CAP2 Presas y Embalses

8/15/2019 CAP2 Presas y Embalses

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CAPITULO II Presas y Embalses

1. Introducción

Cualquiera que sea la capacidad de un embalse o el uso final del agua, su función princip

es estabilizar el escurrimiento del agua, ya sea regulando un escurrimiento variable en uncorriente natural o mediante la satisfacción de una demanda variable para los consumidorfinales.

Entre los diferentes usos y objetivos que cumplen los embalses son:

Cuadro No II.1-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Propósitos Ob eti!os-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Riego Incremento de la producción agropecuariasos dom!sticos "uministro de agua para uso de las Industriales

poblaciones.Control de inundaciones #revención de da$os causados por desbordamiento

durante la creciente.%eneración de energ&a #rotección y suministro de energ&a para us

dom!sticos e industriales. 'avegación (acilidades de transporte por v&a fluvialControl de sedimentos Embalses peque$os para control de sedimentos a otros

embalses.Recreación )umento del bienestar de la población.***********************************************************************

". Embalses".1 Almacenamiento de un embalse

El almacenamiento de un embalse se mide por el volumen de agua contenido en su vaso dalmacenamiento para una altura dada de la presa y su aliviadero. #ara calcular la capacidse utilizan los planos del vaso de almacenamiento. #ara ello, una vez que se fija el sitio dla presa y la cota de fondo del r&o, se mide o calcula el +rea abarcada por cada una de curvas de nivel. odos estos c+lculos se pueden resumir en un cuadro como el siguiente:

Cuadro No II."***********************************************************************Elevación )ltura )rea -olumen -olumen msnm m m parcial )cumulado*********************************************************************** E/ 0/ )/ -/ -/ E1 01 )1 -1 -/2-1Con los datos anteriores se pueden dibujar las curvas de capacidades y de +reas, las cual permiten conocer gr+ficamente los vol3menes posibles de ser almacenados en el sitio y l

/


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+reas que ser+n inundadas para cualquier altura de presa. Estas curvas permiteseleccionar entre varias alternativas.

4a forma general de estas curvas es la siguiente:

Area

ELE#ACION

#olumen

4os c+lculos de los vol3menes, +reas y el dibujo de las curvas deben 0acerse lo m+s prec posible y muy cuidadosamente.

"." Capacidades caracter$sticas

En un embalse se pueden distinguir tres capacidades o vol3menes caracter&sticos: -olummuerto, -olumen 3til y el -olumen total

".".1 #olumen muerto

Este corresponde al volumen necesario para almacenar los sedimentos transportados por r&o y que con el tiempo se va depositando en !l. El per&odo que tarda en llenarsesedimentos esta capacidad constituye la vida 3til del embalse y se estima para proyecto peque$os en unos 56 a$os y para los grandes proyectos en unos /66 a$os. "in embargo est per&odo deber+ calcularse.

"."." #olumen %til

Es el necesario para suplir las demandas y las p!rdidas de agua durante un per&oddeterminado de funcionamiento del embalse. 7ebe ser tal magnitud que garantice, dentrde un per&odo 0idrológico escogido, la demanda requerida.

1

#OLU&EN


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"i el servicio previsto es por ejemplo un abastecimiento a una población se utilizar+ egeneral solo una parte, a veces reducida de la aportación anual del r&o, pero por lo tantoestudio tendr+ que orientarse al dimensionamiento del embalse m&nimo y del r!gimen e8plotación que permite garantizar la satisfacción de la demanda con una probabilidam&nima prefijada. ) esta probabilidad es a la que suele llamarse 9garant&a9. odoanterior nos lleva a la necesidad de realizar un estudio de regulación o de operación dembalse.

".".' Alturas caracter$sticas en el embalse

Cada uno de los vol3menes anteriores corresponde a una altura determinada en el embalsas& al volumen de azolves corresponde una altura 0/, llamada de aguas muertas o de nivde aguas muertas. "er+ la altura que alcanzar+n los sedimentos en el vaso dealmacenamiento durante la vida 3til del embalse, la cual fijar+ el nivel m+s bajo dondquedar+n colocadas las compuertas en la obra de toma.

#or encima de esta altura quedar+ la altura 3til la cual determina el nivel de aguanormales, ') ;, o sea la altura a la cual quedar&a el aliviadero, si este no tienecompuertas.

7e la misma manera, por encima de este nivel se dejar+ la capacidad para control dcrecientes, cuya altura casi siempre queda fija por las compuertas del aliviadero. El nivm&nimo de operación es el nivel m+s bajo para el cual el azolve permite suministrar el gam+8imo e8igido por la demanda.

