UNIDADES 5 PRESASESTUDIOS E INVESTIGACIONES A continuacin se hace una descripcin de los estudios e investigaciones previas, que son necesarias en el desarrollo de un proyecto de presas, empezando por los estudios iniciales de viabilidad, pasando por la elaboracin del plan general de investigaciones, hasta los criterios bsicos de la formulacin final de presupuestos.

ESTUDIOS DE VIABILIDAD El objetivo en la planeacin de proyectos es determinar su viabilidad, para lo cual se realizan estudios que buscan responder a los siguientes interrogantes:

Soluciona el proyecto una necesidad social o econmica presente o futura? Corresponde convenientemente el proyecto al fin que se persigue? Los servicios prestados justifican el costo del proyecto?

Segn el Ingeniero Alonso Marchamalo, de la Escuela de Montes de la Universidad Politcnica de Madrid, los criterios que proponemos para la revisin de las concesiones de presas (aplicables tambin a la concesin de nuevas presas) son de tipo:

Ambientales Seguridad Administrativas Econmicas

El momento en el que debemos replantearnos la posibilidad de ser o no ser de una presa, viene enmarcado por el siguiente principio: Cuando el beneficio producido por la presa es superado por los costes ambientales, de seguridad o econmicos que ocasiona o va a ocasionar?. Entre las razones ambientales se deben analizar los siguientes aspectos:

Modificacin de la dinmica del ro: las presas afectan fundamentalmente a la dinmica del ro sobre los procesos naturales que regulan el ecosistema. Modificacin del rgimen hidrolgico. Disminucin del oxgeno disuelto: (el agua de los desages de fondo carece prcticamente de oxgeno disuelto en embalses muy estratificados.) Variacin del rgimen de temperaturas: (el agua se calienta en las capas superficiales de los embalses, y se enfra notablemente en las profundas; todo depende de dnde se tome el agua) . Creacin de barreras para la fauna autctona.

Creacin de hbitat favorable para especies exticas.

Como razones de seguridad se pueden apuntar las siguientes:

Riesgo para las poblaciones humanas. Riesgo para los bienes pblicos y privados. Superacin de la vida til de la presa. Desbordamiento (Tous). Defectos en la fundacin. Fugas y filtraciones.

Las razones administrativas son otro grupo importante de criterios a evaluar:

Fin del periodo de concesin. Cese del uso que justific la construccin de la presa. Gestin de las cuencas hidrogrficas.

Por ltimo, hay tambin razones econmicas que pueden llevar a considerar la construccin o el desmantelamiento de una presa; entre ellas se destacan:

Disminucin del rendimiento econmico por prdida de funcionalidad o gastos de mantenimiento crecientes. Mayor responsabilidad financiera potencial por impactos actuales o futuros de la presa. Principio de libre competencia en la produccin de bienes y servicios.

En resumen se deben analizar todas estas razones de forma integral, tratando de lograr un diagnstico lo ms amplio posible sobre la revisin de una presa o concesin hdrica.

EXTENSIN DE LOS ESTUDIOS No existe ninguna regla sencilla para determinar la extensin de las investigaciones que es necesario efectuar en cada caso especial. El tamao real de la estructura guarda poca relacin con la magnitud de las investigaciones necesarias. Sin embargo, los proyectos son generalmente injustificados si el costo de la investigacin necesaria alcanza a ser igual a una gran parte del valor del proyecto construido. Segn el Ingeniero Alonso Marchamalo, de la Escuela de Montes de la Universidad Politcnica de Madrid, la nueva concepcin integral de la gestin del agua, unida a una mayor valoracin de los aspectos ambientales se traduce en un cuestionamiento de ciertas infraestructuras que, obsoletas y carentes de utilidad actual, dificultan notablemente el funcionamiento de los ecosistemas fluviales. Desde pequeos azudes abandonados sin escala pisccola, que interrumpen claramente la continuidad del sistema hasta presas de mayor tamao, anegadas y carentes de la utilidad que justific su construccin, son numerosos los obstculos a los procesos naturales geomorfolgicos y biolgicos que garantizan la salud de los ecosistemas. Es necesaria una revisin de muchas de estas estructuras, remodelando las que son tiles, aadiendo aquellos elementos necesarios para

preservar la vida del sistema, y plantearse sin prejuicios la posibilidad de eliminar total o parcialmente aquellas que carezcan de utilidad y estn comprometiendo la salud del ecosistema fluvial. ETAPAS DE INVESTIGACIN La investigacin debe programarse y ejecutarse de manera que la bondad del proyecto se determine lo ms pronto y con el menor costo posible. Con este fin, la investigacin se puede dividir en tres etapas:

a. La primera consiste en el reconocimiento, en donde basados en informacin generalizada,se toma la decisin de profundizar en la investigacin.

