CONSTRUCCIÓN DE PRESAS

INTRODUCCIÓNEl presente trabajo ha sido realizado tras haber compartido conocimientos en el desarrollo del curso de Geotecnia con el fin de aprender a identificar en nuestro caso particular las características propias de las represas o presas, así como el proceso de su construcción. El documento consta de tres partes esenciales: las clases introductorias, teóricas y prácticas.

CAPÍTULO I: GENERALIDADES

Y CONCEPTOS

1.DEFINICIÓN DE REPRESA

Se puede denominar como presa o represa a una barrera construida a base de piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo.

TERMINOLOGÍA Y ELEMENTOS DE UNA PRESA

TERMINOLOGÍAA. EL EMBALSE

Es el volumen de agua que queda retenido por la presa. 

B. EL VASOEs la parte del valle que, inundándose, contiene el agua embalsada. 

C. LA CERRADA O BOQUILLAEs el punto concreto del terreno donde se construye la presa. 

D. LA PRESA O CORTINA

ELEMENTOS PRINCIPALESLOS PARAMENTOS, CARAS O TALUDES.LA CORONACIÓN Es la superficie que delimita la presa superiormente.LOS ESTRIBOS Son los laterales del muro que están en contacto con la cerrada contra la que se apoya. LA CIMENTACIÓNEL ALIVIADERO Es la estructura hidráulica por la que rebosa el agua excedentaria cuando la presa ya está llena. LAS COMPUERTAS Son los dispositivos mecánicos destinados a regular el caudal de agua a través de la presa.EL DESAGÜE DE FONDO Permite mantener el denominado caudal ecológico aguas abajo de la presa y vaciar la presa en caso de ser necesario.

TIPOS DE PRESAS

A. PRESA DE GRAVEDAD

1.SEGÚN SU ESTRUCTURA

B. PRESA DE ARCO

C. PRESA DE BÓVEDA O DE DOBLE ARCO

D. PRESA DE ARCO – GRAVEDAD

E. PRESAS FILTRANTES O DIQUES DE RETENCIÓN

F. PRESAS DE CONTROL DE AVENIDAS

G. PRESAS DE DERIVACIÓN

H. PRESAS DE ALMACENAMIENTO

2.SEGÚN SUS MATERIALES

A.PRESAS DE HORMIGÓN

B. PRESAS DE MATERIALES SUELTOSC.PRESAS DE ENROCAMIENTO CON

CARA DE HORMIGÓN

CAPÍTULO II: ETAPAS DE UNA

CONSTRUCCIÓN DE UNA PRESA

CONSIDERACIONES GENERALES1. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA PRESA

Un tajamar o pequeña presa (o represa) está constituido principalmente por la presa misma, apoyada en el terreno a través de los estribos laterales y de su fundación (Hay distintos tipos de presa según los materiales con que se construye):

El embalse que contiene cierto volumen de agua, aguas arriba de la presa.

La obra de toma y su conducción hacia aguas abajo, que permiten tomar y conducir el agua hacia el uso que esta tiene asignado.

El aliviadero o vertedero, que permite evacuar sin daños por los excesos de agua, evitando que el nivel del embalse suba más de lo permitido e impidiendo con ello el sobrepaso de la presa.

2. DEMANDA A SATISFACER

Para iniciar el proyecto de una presa en primer lugar se debe definir el tipo de demanda de agua a satisfacer, y sus características y cantidades estimadas en función del tiempo. El agua puede ser utilizada para satisfacer una gran variedad de necesidades, por ejemplo, la demanda de consumo humano o animal, el riego, la recreación, la producción de energía hidroeléctrica, la producción de peces, la protección contra incendios, el control de erosión, el uso paisajístico y la protección contra inundaciones. De todos estos posibles usos la irrigación es el que involucra el mayor número de obras.

3. INDICADORES

O Existen varios indicadores específicos que guardan relación con el área cultivada para evaluar a grandes rasgos las características de un proyecto. Sin embargo, mencionamos a continuación solamente algunos que tienen que ver con la presa y el uso del recurso hídrico.

