Repres As

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA


FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

ICA – PERÚ

2015

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INTRODUCCIÓN

Las represas son Construcciones realizadas en la cuenca de los ríos con múltiples finalidades, entre las que destacan: abastecimiento de agua a poblaciones, regulación general de la corriente de agua o río, aprovechamiento industrial de su energía, hacer navegables ciertos canales o tramos de río y defender de los daños producidos por las riadas e inundaciones, entre otros.

Se denomina embalse a la acumulación de agua producida por una obstrucción en el lecho de un río o arroyo que cierra parcial o totalmente su cauce.

La obstrucción del cauce puede ocurrir por causas naturales como, por ejemplo, el derrumbe de una ladera en un tramo estrecho del río o arroyo, la acumulación de placas de hielo o las construcciones hechas por los castores, y por obras construidas por el hombre para tal fin, como son las presas.

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REPRESAS, PRESAS Y EMBALSES

I. DEFINICIÓN:

Se llama presa en general a una construcción que se levanta en el lecho del río para atajar el agua, produciendo una elevación de su nivel que permite la derivación de ella, o bien para almacenar el agua regulando el caudal del río.

Las presas permiten controlar y disponer de agua con los siguientes fines:

Consumo humano Consumo industrial Riego Navegación Generación Eléctrica Turismo, Esparcimiento y Recreación Piscicultura

En ingeniería se denomina presa o represa a un muro fabricado con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río, arroyo o canal con la finalidad de contener el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, o para la producción de energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.Otra función de algunas presas es contener las avenidas producidas por lluvias torrenciales que podrían inundar áreas rurales o agrícolas aguas abajo.

El embalse: es el volumen de agua que queda retenido por la presa.El vaso: es la parte del valle que, inundándose, contiene el agua embalsada.La cerrada: es el punto concreto del terreno donde se construye la presa.

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La presa: propiamente dicha, cuyas funciones básicas son, por un lado garantizar la estabilidad de toda la construcción, soportando un empuje hidrostático del agua muy fuerte, y por otro no permitir la filtración del agua hacia abajo.

II. NORMATIVIDAD:

No existe, en la actualidad, normas constructivas en el Perú que abarquen este tema, por tanto se tomó la normativa de otros países:

• Reglamento Técnico sobre Seguridad de Presas y Embalses de 1996.

• Instrucción para el Proyecto, Construcción y Explotación de Grandes Presas de 1967.

• Ley de Aguas de 1985 y disposiciones que la desarrollan.

• Planes Hidrológicos de cuenca de 1998.

• Directriz Básica de Planificación de Protección Civil ante el Riesgo de Inundaciones de 1995.

La única norma peruana: del “Proyecto de ley de aguas”

• Artículo 101.- Seguridad de presas El Instituto Nacional del Agua propone y supervisa la aplicación de las normas de seguridad de presas de gran envergadura.

III. ESTUDIOS PREVIOS

Estadísticas de caudales medios mensuales Estudios de crecidas Estudios de sedimentación y de arrastre sólido Estudios geológicos Perfiles sísmicos Sondajes Pozos de reconocimiento Zanjas y calicatas Estudios de mecánica de suelos

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IV. CONSIDERACIONES GENERALES:

Elementos constitutivos de una presa (o represa)

Está constituido principalmente por la presa misma, apoyada en el terreno.

• 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 erosión los excesos de agua, evitando que el nivel del embalse suba más de lo permitido e impidiendo con ello el sobrepaso de la presa.

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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.

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. La mismarepresa ubicada en otro lugar con menores consecuencias

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dentro del área potencialmente afectada podría ser proyectada, construida, operada y mantenida con menores requerimientos técnicos. Se deben evitar sitios que generen grandes áreas de embalse de poca profundidad porque se produce una excesiva evaporación y beneficia el posible crecimiento de plantas acuáticas que son perjudiciales para la calidad de las aguas. desde el punto de vista del volumen de obra, un buen sitio para una represa es generalmente una sección estrecha de un valle, de pendientes laterales fuertes, donde se puede disponer de un gran volumen embalsado con un dique de pequeño volumen, optimizando la eficiencia de la

inversión

V. TIPOS DE PRESAS:

Los 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 características del terreno y los usos que se le quiera dar al agua, condicionan la elección del tipo de presa más adecuado.Existen numerosos tipos, comenzando con que puede hablarse de presas fijas o móviles, pero primero debemos clasificarlas en dos grandes grupos según su estructura y según los materiales empleados en su construcción.