b. En la segunda etapa o de viabilidad, se determina el objeto, magnitud, plan esencial,detalles, beneficios y costos aproximados.

c. Por ltimo, cuando es inminente la construccin, se realiza la etapa del diseo yespecificaciones, donde se preparan los planos finales y especificaciones.

ELABORACIN DEL PLAN GENERAL DE UN PROYECTO El plan general de un proyecto se realiza con el deseo de satisfacer las necesidades especficas, objetivos o propsitos. Inicialmente se obtiene la informacin bsica que el investigador debe valorar y complementar con el fin de realizar el plan bsico operable. Este plan puede compararse con otras alternativas para lograr el fin deseado, hasta lograr el plan final aproximado. El plan inicial incluir los objetivos, localizaciones aproximadas y alturas de presas, capacidades del vaso, vertederos de excesos, obras de toma, canales y detalles entre otros, y se ir afinando en las etapas de viabilidad y especificaciones. Segn la entidad binacional PARAGUAYACIRETARGENTINA, las presas se construyen para detener el flujo de un ro e ir acumulando el agua; o bien para desviar el flujo de un ro hacia una planta hidroelctrica. El plan general debe tener en cuenta, dos aspectos muy importantes de la construccin, como son la desecacin y preparacin de los cimientos. La desecacin se consigue normalmente mediante una o varias ataguas (presas pequeas), diseadas para eliminar el agua del terreno donde se va a construir la presa. Las ataguas pueden ser presas de tierra o conjuntos de lminas de acero ubicadas sobre pilotes y sujetas con tierra (empotradas). Tambin se deben construir ataguas a los lados del ro para evitar el desbordamiento de su curso antes y despus de la presa, y tneles rodeando la presa para conducir el agua. Estos tneles pueden aprovecharse cuando se haya terminado la misma. Si las condiciones topogrficas impiden la construccin de tneles, la presa se debe realizar en dos etapas. Primero se instala una atagua que deseca la mitad del ancho del ro y se construye la base de esa mitad de la presa. Despus se elimina esta atagua y se construye la otra mitad. La construccin de grandes presas puede durar ms de siete aos; la posibilidad de que se produzcan inundaciones durante este periodo constituye un serio problema.

PLAN GENERAL DE INVESTIGACIONES A continuacin se exponen los aspectos ms importantes de un plan general, indicando los conceptos para considerar en los estudios de presa y embalse, que constituyen una gua para el ingeniero de campo. I. Datos generales necesarios A. B. C. II. Mapa de localizacin y de los alrededores. Datos hidrolgicos. Datos climticos.

D. Datos geolgicos. Datos del embalse A. B. Plano del embalse. Levantamiento de los caminos y otros servicios pblicos.

II.

C. Datos varios. Datos para las presas A. B. C. D. E. F. Plano del emplazamiento de la presa. Exploraciones para la cimentacin. Exploraciones para localizar materiales. Datos sobre el agua de descarga. Condiciones locales que controlan el proyecto de la presa. Condiciones locales que afectan la construccin.

PLANEACIN PARA LEVANTAMIENTOS E INVESTIGACIONES Desde el estudio de reconocimiento es conveniente formular planes para los levantamientos detallados e investigaciones. Al formular un programa de stos, deben tomarse en cuenta los siguientes conceptos: a. El personal necesario. b. Alojamiento y alimentacin del personal. c. Ubicacin de la oficina de campo.

d. e. f. g. h. i.

Equipos de transporte, materiales y abastecimientos para el trabajo. Tipo de investigacin adicional en la cimentacin y equipo a utilizar. Facilidad en contratacin de trabajadores y adquisicin de equipos locales. Arreglos con los dueos de propiedades privadas durante las investigaciones. Transporte de los equipos de perforacin a lugares aislados. Tener en cuenta los controles verticales y horizontales en los levantamientos y compararlos con datos locales. j. Localizacin de las estaciones de aforo y datos hidrolgicos disponibles. k. Condiciones climticas para el trabajo. l. Posibles implicaciones ambientales que impediran su construccin. m. Programas y fondos necesarios para la obra.