La capacidad de regulación interanual del embalse

La capacidad de laminación de crecidas

La capacidad de laminación de crecidas

4. SELECCIÓN DEL SITIO DE LA REPRESA

No es conveniente ubicar la represa en lugares donde existan viviendas permanentes o instalaciones de importancia junto al cauce dentro del área afectada ante una eventual falla de la estructura.

 Si no hubiera otra alternativa, la selección de un sitio así obligará a realizar un diseño más cuidadoso y a extremar las precauciones y controles durante la construcción, la operación y el mantenimiento de la obra, lo que en definitiva redundará en un mayor costo.

5. RELEVAMIENTO TOPOGRÁFICO DEL LUGAR

O El relevamiento topográfico mínimo para un tajamar consiste en un perfil altimétrico a lo largo del eje del dique y del vertedero, y en el relevamiento planialtimétrico de una cantidad suficiente de puntos en el vaso que permita estimar áreas y volúmenes de embalse que permita describir el vaso con curvas de nivel cada por lo menos un metro, como mínimo hasta un metro más que la cota superior de la represa.

6. FUENTE DE AGUA DE APORTE A LA REPRESA

El agua de aporte a la represa puede ser agua superficial de una cuenca de aporte, agua subterránea de un acuífero o ambas.

7. EVALUACIÓN DE LOS SUELOS PARA LA OBRA

Los suelos en la zona inundable de la represa deberían ser suelos de baja productividad y tener un horizonte impermeable y de espesor suficiente para prevenir una excesiva infiltración

8. REQUERIMIENTOS DE VERTIDO

La función de las obras de vertido es conducir el agua en exceso en forma segura de manera que no sobrepase al terraplén y no dañe el talud aguas abajo del mismo.

9. SEGUIMIENTO DURANTE LA CONSTRUCCIÓN E INFORME DE FINAL DE OBRA

Se recomienda que un profesional competente realice el seguimiento de la construcción de la obra para asegurar que se cumpla con todos los procedimientos establecidos según el proyecto específico y con las mejores reglas del arte

DIMENSIONADO DEL VOLUMEN DE EMBALSE

Metodológicamente, en una primera etapa, se debe estimar el volumen de escurrimiento de la cuenca. En una segunda etapa, para diversos volúmenes a embalsar, mediante un balance hídrico se analizará su comportamiento frente a la demanda.

DISEÑO HIDROLÓGICO-HIDRÁULICO DE LAS OBRAS DE VERTIDO

El dimensionado del volumen del embalse es un aspecto del diseño que busca optimizar la inversión maximizando la eficiencia en el uso del recurso hídrico.

A.OBRAS DE VERTIDO

ASPECTOS VINCULADOS AL DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS OBRAS

A. DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA PRESA Y SU FUNDACIÓN

B. LAS OBRAS AUXILIARES

C. LA ETAPA CONSTRUCTIVA

D. MANTENIMIENTO

CAPÍTULO III: CONSTRUCCIÓN

DE PRESAS

1. CONSTRUCCIÓN DE PRESAS DE HORMIGÓN

1.1 EL HORMIGÓN COMPACTADO A RODILLO (HCR) Y SUS VENTAJAS

1.2 CONCEPTOS HORMIGÓN COMPACTADO A RODILLO

Como consecuencia dé su evolución, han surgido tres conceptos diferentes de Hormigón Compactado a Rodillo:

A.Hormigón Compactado a Rodillo Pobre 

B. Hormigón Compactado a Rodillo Moderado en Pasta

C.Hormigón Compactado a Rodillo Rico en PastaTABLA N° I: CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS DISTINTOS CONCEPTOS DE HORMIGÓN