Según su estructura

- Presas de gravedad: son todas aquellas en las 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 éste debe ser muy estable capaz de resistir, el peso de la presa y del embalse.Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren.Su estructura recuerda a la de un triángulo isósceles ya que su base es ancha y se va estrechando a medida que se

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asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado que da al embalse es casi de posición vertical. La razón 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 presión en el fondo del embalse es mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendrá que soportar más fuerza en el lecho del cauce que en la superficie.La inclinación sobre la cara aguas arriba hace que el peso del agua sobre la presa incremente su estabilidad.

- Presas de bóveda o presas en arco: son todas aquellas en las que su propia forma es la encargada de resistir el empuje del agua. Debido a que la presión se transfiere en forma muy concentrada hacia las laderas de la cerrada, se requiere que ésta sea de roca muy dura y resistente. Constituyen las represas más innovadoras en cuanto al diseño y que menor cantidad de hormigón se necesita para su construcción.Cuando la presa tiene curvatura en el plano vertical y en el plano horizontal, también se denomina de bóveda. Para lograr sus complejas formas se construyen con hormigón y requieren gran habilidad y experiencia de sus constructores que deben recurrir a sistemas constructivos poco comunes.

- Presas de contrafuerte: formadas por una pared impermeable situada aguas arriba, y contrafuertes resistentes para su estabilidad, situados aguas abajo.

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Según sus materiales:

- Presas de hormigón: son las más utilizadas en los países desarrollados ya que con éste material se pueden elaborar construcciones más estables y duraderas; debido a que su cálculo es del todo fiable frente a las producidas en otros materiales. Normalmente, todas las presas de tipo gravedad, arco y contrafuerte están hechas de este material.

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- Presas de materiales sueltos: son las más utilizadas en los países 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 más utilizados en su construcción son piedras, gravas, arenas, limos y arcillas aunque dentro de todos estos los que más destacan son las piedras y las gravas. En España sólo suponen el 13 % del total.

Según su aplicación:

- Presas de derivación: El objetivo principal de estas es elevar el tirante del agua para hacer factible su derivación, controlando la sedimentación del cauce de forma que no se obstruyan las bocatomas de derivación. Este tipo de presas son, en general, de poca altura ya que el almacenamiento del agua es un objetivo secundario. Se busca crear una carga o nivel que permita conducir el agua a través de canales u otro sistema para su utilización.

- Presas de almacenamiento: El objetivo principal de éstas es retener el agua para su uso regulado en irrigación, generación eléctrica, abastecimiento a poblaciones, recreación o navegación, 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.

VI. PARTES DE UNA PRESA:

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- La coronación o coronamiento: es la superficie que delimita la presa superiormente.

- Los estribos o empotramientos: son los laterales del muro que están en contacto con la cerrada contra la que se apoya

- La cimentación: es la parte de la estructura de la presa, a través de la cual se transmiten las cargas al terreno, tanto las producidas por la presión hidrostática como las del peso propio de la estructura.

VII. EMBALSES:

Se denomina embalse a la acumulación de agua producida por una obstrucción en el lecho de un río o arroyo que cierra parcial o totalmente su cauce.

La obstrucción del cauce puede ocurrir por causas naturales como, por ejemplo, el derrumbe de una ladera en un tramo estrecho del río o arroyo, la acumulación de placas de hielo o las construcciones hechas por los castores, y por obras construidas por el hombre para tal fin, como son las presas.

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-Embalses por causas naturales:

Derrumbe de laderas

En este caso se trata, de embalses totalmente incontrolados, que generalmente tienen una vida corta, días, semanas o hasta meses. Al llenarse el embalse con los aportes del río o arroyo, se provocan filtraciones a través de la masa de tierra no compactada, y vertimientos por el punto más bajo de la corona, que llevan a la ruptura más o menos rápida y abrupta de la presa, pudiendo causar grandes daños a las poblaciones y áreas cultivadas situadas aguas abajo.

Un fenómeno de este tipo se produjo en el paraje conocido como La Josefina en el río Paute, en Ecuador.

Acumulación de hielo

La acumulación de hielo (embancaduras) en los grandes ríos situados en zonas frías se produce generalmente en puntos en los cuales el cauce presenta algún estrechamiento, ya sea natural, como la presencia de rocas, o artificial, como los pilaresde un puente.

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Situaciones de este tipo pueden darse, por ejemplo, en el río Danubio. Para prevenir los daños que esto puede causar los servicios de prevención utilizan barcos especiales denominados rompehielos.

Presas construidas por castores

Las presas construidas por castores se dan en pequeños arroyos, generalmente en áreas poco habitadas y, por lo tanto, los eventuales daños causados por su ruptura son generalmente limitados.