PLANOS TOPOGRFICOS, GEOLGICOS Y AEROFOTOGRAFAS Durante la etapa de reconocimiento, la localizacin del proyecto debe hacerse figurar en un plano general, con una escala adecuada, para ubicar las reas de los terrenos y los detalles principales y determinar aproximadamente la capacidad de los vasos. El mapa general debe llevar las elevaciones de control de las corrientes de agua, rutas de los canales, presas, y detalles como en bosques, terrenos cultivados, vas, entre otros. Una buena escala para fotos y planos que faciliten la interpretacin estereoscpica, geomtrica, geolgica y agronmica es la de 1:25000. Muchas veces, sin embargo, tienen que utilizarse los datos disponibles y la experiencia ha demostrado que puede realizarse un trabajo de calidad en escalas de hasta 1:60000. Para el rea de influencia del estudio, cartografa de 1:25000 es deseable y para los sitios de presa y embalse escala 1: 10000 es la ms adecuada. Los planos topogrficos para el proyecto y construccin de la presa, deben llevar la configuracin del terreno indicada por lneas de nivel. Otros datos que presentan estos planos durante esta etapa son: a. Los perfiles del ro obtenidos por nivelacin taquimtrica. b. El diseo de planialtimetra, abarcando los tramos de inters para la prelocalizacin de las obras y el clculo de las curvas de rea-capacidad del embalse. c. El levantamiento de secciones transversales a obras hidrulicas, especialmente presas. Los planos o mapas geolgicos, generalmente en esta etapa en escalas de 1:1000 1:500, identifican las unidades rocosas que quedan por debajo del embalse y del emplazamiento de la presa. Muchos de los suelos superficiales estn estrechamente relacionados con el tipo de la roca de la que provienen. Por lo tanto, estos planos son valiosos en las reas en las que se tienen datos limitados sobre los suelos. En los planos geolgicos, las rocas se identifican por su edad, considerada dentro de las eras geolgicas. La extensin superficial de estas formaciones est indicada por medio de letras, colores y signos convencionales.

La informacin encontrada en los planos geolgicos debe ser confrontada en campo durante el reconocimiento, en el cual se podrn registrar los posibles taludes inestables, focos de erosin en la cuenca y formaciones permeables en la misma. Durante la etapa de viabilidad se debern realizar levantamientos geolgicos ms detallados, acompaados si es necesario de perforaciones y ensayos geofsicos en los sitios de inters, como el sitio de presa y los tneles. En lo que se refiere a la zona de embalse es necesario estudiar con ms detalle los aspectos de estabilidad de taludes e identificar las zonas de derrumbes. Las fotografas areas o representaciones grficas de la porcin de la superficie de la tierra inherente al proyecto, pueden ser verticales y oblicuas de acuerdo con el eje de la cmara; ellas revelan todos los detalles naturales y artificiales sobre la superficie de terreno a estudiar y predicen los tipos de materiales existentes de acuerdo a sus tonos; adems confirman o no mediciones topogrficas. En la etapa de viabilidad, la aerofotografa y la topografa se complementan, para lo cual se realizan levantamientos con precisin altimtrica de 2 a 5 m; en la zona de embalse se determinarn las curvas de cota-rea-volumen y a lo largo de los ros o tramos escogidos se realizan nivelaciones geomtricas y levantamientos transversales para vincular los fluvimetros o miras instaladas.

INVESTIGACIONES HIDROLGICAS El proyecto hidrolgico es una parte del estudio preliminar que demanda todo un proceso de reconocimiento, que debe ser estudiado por profesionales idneos, especializados en el manejo de recursos hdricos. A modo de orientacin se presentan a continuacin algunos aspectos importantes del estudio hidrolgico: a. b. c. d. e. Aportacin de la corriente. Aportacin del vaso. Agua necesaria para el proyecto. Sedimento que se depositar en el vaso. Avenidas: as se denominan los escurrimientos de rgimen variable que exceden el caudal medio; el caudal de las mismos llega a valores muy elevados en relacin con el caudal de aportacin medio necesario para el embalse, superando en ocasiones en ms de tres veces dicho caudal" (Presas gua prctica de diseo. Instituto Costarricense. 1998. Pgina 20). Condiciones y caractersticas del agua subterrnea.

f.

