricas de los sedimentos que llegan al embalse en un ao tpico. Tambin, dado que los sedimentos ms gruesos se quedan primero que los finos, y que un porcentaje de estos ltimos se deposita contra la presa, es necesario evaluar la forma que toma la masa de los slidos que se sedimentan para definir el volumen que ocuparn ao tras ao durante la vida til del embalse. Los diseos deben asegurar que hay suficiente espacio de almacenamiento de sedimentos para que durante los aos de operacin proyectados los sedimentos no obstaculicen el funcionamiento de las estructuras de captacin.

fig.05.sedimentos de una presa3.2.2.4 Estructuras de captacin Son obras de toma que estn colocadas por encima del nivel de sedimentos y por debajo del nivel mnimo de operacin del embalse Pueden ser torres con o sin compuertas que se comunican con conductos cerrados que pasan a travs de la presa y entregan el agua a los sistemas de distribucin, o estructuras ms sencillas controladas por compuertas o por vlvulas.

fig.06.estructuras de captacin

3.2.2.5 Vertimiento de excesos Los volmenes de agua que llegan al embalse cuando el Volumen de embalse til est lleno son excesos que deben salir de la estructura en un tiempo corto. Para este efecto se disean las estructuras de vertimiento, las cuales deben tener capacidad para conducir los picos de las crecientes extraordinarias en forma segura hasta entregarlos aguas abajo de la presa. En presas de concreto es corriente construir el vertedero de excesos dentro del cuerpo de la presa, pero en presas de tierra y escollera, y en algunos casos particulares de estructuras de concreto resulta ms conveniente disear y construir el vertedero de excesos como una estructura independiente.

fig.07.vertimiento de excesos

3.2.2.6 Altura de la presa Teniendo en cuenta solamente los aspectos hidrulicos la altura de la presa se define con base en los niveles de operacin. Este valor puede ser modificado por consideraciones Geotcnicas, Estructurales o de costos.

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fig.08.altura de presa

PARTES CONSTITUYENTES DE UNA PRESA O REPRESA Presa (material de concreto o de tierra) Aliviaderos o vertedor de excedencias. Obras de toma. Vaso de almacenamiento Obras miscelneas (Instalaciones, vialidad)

fig.09.Partes de una presa

1. Cresta o corona2. Revestimiento de la corona3. Filtros4. Corazn o ncleo impermeable5. Trinchera6. Transiciones7. Enrocamientos8. Deposito aluvial9. Roca basal10. Talud aguas arriba11. Talud aguas abajo12. Pantalla de inyecciones13. Galera14. Drenes15. Pozos de alivio16. Embalse17. Bordo Libre18. Altura de la cortina

CARACTERISTICAS DE UNA PRESALas caractersticas principales para seleccionar el tipo de presa son:1.- Debe ser lo ms impermeable posible, geolgicamente ptima.2.- Debe poseer un sitio adecuado para colocar la presa, es decir, una garganta y un suelo resistente.3.- Disponibilidad de materiales de construccin prxima a la presa.4.- Geolgicamente estable para fundar estribos.5.- Buena capacidad de almacenamiento, es decir, que se almacenen grandes volmenes de agua, con costos relativamente bajos.6.- agua de buena calidad. 7.- Sitio apropiado para la colocacin de aliviaderos u obras de toma.

ANLISIS PARA LA SELECCIN DEL TIPO DE PRESA:

1.- Altura de la presa: Menores a 30 metros , el 80% son de presas de tierra. Mayores de 150 metros, el 60% son presas de hormign.2.- Geomorfologa de la cerrada, valles amplios (presas de tierra),valles estrechos presas de hormign). 3.- Condiciones geolgicas geotcnicas de la cimentacin, es decir, cuando el macizo de cimentacin es muy deformable (rocas blandas o suelos) o de baja resistencia se construyen presas de tierra.4.- disponibilidad de los materiales de construccin. ridos para las presas de hormign. Materiales sueltos para las presas de tierra.

Materiales geolgicos para la construccin:Se inicia en los estudios previos, deben cumplir los siguientes requisitos: Volumen apropiado a la magnitud de la presa. Calidad adecuada para los diferentes fines. Distancia operativa. Facilidad de extraccin. Condiciones medio-ambientales aceptables para su explotacin.