".( )eterminación de la capacidad muerta

".(.1 *edimentación en los embalses

El conocimiento del proceso de sedimentación de los embalses es de gran importancia si considera su significación económica. addoc< =/>?>@ 0a reportado que en Estad

nidos, en promedio, se tienen p!rdidas anuales por sedimentación en embalses de 5millones de dólares.

n cauce natural que transporta un caudal unitario 9q9 tiene cierta capacidad de transporqst. Conforme nos acercamos al embalse el flujo e8perimenta una disminución develocidad y la capacidad de transporte de sedimento disminuye a qAst. 4a diferencia entrelas cargas de sedimento deber+ depositarse:

+st , + st - + st

Es obvio que este proceso de deposición afectar+ la parte m+s gruesa del sedimen primero y la parte m+s fina posteriormente. El material grueso formar+ deltas al inicio dembalse, el sedimento fino formar+ el nuevo lec0o, llegando a ocupar todo este.

4os aspectos m+s relevantes sobre este tema se refieren a:

B


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− 7istribución de los sedimentos en el embalse− Eficiencia de atrape =vida 3til@− edidas de control

4os factores de mayor transcendencia en la p!rdida de almacenamiento son:

− El 0idrograma de entrada− El sedimento arrastrado− 4as caracter&sticas del sedimento− 4a configuración del embalse− 4a operación del embalse− 4a geograf&a regional

#ara realizar los c+lculos 0idr+ulicos del proceso de sedimentación =o erosión@ es necesatisfacer los principios siguientes:

* Ecuación de continuidad del flujo d Dd8 6* Ecuación de continuidad del sedimento transportado

d=zb@Ddt 2 =/D=/*γ @@ d=qst b@Ddt 6

* Ecuación de conservación del momentum

d=- D1g@Ddt 2 dyDd8 2 d=Fe@Dd8 6

o en forma de la ecuación de flujo gradualmente variado

d7Dd8 ="b *"e@D=/*- Dg7@

)dem+s, para resolver este sistema de ecuaciones es necesaria una ecuación de arrastre dsedimento:

qst Cst q p

y una ecuación de resistencia o fricción :

- Ct R 80 "y

4os modelos matem+ticos disponibles a la fec0a, tratan de resolver este sistema decuaciones, despu!s de realizar varios supuestos y ajustar los resultados a las medicionede campo. "in embargo, un desarrollo tal se sale del alcance de este curso.

#or lo tanto es necesario acudir a una serie de predicciones emp&ricas presentadinicialmente por Gorland =/>H/@, bas+ndose en 1H diferentes embalses de los Esta

nidos, llegando a dar las siguientes recomendaciones:


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"n /D1 "o

"o "f ?.5 "n

4a pendiente del delta, "n, puede tomarse como la mitad de la pendiente originaldel r&o, "o.4a pendiente fuerte del depósito, "f, se define como ?.5 veces la del deltaEl punto en donde se encuentran ambas l&neas se considera como el nivel normdel embalse, lo cual ser+ v+lido si este nivel se mantiene durante el tiemposuficiente =nivel de operación@, en caso contrario tendr+ que utilizarse un nivmedio de operación.El delta se e8tender+ 0asta el punto en que el nivel m+8imo de embalse intercepte lec0o original del r&o.

Estos aspectos aunque no son e8actos permiten tener idea del comportamiento del embal para fines de operación. Es necesario, sin embargo, calcular cual ser+ el tiempo en que alcance tal condición, es decir poder calcular la vida 3til del embalse, a trav!s de lom!todos disponibles al respecto.

".(." E iciencia de atrape

Es importante determinar la forma de sedimentación de un embalse para definir l

vida 3til de un embalse. Este es un proceso complicado como se vio anteriormente"obre todas las variables involucradas en el problema quiz+s las dos m+simportantes son el caudal l&quido y el caudal sólido. ;tro factor importante que requieuna consideración especial y que tiene un significado importante es el peso espec&fidel sedimento depositado. 4ane y Joelzer proponen una ecuación emp&rica que permideterminar el peso espec&fico promedio del sedimento depositado en un embalse en per&odo de a$os:

/ / / 2 G D= */@ log * . B G

donde G y γ / =en lbsDpieB@ pueden obtenerse del cuadro siguiente:

Cuadro No II.'************************************************************************************** Condición de embalse )rena 4imo )rcilla

γ / G γ / G γ / G**************************************************************************************

"edimento siempre >B 6 ?5 ?.H B6 /?.6

5


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sumergido;scilación normal >B 6 H 1.H ? /6.Hde un embalse;scilación considerable >B 6 H> /.6 ?6 ?.6de un embalseEmbalse normalmente vac&o >B 6 K1 6.6 HK 6.6

El valor deγ / para una composición de arena, limo y arcilla tendr+ que obtenersemediante un valor pesado de cada uno de losγ / especificados, es decir:

γ / Larena Mγ arena 2 Llimo Mγ limo 2 Larcilla Mγ arcilla

lo mismo deber+ 0acerse para G.