COMPACTADO A RODILLO

CaracterísticaHormigón

compactado a rodillo pobre

Hormigón compactado a

rodillo moderadoen pasta

Hormigón compactado a rodillo rico en

pastaContenido de Ligante (kg/m3) < 100 100 – 150 > 150Adiciones Minerales en el ligante (%) 0 – 40 20 – 35 50 – 80Consistencia Muy Seca Seca Seca / PlásticaEspesor de Capa (m) 0,30 – 0,40 0,70 – 1,00 aprox. 0,30Resistencia a compresión (MPa) 8 – 10 12 – 16 20 – 40Permeabilidad (m/s) 104 - 109 10-7 – 10-10 10-10 – 10-13

Medidas especiales de estanqueidad Requeridas Requeridas No Requeridas

1.3 MATERIALES ADECUADOS PARA DE HORMIGÓN COMPACTADO A RODILLO

A. LIGANTES

B. AGREGADOSTABLA N° II: ALGUNOS EJEMPLOS DE AGREGADOS PARA HORMIGÓN COMPACTADO

A RODILLO

Presa (País) Tam. Máx.(mm)

Nº deFracc. Fracciones (mm)

Japón: Ohkawa Shin - Nakano Shin - Nakano

 8080

150

 445

 0-5,5-20,20-40,40-800-5,5-20,20-40,40-800-5,5-20,20-40,40-80,80-150

España Castilblanco Morales Morales Erizana

 508040

100

 4434

 0-5,5-12.5,12.5-25,25-500-5,5-20,20-40,40-800-5,5-20,20-400-6,6-20,20-50,50-100

Estados Unidos Monkville Willow Creek Upper Stillwater

 767638

 233

 0-25,25-760-20,20-38,38-760-4.8,4.8-19,19-38

Brasil Saco de Nova Olinda 76 2 0-30,30-70

C. AGUAD. ADITIVOS QUÍMICOS

2. CONSTRUCCIÓN PRESAS DE MATERIALES SUELTOS

Las presas de materiales sueltos son terraplenes artificiales construidos para permitir la contención de las aguas, su almacenamiento o su regulación. Este tipo de presa fue la más utilizada en la antigüedad.

2.1 CLASIFICACIÓN DE LAS PRESAS FLEXIBLES

DE ACUERDO A LOS MATERIALES UTILIZADOS

A.Presas de tierra.- En las cuales el volumen principal del cuerpo de la presa se hace con suelos arcillosos, arenosos, o areno - gravillosos de grano fino.

B. Presas de roca – tierra.- En las cuales el volumen principal del cuerpo de la presa se hace de suelos de grano grueso y los elementos antifiltrantes de suelos de grano fino.

C.Presas de enrocados.- En las cuales el cuerpo principal de la presa se hace de materiales con grano grueso y los elementos antifiltrantes de materiales aglutinados (pantallas antifiltrantes).

SEGÚN EL ESQUEMA CONSTRUCTIVO DE LA PRESA

A.Presas homogéneas.- Con un solo material en contacto con el filtro.

B. Presas heterogéneas.- En las que el cuerpo se compone de dos o más clases de suelos.

C.Las presa heterogéneas.- Se dividen según la colocación del elemento antifiltrante, así:

Presas con núcleo vertical Presas con núcleo inclinado Presas con pantalla impermeable aguas arriba

SEGÚN EL MÉTODO DE EJECUCIÓN DE LOS TRABAJOS

A.Terraplenado

B.Relleno hidráulico

C.Material arrojado

SEGÚN LA CONDICIÓN DE PASO DE LOS CAUDALES DE CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN

A. Presas sordas.- Son aquellas en que el caudal de filtración a través del cuerpo de la presa es mínimo en comparación con los caudales que son evacuados durante la construcción y la operación.

B. Presas filtrantes.- Este tipo de presa puede hacerse de piedra (gaviones) sin elementos especiales antifiltrantes, permitiendo el paso de caudales apreciables a través de su cuerpo.

C. Presas auto-vertedoras.- Son aquellas que tienen cresta y taludes dispuestos con estructuras de descarga de agua a flujo libre para permitir el paso de caudales de construcción o de operación.