MATERIALES EN PRESASSegn la utilizacin del material se tiene:Ncleos impermeables: Impiden el paso a travs del cuerpo de la presa:-Baja permeabilidad < 10-5cm/seg.-Arcillas y limos o arenas con alto contenido de arcillas, o margas y argilitas.-IP entre 15 y 35.-Se compactan en espesores de 20 a 30 cm con rodillo pata de cabra. Espaldones o escolleras:-Transmiten a la presa resistencia y estabilidad, y la protegen de la erosin.-Se compactan a menores de 2 m de altura con rodillos vibratorios.-Menor al 5% de finos y bien gradados.Filtros y drenes:-Evitan el paso de las partculas finas de los materiales contiguos y permiten el drenaje-Son materiales granulares, con criterio granulomtrico estricto, ausencia de finos, alta resistencia e inalterables.ridos para hormigones.

CARACTERISTICAS FSICAS DE LOS VASOS DE ALMACENAMIENTODebido a su funcin la caracterstica principal es la capacidad de almacenamiento. En los vasos de forma regular dicha capacidad puede calcularse mediante las frmulas para los volmenes de los slidos. La capacidad de almacenamiento de los vasos en sitios naturales debe calcularse mediante levantamientos topogrficos, construyendo una curva de reas-elevaciones.Se construye planimetreando el rea comprendida dentro de cada curva denivel del sitio del vaso de almacenamiento, la integral de la curva reas-elevaciones es la curva de capacidades del vaso. fig.10.Curva de alturas-capacidades y de alturas-reas para el vaso cherokee del rio Holston,Tennessee.

Nivel normal de almacenamiento:Es la elevacin mxima a la cual la superficie deun vaso subir durante las condiciones ordinarias de funcionamiento y operacin.Nivel mnimo de almacenamiento:Es la mnima elevacin a la que trabajara elvaso bajo condiciones normales (este nivel puede fijarse por la toma o salida masbaja de la presa).Almacenamiento til:Volumen de almacenamiento entre el nivel mnimo y elnormal, en los vasos de propsito mltiple puede dividirse en almacenamientopara conservacin y almacenamiento para control.Almacenamiento muerto:Agua retenida bajo el almacenamiento mnimo.Sper almacenamiento:Descarga sobre el vertedor de demasas durante lasavenidas. Almacenamiento efectivo: Almacenamiento til + sper almacenamiento almacenamiento natural del valle

ESTUDIOS A REALIZARSE PARA CONSTRUIR PRESAS 1.- Estudio Hidrogeolgico. 2.- Estudio topogrfico. 3.- Estudio geolgico. 4.- Estudios geotcnicos. 5.- Estudios econmicos. 6.- Estudios de Impacto ambiental.

CLASIFICACIN DE PRESASLos diferentes tipos de presas responden a las diversas posibilidades de cumplir la doble exigencia de resistir el empuje del agua y evacuarla cuando sea preciso. En cada caso, las caractersticas del terreno y los usos que se le quiera dar al agua, condicionan la eleccin del tipo de presa ms adecuado.Existen numerosas clasificaciones, dependiendo de: si son fijas o mviles (hinchables, por ejemplo) su forma o manera de transmitir las cargas a las que se ve sometida los materiales empleados en la construccinDependiendo de su forma pueden ser: de gravedad de contrafuertes de arco simple bvedas o arcos de doble curvatura mixta, si est compuesta por partes de diferente tipologaDependiendo del material se pueden clasificar en: de hormign (masivo convencional o compactado con rodillo) de mampostera de materiales sueltos (de escollera, de ncleo de arcilla, con pantalla asfltica, con pantalla de hormign, homognea)Las presas hinchables, basculantes y pivotantes suelen ser de mucha menor entidad.

Segn su estructura Presa de gravedad: es aquella en la que su propio peso es el encargado de resistir el empuje del agua. El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que ste debe ser suficientemente estable para soportar el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren.

fig.11.Presa de gravedad delembalse de Gabriel y Galn, enExtremadura(Espaa).

fig.11.Seccin esquemtica de una presa de tipo gravedad.