4a eficiencia de atrape se define como la porción de sedimento anual transportadoque es retenido en el embalse, y generalmente es denotado por E. 4os m!todosdisponibles para estimar la eficiencia de atrape son emp&ricos y basados emediciones que se 0an realizado en diferentes embalses. 7e los m!todos m+s conocidoest+n los de Grune y C0urc0ill. El primero de ellos consiste en conocer la relación entcapacidad y flujo entrante =CDI@ al embalse.

4a figura 'o 1./ presenta los valores de eficiencia sugeridos por Grune paradiferentes valores de la relación CDI.

El m!todo de C0urc0ill propone un t!rmino que define como el Nndice de "edimentacióque es la relación entre el tiempo de retención dividido por la velocidad. El per&odo retención resulta de dividir la capacidad del embalse por el flujo entrante y la velocidase obtiene de dividir el caudal por la sección media. 4a sección media se obtienedividendo la capacidad por la longitud de embalse para su nivel medio de operación. 4figura 'o 1.1 del ane8o muestra el porcentaje de limo que pasa a trav!s del embalse, en porcentaje, en función del Nndice de "edimentación. #ara utilizar el gr+fico es necesarutilizar el sistema de unidades inglesas.

?


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7esde un punto de vista teórico la eficiencia de atrape decrece continuamente desde quel embalse comienza a operar. #or lo que puede realizarse un an+lisis de a$o en a$o mes a mes, seg3n sea el caso. 4a mejor e8presión que define la eficiencia E es de la form

E f=CDI@

"iendo C la capacidad de embalse e I el volumen anual medio de agua. #ara la curvamedia de Grune, la ecuación es de la forma:

E =CDI@D=.6/1 2 /.61 =CDI@@

H


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Conociendo E y el peso espec&fico de los sedimentos se puede calcular la sedimentacdel embalse paso a paso. El objetivo final en todo caso ser+ conocer la vida 3til deembalse. "eg3n GroOn 9 la mayor&a de los embalses deben reemplazarse cuando el0ayan perdido el 56L de su capacidad total original 9, este criterio define la vida 3tide un embalse.

4a tasa de sedimentación de un embalse puede describirse mediante la ecuación :

dC0dt , - E 0 /

7onde % ser+ la tasa de sedimento anual transportado 0asta el embalse. Integrando esecuación tendremos:

.6/1 ln =CoDC@ 2 /.61 ==CoDI@ * =CDI@@ % D/ I

Con Co como la capacidad inicial del embalse.

7e acuerdo con el criterio de vida 3til propuesto por GroOn la ecuación anterior setransforma del modo siguiente:

vu =/ ID% @ =.66K 2 .5/ =CoDI@@

dondeT!u corresponde a la vida 3til en a$os.

Esta ecuación permite definir tentativamente la vida 3til de un embalse. "in embargoeste c+lculo puede realizarse en forma discreta para un per&odo definido, y tabulaseg3n el cuadro siguiente:

Cuadro II.(*********************************************************************** #er&odo -olumen -olumen Capacidad E -olumen tiempo afluente sedimento embalse =ec./@ )cumulado***********************************************************************

=I@ =%@ =Co@ =C@ / I/ %/ C6 E/ C6*C/ . . . . . .. . . . . . .. . . . . . ..

4os valores de I y % a usar normalmente ser+n los a$os de registro disponiblesuponiendo que se da una continuación de tales registros en los a$os futuros de operaciódel embalse.

".2 )eterminación de la capacidad %til de un embalse

K


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4os requerimientos necesarios para determinar la capacidad 3til de un embalse son:

− 7emandas de agua− )portaciones del r&o− Curva +rea * elevación

4as demandas de agua quedar+n determinadas por el tipo de proyecto a desarrollar y dlos estudios b+sicos iniciales. 4as aportaciones del r&o pueden proporcionarse a trav!s d

− Registros 0istóricos− Registros sint!ticos

El primero de ellos corresponde a los registros 0idrológicos disponibles en el sitio eestudio, y se supone que estos se repiten e8actamente, por lo que se realiza el c+lcucomo si el proyecto funcionara en los a$os del registro disponible. El segundo consideque es necesario simular este registro a$adiendo otros valores posibles a las condicion0idrológicas. "i se tienen datos durante m+s de /5 a$os es conveniente usar el registro0istórico. 4os registros sint!ticos simplemente ser+n aquellos que tienen la misma probabilidad de ocurrir que el registro 0istórico y, por lo tanto, permiten analizar efuncionamiento del vaso en una gama m+s amplia de posibilidades.