Como base del almacenamiento justificable, se debe hacer la estimacin ms precisa posible del volumen de agua que exceda de la aportacin a los derechos hidrulicos adquiridos con anterioridad. El agua almacenada en el vaso completar el gasto natural de la corriente durante los periodos en que es insuficiente. La evaporacin del vaso y otras prdidas incidentes deben tomarse en cuenta antes de calcular las aportaciones netas del mismo. Se debe determinar la cantidad anual de sedimento que se va a depositar en el vaso para tener la seguridad de que se deja suficiente embalse muerto o volumen de almacenamiento de azolve; las funciones tiles del vaso dentro de la vida til de la obra (habitualmente entre 50 a 100 aos) o del

periodo que se haya considerado para hacer su anlisis econmico, no deben desvirtuarse por efecto del volumen de sedimentos. Las estimaciones preliminares de este volumen del sedimento se pueden basar en cantidades fijas supuestas de aportaciones de sedimento en acres pies por milla cuadrada de rea de drenaje. Para hacer la eleccin correcta de las aportaciones se pueden usar los procedimientos siguientes: a. Usando una cantidad determinada previamente en un rea de drenaje parecida. b. Consultando los diferentes informes publicados que contienen datos de las aportaciones de cuencas de drenajes especficas. Se deben determinar las cantidades de agua necesarias para todos los objetos considerados en el proyecto.

Para el riego, se deben considerar las condiciones climticas, tipos de suelos, tipos de cultivos, eficiencia de riego y prdidas por conduccin y utilizacin de las aguas de retorno, entre otros. En los abastecimientos de agua municipales e industriales, se debe considerar el aumento previsto de la demanda durante la vida de la obra. Para la energa, los factores que deben considerarse son las cargas elctricas requeridas y el aumento previsto para stas.

Los estudios del proyecto incluyen estimaciones de las avenidas o caudales mximos, porque son esenciales para la determinacin de la capacidad del vertedor de demasas.

Estudio de las avenidas La avenida del proyecto es la mxima probable, que se define como el mayor caudal en un punto elegido que puede esperarse razonablemente en una corriente determinada. La avenida que se utilice para el diseo se le llamar "avenida de proyecto". En la mayor parte de los casos, especialmente para las estructuras que tienen un gran volumen de almacenamiento, uno de los factores ms importantes es la determinacin basada en factores meteorolgicos del escurrimiento que puede resultar de la ocurrencia de una tormenta mxima probable.

Gastos de la corriente Los datos hidrolgicos ms directamente utilizables para determinar los gastos en las avenidas en el lugar donde se construir la presa, son los registros directos de los aforos durante un largo tiempo; teniendo en cuenta que casi nunca se obtienen estos registros, pueden determinarse bajo una de las siguientes condiciones:

Registro de aforos en o cerca del emplazamiento de la presa. Se puede disponer de un registro de aforos de la misma corriente, pero a una distancia considerable del emplazamiento de la presa.

No se dispone de registro de aforos de la corriente que se estudia, pero se dispone de un buen registro de una cuenca de drenaje de la misma regin. Se puede disponer de un registro de aforos de la regin, pero no se pueden aplicar satisfactoriamente, ni analizarse por ninguno de los mtodos anteriores. Uso de las marcas que dejan las aguas mximas.

Al evaluar los gastos en las avenidas o caudales mximos, se debe tener en cuenta los siguientes aspectos:

Situacin geogrfica: segn la ubicacin, los caudales mximos se originan de la precipitacin pluvial, de los deshielos, o de una combinacin de cantidades variables de precipitacin pluvial y deshielos. Potencial de las tormentas: representa una envolvente de las relaciones lmina-duracinrea- precipitacin, en tipos semejantes de tormentas. rea de drenaje. Suelo y cubierta vegetal: tienen una marcada influencia en su potencial de escorrenta. Anlisis con Hidrograma que relaciona variacin de la escorrenta contra tiempo: con el fin de calcular la avenida mxima, se utilizan los hidrogramas, que relacionan la variacin y la escorrenta con el tiempo. Los hidrogramas son funcin de las caractersticas hidrogeomorfolgicas de la cuenca. Hidro: se refiere a la duracin y cantidad de lluvia. Geo :Geologa de la cuenca como: suelo, cobertura vegetal, depresiones, lagos, lagunas, cinagas, red fluvial, caractersticas de infiltracin o permeabilidad.