Dentro de las presas de gravedad se puede tener: Escollera o materiales sueltos: de tierra o suelo homogneo, tierra zonificada, CFRD (enrocado con losa de hormign) y otros. De hormign: tipo HCR (hormign compactado con rodillos) y hormign convencional.Su estructura recuerda a la de untringulo isscelesya que su base es ancha y se va estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado que da al embalse es casi vertical. La razn por la que existe una diferencia notable en el grosor del muro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que la presin en el fondo del embalse es mayor que en la superficie. De esta forma, el muro tendr que soportar ms presin en el lecho delcauceque en la superficie. La inclinacin sobre la cara aguas arriba hace que el peso del agua sobre la presa incremente su estabilidad.

Presa de arcosimple: es aquella en la que su propia forma es la encargada de resistir el empuje del agua. Debido a que la presin se transfiere en forma muy concentrada hacia las laderas de la cerrada, se requiere que sta sea de roca muy dura y resistente. Constituyen las represas ms innovadoras en cuanto al diseo y que menor cantidad de hormign se necesita para su construccin. La primera presa de arco de la que se tiene noticia es lapresa de Vallon de Baume, realizada por losromanoscerca deGlanum(Francia).

Presa de bveda, doble arco, o arco de doble curvatura: cuando la presa tiene curvatura en el plano vertical y en el plano horizontal, tambin se denomina debveda. Para lograr sus complejas formas se construyen con hormign y requieren gran habilidad y experiencia de sus constructores, que deben recurrir a sistemas constructivos poco comunes.

fig.12.Seccin esquemtica de una presa bveda.

Presa de arco-gravedad: combina caractersticas de las presas de arco y las presas de gravedad y se considera una solucin de compromiso entre los dos tipos. Tiene forma curva para dirigir la mayor parte del esfuerzo contra las paredes de un can o un valle, que sirven de apoyo al arco de la presa. Adems, el muro de contencin tiene ms espesor en la base y el peso de la presa permite soportar parte del empuje del agua. Este tipo de presa precisa menor volumen de relleno que una presa de gravedad.

fig.13.Presa Hoover, una presa de tipo arco-gravedad.

Presa de contrafuerteso aligerada. Presa de bveda mltiple.