4a e8presión general propuesta por (iering para generar los valores del registro sint!ticoes:

P j P jA 2 =r j " jD" j*/ @=P j*/ * P j*/A @ 2 f j " j =/ * r j @/D1 donde :

P j * valores generados para el mes jPA j * media de los valores 0istóricos del mes j" j * desviación est+ndar de los valores 0istóricos del mes jr j * coeficiente de correlación entre los valores 0istóricos del mes j y los del mes j/f j * n3mero aleatorio con media cero, desviación est+ndar / ydistribución normal.

;tros m!todos utilizados para ello son los modelos de simulación, tambi!n llamados!todos de onte Carlo, que consiste en generar aleatoriamente una serie de caudales

seg3n las caracter&sticas de la cuenca.

".2.1 )eterminación del almacenamiento

a. 7iagramas masa

4os diagramas de masa son gr+ficos que permiten dibujar en forma acumulada locaudales de un r&o y, en consecuencia muestran los almacenamientos tambi!n acumulad7ebe tenerse en cuenta que los diagramas se realizan despu!s de 0aber descontado la p!rdidas por evaporación, transpiración y percolación. En esta curva por ser

>


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acumulativa se presenta pendientes positivas por encima de la 0orizontal. #ara cad punto, la tangente a la curva indicar+ el caudal en ese momento.

Cuando se compara con la l&nea de demandas tambi!n acumuladas, la m+8imordenada comprendida entre las curvas de demanda y la de producción ser+ el m+8imalmacenamiento requerido para ese per&odo. Cuando la demanda acumulada es constanuna l&nea recta, el almacenamiento =*@ necesario es la m+8ima ordenada comprendidaentre las tangentes trazadas a las dos curvas en sus punto de m+8ima y m&nimo, paralea la l&nea de demanda =ver figura 'o1.B@.

Tiempo

3i4ura No ".' Almacenamiento

#ara definir la curva de producción es necesario utilizar la serie que da el volumem+8imo requerido, lo que lleva a la determinación del per&odo de producción m+s cr&Rivas=/>H?@, sugiere el uso de la serie de meses de menor escorrent&a. Ello consistdeterminar a partir de una serie de a$os, el mes m+s seco, los dos meses consecutivm+s secos, los tres meses consecutivos m+s secos y as& sucesivamente, entendi!nd por meses consecutivos m+s secos aquellos cuya producción es menor que la demanda.

4uego conoci!ndose la demanda estimada se determinan sucesivamente los d!ficits entr producción y consumos con base en uno, dos, tres, etc. meses consecutivos. "e obtendr+

valores que van aumentando para m+s tarde disminuir, el m+8imo d!ficit, el 3ltimantes de comenzar a disminuir ser+ el volumen necesario a almacenar. El cuadro adjunmuestra un ejemplo de aplicación de este m!todo.

".5 3uncionamiento de un embalse

/6

-olumenacumulado

7emanda

7isponibilidad


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#ara simular el funcionamiento de un embalse se utiliza la ecuación de continuidad parun intervalo de tiempo t:

E * " -

donde E son las entradas, " las salidas, y - volumen almacenado o deficitario.

7esarrollando cada t!rmino de la ecuación anterior en forma m+s amplia tendremos:

IC# 2 I 2 -44 * -E-) * -I'( * -7ERR -

7onde:

* -44, volumen de lluvia en el vaso-44 0p M )A0p * altura de lluvia registrada en el intervalo)A * +rea media de la superficie libre del embalse

* -E-), p!rdida por evaporación-E-) E-)# M )AE-)# f=Q1@ M = es*ea@D4ves * presión de saturación, depende de la temperatura del agua =si la s e/K C, SesT resulta /? mm de Fg @ea * presión de vapor del aire, a temperatura y 0umedad relativa medidas a1.6 m sobre la superficie. =si Fr K6 L y s /K C, entonces SeaT resul/ mm de Fg @4v * calor latente de evaporación

Firiart sugiere el uso de la ecuación :E-)# .KBBD=/6H6* s@ M =H6 2 /.K? 1@M=es*ea@

1 * velocidad del viento a 1.6 m sobre la superficie en JmD0r.E-)# * mmDdia

s * Ces , ea * en mm de Fg

* -I'(, p!rdidas por infiltraciónEs un valor que no puede medirse directamente, siendo normalmente unt!rmino de menor valor.