- Embalses artificiales:

Los embalses generados al construir una presa pueden tener la finalidad de:

• regular el caudal de un río o arroyo, almacenando el agua de los períodos húmedos para utilizarlos durante los períodos más secos para el riego, para el abastecimiento de agua potable, para la generación de energía eléctrica, para permitir la navegación. Cuando un embalse tiene más de un fin, se le llama de usos múltiples;

• contener los caudales extremos de las avenidas o crecidas. Laminación de avenidas;

• crear una diferencia de nivel para generar energía eléctrica, mediante una central hidroeléctrica;

• crear espacios para esparcimiento y deportes acuáticos.

USOS DE LOS EMBALSES

Básicamente un embalse creado por una presa, que interrumpe el cauce natural de un río, pone a disposición del operador del embalse un volumen de almacenamiento potencial que puede ser utilizado para múltiples fines, algunos de ellos complementarios y otros conflictivos entre sí, pone a disposición del operador del embalse también un potencial energético derivado de la elevación del nivel del agua.

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Se pueden distinguir los usos que para su maximización requieren que el embalse esté lo más lleno posible, garantizando un caudal regularizado mayor. Estos usos son la generación de energía eléctrica, el riego, el abastecimiento de agua potable o industrial. Por el contrario, para el control de avenidas el embalse será tanto más eficiente cuanto más vacío se encuentre en el momento en que recibe una avenida.

Desde el punto de vista de su capacidad reguladora, el embalse puede tener un ciclo diario, mensual, anual e, incluso, en algunos pocos casos, plurianual. Esto significa que el embalse acumula el agua durante, por ejemplo, 20 horas por día, para descargar todo ese volumen para la generación de energía eléctrica durante las 4 horas de pico de demanda; o acumula las aguas durante el período de lluvias, 3 a 6 meses según la región, para usarlo en riego en el período seco.

Embalse de usos múltiples:

Artículo principal: Embalse de usos múltiples

Muchos embalses modernos son diseñados para usos múltiples. En esos casos el operador del embalse debe establecer políticas de operación, que deben tener en cuenta:

• Prioridad de cada uno de los usos, asociado a la disponibilidad de otras alternativas técnica y económicamente factibles en el área. En general, el abastecimiento de agua potable tiene la prioridad más elevada.

• Limitaciones de caudal, máximo y mínimo, aguas abajo de la presa que soporta el embalse.

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Ventajas de los embalses

Mejoramiento en el suministro de agua a núcleos urbanos en épocas de sequía.

Aumento de las posibilidades y superficie de riegos. Desarrollo de la industria pesquera. Incremento de las posibilidades de recreación. Mantenimiento de reservas de agua para diferentes

usos. Incremento de vías navegables y disminución de

distancias para navegación. Control de crecientes de los ríos y daños causados por

inundaciones. Mejoramiento de condiciones ambientales y

paisajísticas.

Desventajas de los embalses

Pérdidas en la actividad agroindustrial por inundación de zonas con alto índice de desarrollo.

Cambios en la ecología de la zona. Traslado de asentamientos humanos siempre difíciles y

costosos. Inestabilidad en los taludes. Posible incremento de la actividad sísmica,

especialmente durante el llenado de embalses muy grandes.

VIII. IMPACTO AMBIENTAL:

Tanto la tierra como el agua están ecológicamente ligados dentro de un sistema natural (”sistema de vertientes”) que sufre importantes cambios y modificaciones como consecuencia de la intromisión de las actuaciones humanas. Desde el curso de agua de características intermitentes hasta el río de más potencia y de mayor tamaño, trabajan de forma continua sobre las vertientes de la tierra, erosionando, arrastrando y abandonando sedimentos, disolviendo multitud de materiales que, en la mayoría de los casos, acaban por

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drenar cualquier curso de agua. Todo ello para acabar coincidiendo con los niveles de los mares y océanos en sus desembocaduras. De este modo, cuando todo este conjunto de interacciones entre la tierra y el agua se modifican a causa de la construcción de una presa de importante tamaño, las consecuencias aparecen sin mucha tardanza sobre dicho sistema natural anteriormente mencionado.Actualmente existen unas 40.000 represas de grandes dimensiones, la mayoría de ellas construidas en los últimos 50 años, y más de 400.000 Km2 de terreno han sido inundadas como consecuencia de fallos en este tipo de depósitos. Así pues, las consecuencias derivadas de estas obras sobre el medio ambiente se centrarían de manera fundamental sobre los siguientes puntos:

Impacto sobre el sistema fluvial:

Los sistemas fluviales son los primeros en mostrar importantes variaciones como consecuencia del represamiento de un cauce fluvial en un determinado punto de su recorrido. Las consecuencias siempre se acentúan aguas abajo de dicho represamiento; a partir de este punto se ejerce el control sobre las aguas. Las características físicas de un río represado varían de manera fundamental: el cauce del río se va ensanchando de manera progresiva, los afluentes existentes suelen ser invadidos por el agua embalsada, el agua retenida se llena de material detrítico en suspensión y de carga de fondo hasta que se finalmente tiende a colmatarla, los fenómenos de turbidez aumentan, aumenta la erosión en las orillas de los ríos, la fauna acuática que no llega a adaptarse al nuevo medio (ahora mucho más estacionario) tiende a desaparecer, la vegetación sumergida se descompone, aparecen importantes modificaciones en la composición química del agua, etc. Todo ello hasta que la fauna y la flora con mayor poder de adaptación llegan a colonizar este ambiente más estacionario y lo dominen con el paso del tiempo.Los dominios de cabecera, por su parte, tienden a sufrir un mayor ataque erosivo que tiende a extenderse a lo largo del

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recorrido del río lo que también supone cambios en la vegetación y en los pozos locales. Todo ello deriva en la implantación de nuevas técnicas de regadío en ámbitos donde previamente no era necesario. También es de destacar que antes de la construcción de la presa de Asuán, el río Nilo arrastraba y abandonaba cerca de 125 millones de toneladas de sedimentos en el mar cada año, además de los otros 10 millones de toneladas que sedimentaba en los dominios de la llanura de inundación y del delta. Hoy en día, cerca del 98% de esas ingentes cantidades de sedimentos descansan detrás de dicha presa. Los resultados para la agricultura son evidentes; los sedimentos son, desde el punto de vista agrario, muy productivos y convierten a los terrenos en altamente fértiles. La disminución de estos sedimentos en las tierras de labor genera un descenso de su productividad. Además no hay que olvidarse de otro hecho importante, esta presa de Asuán también ha guiado un aumento de la erosión de las costas. Lo mismo ha sucedido en el Volga tras la construcción de la presa de Akosombo; dicho dique ha supuesto una importantísima reducción de los sedimentos en su estuario y una reducción de su línea de costa. Estos fenómenos se repiten en todos aquellos ámbitos en donde la presa retenga la mayoría de los sedimentos de un río.

Efectos Hidrológicos:

Está sobradamente demostrado que las represas cambian de manera definitiva las características de los cursos de agua sobre los que se instalan. En cualquier caso, reduce el volumen de agua total así como minimiza o reduce las variaciones estacionales. Sin embargo, no hay que olvidar que todos estos impactos dependen del diseño, propósitos y operaciones de la presa sobre otras muchas circunstancias.En un estuario, por ejemplo, que es el ámbito en el que las aguas dulces vierten al mar, se encuentran ecosistemas particularmente ricos (véase ecosistema de estuario). Casi el 80% del pescado que se captura proviene de estos hábitats, hábitats que perviven y se desarrollan bajo unas condiciones específicas de volumen de nutrientes y de agua dulce. La

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alteración, por tanto, del flujo de un río modifica estas características necesarias para la existencia de esa gran biodiversidad. La construcción de una presa reduce todos los aportes en los tramos finales de los cursos de agua, es decir, llegan menos nutrientes, menos sedimentos y, en definitiva, menos peces. Un ejemplo muy claro lo encontramos en el estuario del Volga que, tras la construcción de la ya mencionada presa de Akosombo, ha visto desaparecer casi por completo la industria dedicada a la captura y comercialización de moluscos.

Inundaciones:

Las inundaciones provocadas por la apertura (o rotura) de una presa son mucho más destructivas que las que aparecen de forma natural por la crecida repentina de un río a causa de importantes y bruscas precipitaciones. Esto es así principalmente por el hecho de que en el primer caso se ponen en movimiento de manera brusca miles de m3 o de Hm3 de agua retenida previamente. Estas avenidas suponen un importante peligro para la supervivencia tanto de la fauna como de la flora de ribera. Las represas aparecen determinadas por los biólogos como una de las infraestructuras más dañinas para dichos ecosistemas de ribera. Las llanuras de inundación también se ven severamente afectadas por este tipo de inundaciones. Varios estudios en la llanura de inundación del río Pongolo en Sudáfrica han demostrado la drástica reducción de la biodiversidad forestal tras ser éste represado.

Riesgo que supone la construcción de una presa

Como en el caso de toda obra estructural, existe el riesgo de que la presa falle e inunde poblaciones ubicada cercanas al curso de agua, aguas abajo del cierre. La ingeniería civil se encarga de reducir al mínimo las posibilidades de la rotura del

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dique mediante un análisis exhaustivo del comportamiento de la obra ante situaciones extremas, calculando la estabilidad de la presa tomando en consideración sismos, lluvias torrenciales y otras catástrofes.

CONCLUSIONES:

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