2.2 CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE PRESAS FLEXIBLES

No se debe permitir por lo general el rebosamiento por encima de la presa por lo que las estructuras de descarga deben proyectarse para evacuar los caudales de diseño.

Los taludes de la presa deben ser estables de manera que soporten todos los esfuerzos a que estarán sometidos durante la construcción y operación.

3. PRESAS FLEXIBLES HOMOGÉNEAS Y MIXTAS

Las presas flexibles homogéneas y mixtas son aquellas estructuras construidas con tierra, o con una combinación de enrocado y núcleo impermeable de materiales finos.

Las dimensiones del perfil de presas flexibles no se deducen de cálculos matemáticos, sino que se determinan por los resultados dados por la experiencia de otras presas existentes y en operación, o de otras construidas y falladas. Las dimensiones que se adopten deben ajustarse por los requerimientos dados por los cálculos de estabilidad.

4. CIMENTACIÓN DE LAS PRESAS La cimentación debe proporcionar un apoyo estable para el

terraplén en todas sus condiciones de carga y saturación. Debe tener resistencia a la filtración para evitar daños por

erosión y pérdidas de agua. Es importante que se realice simultáneamente la

preparación de la fundación y la excavación para la tubería de toma de agua de acuerdo con las pendientes y dimensiones mínimas indicadas en planos.

En esta etapa de la construcción es importante tomar todas las previsiones para controlar el agua hasta que se concluya la obra.

1. TIPOS DE CIMENTACIÓN

A. CIMENTACIONES EN ROCA En general no presentan problemas de resistencia a la capacidad portante. El principal problema lo constituyen las filtraciones excesivas por fisuras y grietas.

B. CIMENTACIONES EN LIMO-ARCILLA El problema estriba no tanto en las filtraciones como en la estabilidad del suelo de la cimentación.  CIMENTACIONES SATURADAS CIMENTACIONES RELATIVAMENTE SECAS

C. CIMENTACIONES EN ARENA Y GRAVA

Frecuentemente la cimentación de presas flexibles consiste en depósitos aluviales de arena y grava relativamente permeables. Se presentan los siguientes problemas básicos: magnitud de las filtraciones subterráneas, presiones producidas por las filtraciones; tubificaciones; y licuefacción. Arenas sin cohesión de baja densidad son peligrosas como fundación.

Al presentarse pérdidas de agua del embalse hay que hacer la consideración sobre qué sale más caro: si el agua que se pierde o el tratamiento antifiltrante.

Todas las presas construidas sobre material permeable deben tener un dren aguas abajo.

2. MEDIDAS PARA MEJORAR LA CIMENTACIÓN DE LAS PRESAS

Los problemas de filtración se presentan generalmente aguas abajo debido a que la fuerza de presión del agua (subpresión) en un punto dado de la cimentación iguala a la presión ejercida por el peso combinado del suelo y agua por encima de él.

O DENTELLONES DE TIERRA DEL MISMO MATERIAL DEL NÚCLEO IMPERMEABLE DE LA PRESA

O DENTELLONES PARCIALESO DENTELLONES CON TABLESTACAS DE ACEROO DENTELLONES DE CONCRETO IN SITU (DIAFRAGMAS)O INYECCIONESO COLCHONES DEL LADO AGUAS ARRIBAO FILTROS Y COLCHONES HORIZONTALES DE DRENAJEO DRENES AL PIE DE LA PRESA Y ZANJAS DE DRENAJEO POZOS DE DRENAJE

3. ELEMENTOS CONSTITUTIVOSA. CUERPO

TABLA N° III: CALIDAD DE LOS MATERIALES EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE PRESAS HOMOGÉNEAS HIMAT, 1984.

Clase de material

Contenido arcilla Calidad del material

% Fundación Cuerpo De la presa

Arcilla 40 - 60 Muy buena. No necesita medidas especiales.

Buena. La superficie de la presa debe revestirse con algún tipo de protección.

Arcilla-arenosa 20 - 40

Buena. Por lo general no necesita medidas

especiales.