* -7ERR, derrames"e debe a avenidas que obligan a descargar por los aliviaderos parte de suvolumen.

IC#, escurrimientos generados por la cuencaI , entrada por transferencia de otras cuencas

//


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#ara realizar los c+lculos de forma m+s eficiente

- i2/ - i 2 Pi * "i * #i

Con la restricción - m U -i2/ U -n

donde :

- i2/ , - i volumen almacenado al final y al principio del intervalo, que pueden serd&as o meses.Pi, volumen que entró al embalse en el tiempo i"i, volumen derramado#i, depender+ de las caracter&sticas -44, -E-) y -I'(, para el nivel del embalseen el intervalo i.

- m, volumen m&nimo aceptable en el vaso- n, volumen correspondiente al nivel m+8imo de operación.

El c+lculo se realiza siguiendo el procedimiento siguiente:

/* "e obtienen las curvas elevación* volumen, elevación * +rea1* "e inicia el c+lculo a partir de una cierta elevación 0i y los valores conocidos-i y de )i. Conviene comenzar el c+lculo en los meses de mayor aportación.B* Con las entradas y salidas conocidas Pi, "i, se calcula:

-Ai2/ - i 2 Pi * "i

* Con el -Ai2/ se determinan los 0i2/ y ) i2/ y se calculan los valores medios:

0A .56 M =0i 2 0i2/@)A .56 M =)i 2 ) i2/@

5* "e obtiene una nueva apro8imación del volumen correspondiente al final deintervalo:

-AAi2/ - i 2 Pi * "i 2 #i

?* "i el nuevo volumen es semejante al anterior -AAi2/ -Ai2/ , se continua el proceso del paso , 0asta lograrlo, una apro8imación deseable es :

D-


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H* Cuando el volumen obtenido -i2/ es mayor que -n, se registra un volumenderramado y se considera que -i2/ es igual a -n. Cuando -i2/ es menor que- m, se consigna un volumen deficitario igual a la diferencia y se considera -i2/

- m.

K* Calcular las nuevas condiciones para el siguiente t, se sigue en el paso B.

".6 )eterminación de la altura de presa

Va se 0a mencionado antes dos de las alturas necesarias en las curvas de capacidad : laltura de aguas muertas y la altura de operación normal. "in embargo, no es admisiblque el agua vierta por encima de la presa y por lo tanto 0ay que agregar a las alturaanteriores una altura 0B que se denominar+ como borde libre total. Esta altura a su vse compone de tres partes : la altura m+8ima que alcanza la creciente de dise$o en su pa por el embalse, la altura de la ola generada durante este paso y el borde libre propiamente

4a altura m+8ima de la creciente requiere del tr+nsito de la creciente en el embalse, peeste tema se tratar+ en los cap&tulos posteriores.

4a altura de ola m+8ima se supone que ocurre durante el paso de la avenida de dise$debido a los vientos que se generan durante este momento. Ella depende de : el 9fetc0que es la distancia recorrida por el viento sobre el agua, medida en l&nea recta y norma la presa desde el punto m+s alejado 0asta la presa. 7e la velocidad del viento= normalmente a /6.6 m sobre la superficie@, de la profundidad del agua en el embalse,el anc0o del embalse.

#ara el c+lculo de esta altura e8isten varias m!todos, entre los que se tienen las siguientes

7a89aley y 7enry :

Fd =.665 - * .6?K @ W(

donde : (* fetc0 en Jm-* velocidad del viento en JmD0r Fd* altura de ola en metros

*te!enson :Fd .B (/D1 2 .H? * .1? (/D

(* en JmFd* en metros, valida para - /66 JmD0r

A*CE: combinando varias fórmulas:

Cuadro II.

/B


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(etc0=Jm@ -=JmD0r@ Fd=m@ ************************************************************

/.? K6 .K6/.? /16 .>6

.6 K6 /.6

.6 /16 /./

.6 /?6 /.1K.6 K6 /.1K.6 /16 /./5K.6 /?6 /.B6

/?.6 K6 /. 6 /?.6 /16 /.H6

3al!ey: ;1


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1. 7e acuerdo a los materiales de construcción: en presas de tierra, enrocado yconcreto.