Balance hidrolgico: es la cualificacin de la cantidad de agua que se recauda y/o se pierde dentro de la cuenca hidrogrfica estudiada. La ecuacin de continuidad que se presenta en dicho balance es: P= ET + ES S G donde: P = Precipitacin de la cuenca

ET = Evapotranspiracin

ES = escorrenta superficial = caudal

S = Cambio de almacenamiento de agua en la regin.

G = Agua subterrnea.

INVESTIGACIONES SOBRE LA CIMENTACIN Y LOS MATERIALES En todos los proyectos de presas son aspectos de ingeniera muy importantes, la impermeabilizacin del vaso, la bondad de las cimentaciones para la presa y las estructuras accesorias y los bancos de materiales de construccin. En la etapa de reconocimiento, se obtienen suficientes datos para elegir el emplazamiento para la presa y determinar si es necesario realizar investigaciones ms profundas. El primer paso consiste en buscar y estudiar todos los datos geolgicos y de suelos relacionados con el rea, incluyendo mapas, fotografas areas e informes, entre otros. El segundo paso es el examen en el campo de emplazamiento y el rea aledaa. Incluye la geologa de los bancos de materiales, del vaso y del emplazamiento de la presa que se ve sobre el terreno.

CimentacionesLos estudios de cimentacin son importantes para determinar si se puede construir una estructura segura en el lugar elegido, ya que la falla en una estructura, por ejemplo la presa, puede ocasionar grandes prdidas humanas, materiales y econmicas. Durante la etapa de reconocimiento y basndose en la topografa y geologa local, es conveniente elegir el sitio ms favorable para la cimentacin y construccin de la presa. Las condiciones de cimentacin muchas veces se infieren por inspeccin visual de los detalles de la erosin, afloramientos de roca y por las excavaciones hechas por el hombre. Los resultados de estas observaciones se plasman en un plano topogrfico, donde adems se colocan los linderos de los depsitos de suelo y afloramiento de roca, la localizacin de las zonas de falla u otras irregularidades, el rumbo y el buzamiento de los detalles geolgicos, as como fisuras, mantos y zonas fracturadas. El mapa se acompaa con un informe donde se incluye la clasificacin de las rocas y suelos, los tipos de materiales cementantes, el origen y procesos de cimentacin y, por ltimo, la relacin entre las condiciones geolgicas y la permeabilidad del embalse.

En la etapa de viabilidad es necesaria la exploracin subterrnea para determinar: la profundidad de la roca en el emplazamiento de la presa y el comportamiento de la roca y suelos bajo la presa. El informe en esta etapa incluye el plano en escala detallada con la informacin geolgica de la superficie, la situacin de los sondeos y cualquier seccin geolgica interceptada en los cortes naturales o artificiales.

Suelos para Presas de TierraAlgunos lugares escogidos para la cimentacin de la presa y otras estructuras anexas necesitan de gran excavacin. Sin embargo, y mientras la distancia y la calidad lo permita, este material excavado puede ser utilizado en porciones del cuerpo de la presa. Por el contrario, si el material no es apto o resulta insuficiente, es necesario localizar bancos de prstamo. En la parte preliminar o de reconocimiento, es importante realizar un informe en donde se localicen los lugares que pueden servir como banco de prstamo con respecto al emplazamiento, las caractersticas de los materiales en cada caso y el volumen probable. En la etapa de viabilidad, se debe proseguir con el plan para localizar las reas de prstamo. Su bsqueda debe iniciarse en el emplazamiento y extenderse en forma concntrica hasta una distancia de 500 pies de radio.

Enrocamiento y Terraplenes de RocaEl enrocamiento es una capa de fragmentos grandes de roca durable. Su objeto es preservar la forma del talud o de la estructura que cubre, y evitar la erosin debida al oleaje o a las corrientes. La bsqueda de materiales adecuados para enrocamiento y terraplenes de roca se efecta siguiendo la misma secuencia general que la bsqueda de materiales para terraplenes. Las caractersticas principales que se buscan en el material de enrocamiento son la calidad y tamao de los fragmentos. El personal encargado al inspeccionar, debe darse cuenta si el material tiene la capacidad de resistir el efecto de las olas, la congelacin y fusin del agua que contienen, y determinar si el banco producir material suficiente.