Segn sus materiales Presas de hormign: son las ms utilizadas en los pases desarrollados ya que con ste material se pueden elaborar construcciones ms estables y duraderas; debido a que su clculo es del todo fiable frente a las producidas en otros materiales. Normalmente, todas las presas de tipo gravedad, arco y contrafuerte estn hechas de este material. Algunas presas pequeas y las ms antiguas son deladrillo, desilleray de mampostera. EnEspaa, el 67% de las presas son de gravedad y estn hechas conhormignya sea con o sin armaduras deacero.Lapresa de las Tres Gargantassituada en el curso del roYangzienChinaes la planta hidroelctrica y de control de inundaciones ms grande del mundo. Se termin en el ao2009. Una docena de ciudades y miles de pueblos fueron engullidos por las aguas, obligando a desplazarse a ms de un milln y medio de personas. Presas de materiales sueltos: son las ms utilizadas en los pases subdesarrollados ya que son menos costosas y suponen el 77% de las que podemos encontrar en todo el planeta. Son aquellas que consisten en un relleno de tierras, que aportan la resistencia necesaria para contrarrestar el empuje de las aguas. Los materiales ms utilizados en su construccin son piedras, gravas, arenas, limos y arcillas aunque dentro de todos estos los que ms destacan son las piedras y las gravas. EnEspaaslo suponen el 13% del total.Este tipo de presas tienen componentes muypermeables, por lo que es necesario aadirles un elemento impermeabilizante. Adems, estas estructuras resisten siempre porgravedad, pues la dbil cohesin de sus materiales no les permite transmitir los empujes del agua al terreno. Este elemento puede serarcilla(en cuyo caso siempre se ubica en el corazn del relleno) o bien una pantalla dehormign, la cual se puede construir tambin en el centro del relleno o bien aguas arriba. Estas presas tienen el inconveniente de que si son rebasadas por las aguas en una crecida, corren el peligro de desmoronarse y arruinarse. EnEspaaes bien recordado el accidente de lapresa de Tousconocido popularmente como la "Pantanada de Tous". Presas de enrocamiento con cara de hormign: este tipo de presas en ocasiones es clasificada entre las de materiales sueltos; pero su forma de ejecucin y su trabajo estructural son diferentes. El elemento de retencin del agua es una cortina formada con fragmentos de roca de varios tamaos, que soportan en el lado del embalse una cara de hormign la cual es el elemento impermeable. La pantalla o cara est apoyada en el contacto con la cimentacin por un elemento de transicin llamado plinto, que soporta a las losas de hormign. Este tipo de estructura fue muy utilizado entre 1940 y 1950 en cortinas de alturas intermedias y cay en desuso hasta finales del siglo XX, cuando fue retomado por los diseadores y constructores al disponer de mejores mtodos de realizacin y equipos de construccin ms eficientes.Segn su aplicacin Presas filtranteso diques de retencin: Son aquellas que tienen la funcin de retener slidos, desde material fino, hasta rocas de gran tamao, transportadas por torrentes en reas montaosas, permitiendo sin embargo el paso del agua. Presas de control de avenidas: Son aquellas cuya finalidad es la de laminar el caudal de las avenidas torrenciales, con el fin de que no se cause dao a los terrenos situados aguas abajo de la presa en casos de fuerte tormenta. Presas de derivacin: El objetivo principal de estas es elevar la cota del agua para hacer factible su derivacin, controlando la sedimentacin del cauce de forma que no se obstruyan lasbocatomasde derivacin. Este tipo de presas son, en general, de poca altura ya que el almacenamiento del agua es un objetivo secundario. Presas de almacenamiento: El objetivo principal de stas es retener el agua para su uso regulado en irrigacin, generacin elctrica, abastecimiento a poblaciones, recreacin o navegacin, formando grandes vasos o lagunas artificiales. El mayor porcentaje de presas del mundo, las de mayor capacidad de embalse y mayor altura de cortina corresponden a este objetivo. Presas de relaves o jales (Mxico): Son estructuras de retencin de slidos sueltos y lquidos de desecho, producto de la explotacin minera, los cuales son almacenados en vasos para su decantacin. Por lo comn son de menores dimensiones que las presas que retienen agua, pero en algunos casos corresponden a estructuras que contienen enormes volmenes de estos materiales. Al igual que las presas hidrulicas tienen cortina (normalmente del mismo tipo de material), vertedero, y en vez de tener una obra de toma o bocatoma poseen un sistema para extraer los lquidos.

Fig.14. Presa de derivacin en elro Mosa. Labocatomaest en la margen derecha del ro. La estructura que atraviesa el ro sirve para crear un pequeo represamiento para garantizar el funcionamiento de la bocatoma.

IMPACTO HUMANO Y SOCIALEl impacto de las presas en las sociedades humanas es significativo. Por ejemplo, la presa de lasTres Gargantasen elRo Yangtzeen China crear un embalse de 600 km de largo. Su construccin implica el desplazamiento de ms de un milln de personas, la prdida de muchos sitios arqueolgicos y culturales de importancia y un cambio ecolgico importante.Se estima que hasta el momento, entre 40 y 80 millones de personas en todo el mundo han sido desplazadas de su hogar a causa de la construccin de presas. En muchos casos la poblacin afectada por las presas no es debidamente consultada. En agosto de 2010 la organizacin en defensa de los derechos de los pueblos indgenasSurvival Internationalpublic un informe sobre el impacto de la construccin de presas sobre esos pueblos y su medioambiente, criticando duramente importantes proyectos en fase de planificacin o construccin en todo el mundo.

Riesgo que supone la construccin de una presaComo en el caso de toda obras estructural, existe el riesgo de que la presa falle e inunde poblaciones ubicadas cercanas al curso de agua, aguas abajo del cierre. La ingeniera civil se encarga de reducir al mnimo las posibilidad de la rotura del dique mediante un anlisis exhaustivo del comportamiento de la obra ante situaciones extremas, calculando la estabilidad de la presa tomando en consideracin sismos, lluvias torrenciales y otras catstrofes.

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASPgina 15