B. i8tas o combinaciones de tierra con concreto, tierra con enrocado, etc.. 7e acuerdo a su altura en presas bajas y presas altas:

4as primeras son aquellas cuyas alturas no pasan de /5 m y las segundas lassuperiores a los /5 m.

5. #or la curvatura de su eje: en presas rectas y curvas.

'.1 3allas en presas

Es importante analizar los diferentes estudios que se 0an efectuado sobre las causas dfallas en presas, pues de ellos se pueden obtener criterios b+sicos de dise$o, y a la veobservar como se 0an desarrollado los dise$o modernos de las presas. En primer lugaes necesario definir que se va a entender como falla y que como da$o. (alla es un 0ec0que ocurre en una presa que lleva a una descarga descontrolada de agua, mientras que daes un 0ec0o que afecta a una estructura en su operación, y se requiere una reparació pero sin que se llegue a dar la descarga descontrolada de agua.

"olo 0ay alrededor de 166 casos de fallas notables de presas de importancia 0istóricauc0as de las fallas potenciales 0an podido ser controladas a tiempo, mediante la pront

aplicación de las medidas correctivas. El 0ec0o de que la falla de una presa pued provocar la p!rdida de vidas 0umanas, 0ace a este tema de inter!s permanente, en ecuadro adjunto se presentan los casos de fallas en t!rminos de las vidas 0umanas p!rdidas.

#ara considerar los tipos de accidentes, una presa puede dividirse en cuatrocomponentes:

− El cuerpo de la presa− 4a fundación y los estribos− 4as obras ane8as− El embalse y las +reas aguas abajo

Como ejemplo, los accidentes en el cuerpo de la presa pueden ser:

a@ #resas de enrocamiento :

− Erosión interna y tubificación− 7eformaciones e8cesivas− Erosión e8terna− 4icuefacción, llegando a la falla de talud

b@ #resas de concreto y mamposter&a

− 7eterioro de los materiales de la presa− (racturas debido a temperatura− "ismos que provocan rupturas

/5


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En />BB las principales causas de fallas encontradas fueron :

En presas de enrocamiento: B6 L vertedores inadecuados/6 L cortinas inadecuadas

En presas de concreto: B/ L cortinas inadecuadas/1 L falla en el dise$o/1 L falla en la construcción

En />?/ se realizó una revisión en Espa$a de /?16 presas de las cuales el /> L estuvieronsujetas a accidentes, entre los que se destacaron los siguientes:

6 L relativos a problemas de fundación1B L vertedores inadecuados/1 L construcción pobre

Casos >istóricos de alla?

*AN 3E@NAN)O LO E@ )A& ;EEUU=Esta presa es parte del sistema de abastecimiento de agua potable de la ciudad de 4o)ngeles, California. 4a presa se terminó de construir en />/K y tiene Bm de altura, es dmateriales sueltos y funcionó apropiadamente 0asta />H/. En ese a$o se produjo un sismde ?. de magnitud con un epicentro a / Jm de la presa, lo que provocó que el talud deaguas arriba de la presa se deslizara 0acia el embalse. #or fortuna el embalse se logro baja tiempo y los da$os se lograron controlar, aguas debajo de la presa se ten&a una poblacde K6666 personas. 4a falla se considera debida a la licuefacción de los materiales d

relleno de la presa.

TETON )A& ;EEUU=En esta presa de >Bm de altura se realizó el primer llenado del embalse en junio de />HEra una presa de enrocamiento dise$ada y construida con la supervisión del SGureau Reclamation of t0e nited "tatesT conocido como "GR.

4a causa de la falla que se llegó a determinar por eminentes especialistas fue que s produjo erosión interna debido a inadecuado manejo de materiales en la zona central dn3cleo de la presa. 4a presa estaba cimentada en materiales volc+nicos con juntas abierta

&ALPA**ET )A& ;3@ANCIA=Esta presa se terminó de construir en />5> y tiene ?/m de altura, como resultado de su fall

?/ personas murieron y se provocaron muc0os m+s da$os. El mecanismo de falla no ee8actamente conocido, sin embargo se sabe que la presa rotó en su estribo derec0generando la falla en los B6m superiores de ese estribo.

*OUT7 3O@B )A& ;EEUU=

/?


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Esta presa ten&a 11m de altura y fue construida de materiales sueltos, la falla de estructura vertedora provocó la muerte de 1166 personas por lo que se considera el maydesastre en fallas de presas en Estados nidos.