FORMULACIN DE PRESUPUESTOS Durante la etapa de reconocimiento, se hacen presupuestos aproximados detallados para determinar el tamao y objeto de la obra. Para los informes de viabilidad son necesarios presupuestos ms detallados con el fin de apoyar una aprobacin para su construccin. Adems de los costos de construccin de la presa y estructuras auxiliares, los presupuestos de presas y embalses deben incluir los siguientes: costo probable de los terrenos, derechos hidrulicos, derechos de va, desmonte de la superficie del embalse, cambio de localizacin de carreteras pblicas y los costos administrativos y de ingeniera.

MINISTERIO DE AGRICULTURA Y DESARROLLO RURAL INSTITUTO NACIONAL DE ADECUACIN DE TIERRAS - INAT1 FERNANDO CEPEDA SARABIA Director General

ADENDO No. CONCURSO PUBLICO DE MERITOS SAT 125 - 01

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ObjetoContratacin mediante Concurso Pblico de Mritos de la interventora para los Diseos detallados del Proyecto Ranchera, la Construccin de la Presa El Cercado y las conducciones principales a las reas de Ranchera y San Juan del Cesar, Departamento de la Guajira. Por medio del presente Adendo el INAT se permite informar a las firmas que adquirieron los Trminos de Referencia, que como resultado del anlisis realizado a las observaciones escritas presentadas por algunos interesados se ha considerado conveniente efectuar las siguientes adiciones, precisiones y aclaraciones: 1. El INAT considera procedente ampliar lo solicitado inicialmente en el numeral 5.2.4.2 de los Trminos de Referencia, con el fin de incluir la experiencia en diseos de Distritos de Riego y adicionar la experiencia en Distritos de Drenaje, en consecuencia el primer prrafo de dicho numeral quedar de la siguiente manera: "Se evaluar y calificar la experiencia del proponente en diseos o interventora de construccin de Distritos de Riego y/o Drenaje construidos en Colombia mayores de 1.000 Has, segn el siguiente detalle, para un mximo de 150 puntos por este concepto". Consecuente con esta ampliacin, de igual forma se precisa en lo pertinente a dicha experiencia, los textos del literal l. del numeral 2.5 Documentos de la Propuesta Tcnico Econmica y el primer prrafo del numeral 5.2.4 Experiencia del Proponente, que quedaran de la siguiente manera: I. "Relacin de la experiencia del proponente en la realizacin de trabajos de diseo o interventora de Presas, diseos o interventora de Distritos de Riego y/o Drenaje construidos en Colombia y de Asistencia Tcnica en Proyectos de Desarrollo Agropecuario en reas de Adecuacin de Tierras, de acuerdo a lo exigido en los numerales 5.2.4.1, 5.2.4.2 y 5.2.4.3 de los presentes Trminos de Referencia, Esta experiencia deber relacionarse por separado. (Anexo No. 6)".

Experiencia del ProponenteEl puntaje correspondiente a experiencia del proponente se asignar sobre trabajos relacionados con diseos o interventora de Presas, diseos o interventora de Distritos de Riego y/o Drenaje construidos en Colombia y de Asistencia Tcnica en proyectos de Desarrollo del Sector Agropecuario en reas de Adecuacin de Tierras, terminados de ejecutar en los ltimos diez aos anteriores a la fecha de apertura del presente concurso, que sern relacionados en forma separada para cada una de las tres experiencias, en el formato del Anexo No. 6. Igualmente, los trabajos debern estar debidamente certificados con la informacin consignada en el Anexo No. 6".