Regular. Se requieren medidas especiales para

detener la filtración

Arena-arcillosa 10 - 20

Regular. Se necesitan medidas especiales para

detener la filtración.

Regular. Se requieren medidas

especiales paradetener la filtración

Arena menos de 10 Mala. No se admite para la construcción.

Mala. No se admite para la construcción.

B. ZONAS DE LA PRESA MIXTAO Pueden ser tres o más:

Núcleo impermeable Espaldones de enrocado Filtros o material de transición

O Las características del material que formará la presa se deben determinar en el proyecto, y llevar la obra de tal manera que se consigan tales características con el fin de lograr el coeficiente de seguridad deseado.

O Valores usuales del coeficiente de permeabilidad K para cada zona son

Knucleo 10-7 - 10-9

Kfiltro 10-2 - 10-4

Kespaldón > 10-2 m/s

C. TALUDESTABLA N° IV: TALUDES RECOMENDADOS PARA PRESAS DE MATERIAL HOMOGÉNEO

SOBRE BASES COMPACTAS Y ESTABLES. HIMAT. 1984.

Material del terraplén

Altura de la presa del talud [m]

Inclinación del talud

Aguas arriba Aguas abajoArcillas de baja

plasticidadHasta 44 a 8m

2:12.5:1

1.5:12:1

Arcillas arenosas Hasta 44 a 8m

3:13.5:1

2:12.5:1

Arenas arcillosas, arcillas muy

plásticas, limos elásticos

Hasta 44 a 8 m

4:14:1

3:13:1

TABLA N° V: INCLINACIÓN DE LOS TALUDES DE PRESAS HOMOGÉNEASAltura de la presa

[m]Talud

Aguas arriba Aguas abajo

£ 5.05.1 a 10.0

10.1 a 15.015.1 a 30.0

2.0:1.02.5:1.0

2.75 a 3.0:1.03.0 a 3.5:1.0

1.5 a 1.75:1.02.0:1.02.5:1.0

2.5 a 2.75:1.0

D. BERMASO Se pueden construir cada 10 o 20 m. de altura de la

presa, dotándolas de cuneta para canalizar las aguas.O Son convenientes en presas altas para:

Facilitar el tránsito durante la construcciónPermitir reparaciones posterioresMejoramiento de la estabilidad

E. CORONA

TABLA N° VI: ANCHO DE CORONA MÍNIMO SEGÚN EL CÓDIGO DE ARIZONA

Altura de la presa [m] Ancho de corona [m]< 12 3.0

12 a 45 4.5> 45 6.0

El ancho mínimo que se da a las presas pequeñas en su corona obedece a los siguientes factores:

Dar mayor volumen a la presa para mejorar su seguridad y estabilidad.

Establecer los servicios necesarios sobre la presa, utilizándola como vía de mantenimiento e inspección.

Facilitar la construcción con los equipos disponibles. 

F. BORDE LIBRE O RESGUARDOTABLA N° VII: BORDE LIBRE PARA PRESAS FLEXIBLES. HIMAT.

1984.

Altura de la presa [m] Borde libre [m]

< 4 0.6

4 a 6 0.9

6 a 8 1.2

TABLA N° VIII: BORDE LIBRE EN PRESAS. JUSTIN. 1903.

Altura de la presa [m] Borde libre [m]

Baja 0.5 a 1.5

Media 1.8 a 3.0

Alta 1.8 a 3.0

G. OBRAS DE PROTECCIÓN PROTECCIÓN DEL TALUD AGUAS ARRIBA

O El talud aguas arriba debe protegerse contra el efecto de las olas y lluvia, fluctuaciones de nivel del embalse, y animales que puedan cavar galerías.

O  

PROTECCIÓN DEL TALUD SECOO Se emplea el más económico entre las siguientes

dos opciones: Una capa de piedra triturada de 0.30 m de espesor. Una cubierta de tierra vegetal de 0.20 m. sembrada de

pasto.