) pesar de que se considera que para su !poca, principios del siglo PP , lasespecificaciones de construcción de la presa fueron correctas, a la presa se le dise$ó unalcantarilla y un vertedor de ?m de anc0o para manejar las crecientes. #ero la falta drecursos provocó que se decidieran cambiar las dimensiones del vertedor a 11m de anc0Estas razones y otras de &ndole constructivo provocaron que cuando se presentó la primcreciente importante en mayo de /KK> se llegara a sobrepasar la altura de la presa y provocara su falla.

#AIONT )A& ;ITALIA=Esta presa se terminó de construir en />?6, con sus 1?5m de altura se convirtió en esoa$os en la segunda presa m+s alta del mundo. En octubre de />?B un deslizamiento en zona de embalse cubrió en 1 6 millones de metros c3bicos a este, lo que provocó que ungran masa de agua se desplazara 0acia la presa. 4a altura del agua sobre la presa fue d/66m y la creciente aguas abajo provocó la muerte de 1?66 personas.4os cambios en los niveles fre+ticos en la zona de embalse generaron la inestabilidad de lsuelos. 4a presa a3n e8iste pero no puede ser utilizada ya que su embalse est+ cubierto cerca de /.K Jm.

En />?5 la International Commission on 4arge 7ams =IC;47@ realizó una serie deestudios continuos de fallas y accidentes de grandes presas, culminando con un reporte />HB. El cuadro siguiente es un resumen de tal trabajo:

/H


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Cuadro No II.2***********************************************************************Causa o tipo de falla '3mero de accidenteso accidente )rco Contrafuerte %ravedad ierra Enrocado***********************************************************************E8ploración > 5 ? > 1

ateriales / * 1 K *bicación * / /H B

7ise$o ? /B K BConstrucción / / 1 B1 5;peración * * * 5 /Inspección / / * B ************************************************************************

; )4 /? / 1H /?1 /

El ingeniero debe partir de la premisa de que cualquier sitio de presa es 3nico, por ltanto son muc0os los factores que afectar+n la selección de un determinado tipo d presa, sin embargo, entre ellos se pueden citar:

− ;pinión del p3blico y su influencia en la conservación del medio ambiente− 4a función fundamental de la presa− 4a conservación primaria del agua− El tiempo y dinero pueden se invaluables− 4a disponibilidad de materiales− "ismicidad de la zona− %eolog&a del sitio− Fidrolog&a del +rea

'." Tipos de presas

Entre los diferentes tipos de presas que e8isten y sus caracter&sticas se tiene :

- Dique o terraplén : cualquier presa construida de materiales e8cavados queson puestos sin ning3n tipo de mejoramiento m+s que el natural que tiene ematerial.- Presa de tierra : consiste de una presa construida principalmente de tierracompactada en forma 0omog!nea, que contienen m+s del 56 L de tierra.- Presas de relleno hidráulico : es un terrapl!n construido de tierra, arena, grava yroca, normalmente dragado, transportado al sitio mediante suspensión en agua.- Presa de enrocamiento : terrapl!n que depende de la estabilidad primaria dela roca. Estas pueden contener varias zonas, con filtros, normalmente tienen un56 L de material rocoso compactado.- Presas de gravedad : presa construida de concreto masivo, con dependencia de su peso para la estabilidad. 'ormalmente tienen forma triangular.- Presas de gravedad en curva : presas de gravedad con curvatura en planta, pero no dependen del desarrollo en arco para su estabilidad.

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- Presas de arco : presa con curvatura 0acia aguas arriba, que transmite la mayor porción de la carga a los estribos m+s que a la fundación. En general una presa darco tiene un espesor en la base menor de un ?6 L de su altura.- Presas de arco-gravedad : presas donde la carga se transmite tanto a losestribos como a la fundación.- Presas de contrafuertes : presa que consiste de una cara aguas arriba que retieneel empuje del agua, apoyada a intervalos por una serie de soportes o contrafuertesubicados aguas abajo.

'.' Condiciones +ue debe cumplir una presa

Como se 0a visto las presas pueden 0acerse de tierra, roca, concreto o mamposter&a. selección del material depender+ principalmente de la geolog&a del sitio y en segunlugar del costo de varias alternativas. El concreto y mamposter&a requieren fundacionde roca o en arcilla firmes o alg3n estrato sano no tan duro como la roca.

Cualquiera que sea el tipo de presa el material de la fundación debe ser impermeablo capaz de llegar a 0acerse impermeable mediante perforaciones de inyección.#ara una adecuada construcción de una presa se deben cumplir las siguientes condiciones

* 4as m+rgenes del valle en donde se pretende realizar el embalse deben ser impermeablal menos 0asta el nivel que pretende llegar el embalse y ellos deben ser estables ante loniveles variables del agua.

* 4a presa debe ser impermeable y adecuadamente conectada al material impermeable dla fundación y, cualquier filtración podr+ pasar siempre y cuando lo 0aga en forma seguy controlada, sin poner en peligro la estructura.

* 4a presa y su fundación deben ser lo suficientemente fuertes como para resistir todas lfuerzas que act3an sobre ella.

* 4a presa y sus obras ane8as deben ser durables.

* 7eben tomarse las precauciones del caso para que las crecientes pasen en forma segur por la presa.

* 4as condiciones de operación del embalse deben realizarse en forma controlada segura.

'.( rado de impermeabilidad de la presa

El grado de impermeabilidad que debe lograrse debe ser tal que las filtracioneinevitables que ocurren no presenten peligros a la estructura y no sea de importancieconómica. anto como sea posible estas filtraciones deben recogerse a trav!s de usistema de drenaje, el cual debe permitir medir el flujo con regularidad.

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E8isten dos medios que son utilizados para 0acer impermeable una fundación : pomedio de una trinc0era de corte = cut*off trenc0 @ a todo lo largo de la gargantamediante una cortina o pantalla a trav!s de la garganta.

4a trinc0era corta todos los estratos permeables cercanos a la superficie y llega 0asta lroca sana e impermeable. En algunos casos se 0ace de concreto y alrededor de 1.6 m danc0o, tambi!n se 0a usado arcilla que resulta m+s económico, pero tiene einconveniente de que puede ser lavada por el agua de percolación por lo que econcreto se considera m+s seguro.

Es particularmente importante realizar una adecuada cone8ión entre la parte superior dla trinc0era y la presa, pues la superficie original del terreno presenta un plano ddebilidad donde pueden presentarse movimientos. En presas de enrocamiento efrecuente que el n3cleo contin3e 0asta la trinc0era, logrando as& una respuesta 0omog!ndel conjunto.

4as cortinas o pantallas consisten de perforaciones verticales o inclinadas que serealizan en la fundación a ciertos intervalos, y en los que se inyectan mezclas de agua cocemento o arcilla. Esta mezcla penetra en la roca y juntas a trav!s del agujero, 0ast penetrar todo el estrato permeable. Cuando la inyección termina quedan selladas todalas juntas o fisuras, 0aciendo impermeable el estrato. 4as perforaciones tienen questar lo suficientemente juntas para formar una barrera impermeable entre losagujeros. Es usual realizar una primera serie de agujeros espaciados ?.6 o H.6 metros despu!s una segunda serie en medio de estos. El espaciamiento requerido para formauna cortina adecuada var&an con el tipo de estrato a penetrar. 4as cortinas se adoptusualmente para impermeabilizar rocas b+sicamente sanas, razonablemente impermeableno sujeta a deteriorarse o descomponerse a3n con el paso del agua.

'.2 @esistencia de la presa

El empuje del agua embalsada y el peso de la presa en s& mismo causa esfuerzos qse desarrollan en la presa y su fundación que adem+s, deben ser resistidos empleandun adecuado factor de seguridad. Este factor depender+ del tipo de presa a constru pero cada una debe ser segura contra la falla al cortante a traves de cualquier plano dfalla.

En un posible sitio la calidad de la roca dicta el tipo de presa a usar, no resulta e8tra$remover /6.6 m de material descompuesto para fundar una presa de concreto. #ara un presa de /66.6 m de altura la fundación debe ser capaz de soportar los siguientesesfuerzos con un adecuado factor de seguridad :

#resa de enrocamiento /.K*1 pa#resa de gravedad B * #a#resa de contrafuertes 5 * H #a#resa de arco H * /6 #a = /#a /'Dm @

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4a mayor&a de las rocas masivas tendr+n esfuerzos de fractura muy en e8ceso de esvalores. "in embargo, es precisamente la e8istencia de juntas, espejos de falla, ydiaclasamiento lo que controla la capacidad soportante. "i el material de relleno de la juntas es compresible entonces el módulo de deformación de la masa rocosa es demasiad bajo. Es usual que la calidad de la roca mejore con la profundidad, lo que favorecer&la presa de gravedad, no as& a la de arco.

'.5 3orma del !alle

uiz+s la definición m+s simple de la forma del valle es la relación entre anc0o devalle a la altura de la presa y la profundidad, bajo la cresta de la presa. )s& lasiguientes definiciones son muy usadas :

na garganta cuando QDF U B Fn valle estrec0o con B U QDF U ?n valle amplio con QDF X ? Q

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*ecciones tipo de presas

CAP2 Presas y Embalses

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