2. Se reasignan los puntajes para la experiencia del Proponente, fijando un total de 350 puntospara diseo o interventora de Presas y un total de 100 puntos para Asistencia Tcnica de Proyectos de Desarrollo del Sector Agropecuario en reas de Adecuacin de Tierras; en consecuencia el Cuadro No. 5.1, Criterios de Evaluacin y los numerales 5.2.4.1 y 5.2.4.3 de los Trminos de Referencia, quedarn as:

CONCEPTO

Puntaje Parcial

Puntaje Total

Experiencia del Proponente Diseo o Interventora de Presas Diseo o Interventora en Distritos de Riego y/o Drenaje construidos en Colombia Consultora en Asistencia Tcnica de Proyectos de Desarrollo del Sector Agropecuario en reas de Adecuacin de Tierras Experiencia Especfica de los Profesionales Directores Ingenieros Residentes Profesionales de la Interventora Valor de la Propuesta PUNTAJE TOTAL2 CUADRO No. 5.1 CRITERIOS DE EVALUACIN

600 350 150 100 300 68 40 192 100 1000

1. Diseo o interventora de presas Se tendrn en cuenta los trabajos de diseo o interventora de presas, en concreto o concreto compactado con rodillo o en tierra o enrocado, segn el siguiente detalle, para un mximo de 350 puntos por este concepto. Se asignar puntaje independientemente para cada tipo de presa relacionada, sin embargo para cada uno de los rangos se deber tener en cuenta el nmero mximo de proyectos indicado en el siguiente cuadro: En consecuencia para el rango 1 solamente se evaluar un solo proyecto bien sea de concreto o de tierra / enrocado; para el rango 2 se evaluarn mximo dos proyectos bien sean de concreto o de tierra / enrocado, o su combinacin; en el rango 3 se evaluar uno o ms de un proyecto de cualquiera de los dos tipos de presas. En todo caso el puntaje mximo asignado para diseos o interventora de presas ser de 350 puntos.

Tipo de presas

Puntos Por

Rango

Concreto (m3)

Tierra o Enrocado (Mm3)

Proyecto

1 2 3

100.000 200.000 200.001 500.000 > 500.001

0.5 1 1 2.5 > 2.5

50, Mximo 2 150, Mximo 2 300

m3 = Metros cbicos Mm3 = Millones de metros cbicos 2. Asistencia tcnica de proyectos de desarrollo del sector agropecuario en reas de adecuacin de tierras Asistencia tcnica relacionada con la implementacin de proyectos de Desarrollo en el Sector Agropecuario en reas de Adecuacin de Tierras que involucren Planes de Capacitacin y Desarrollo; y/o Organizacin Comunitaria; y/o Desarrollo Agrcola y/o Pecuario en los componentes de produccin y/o comercializacin, segn el siguiente cuadro, para un mximo de 100 puntos por este concepto.

REA

PUNTOS POR PROYECTO

2.000 a 5.000 Has. 5.001 a 10.000 Has 10.001 a 15.000 Has Ms de 15.001 Has

15, Mximo 2 proyectos 30, Mximo 1 proyecto 70, Mximo 1 proyecto 100

En todo caso el puntaje mximo asignado para la Consultora en Asistencia Tcnica de Proyectos de Desarrollo del Sector Agropecuario en reas de Adecuacin de Tierras ser de 100 puntos. De otra parte se ratifica el puntaje total para la experiencia del proponente en Diseos e Interventora de construccin de Distritos de Riego y/o Drenaje construidos en Colombia mayores de 1.000 Has, que es de 150 puntos.

3. Con relacin al contenido del numeral 5.2.4.3 Asistencia Tcnica de Proyectos de Desarrollodel Sector Agropecuario en reas de Adecuacin de Tierras, se precisa que dicha experiencia hace referencia a la Consultora en Asistencia Tcnica relacionada con procesos de capacitacin y asesora a los usuarios, mediante el cual un grupo de expertos formulan y ejecutan con los usuarios o beneficiarios de las reas de adecuacin de tierras una serie de prcticas para la operacin y administracin eficiente de los distritos; as como tambin de capacitacin en el uso de tecnologas apropiadas en sistemas de riego para el manejo intensivo de cultivos, y de igual manera asistencia en el manejo adecuado de pos-cosecha de los productos agropecuarios en dichas reas. El INAT considera que los eventos o actividades mediante las cuales se materializa la

Asistencia Tcnica solamente son aplicables en la ejecucin directa de los proyectos, por lo tanto no se tendr en cuenta dicha experiencia a nivel de estudios de prefactibilidad y factibilidad. 4. Con respecto al numeral 5.2.5.2.1, Experiencia Especfica de los Profesionales se precisa lo siguiente:

Prrafo 4. Las certificaciones para acreditar la experiencia laboral de los profesionales que sern evaluados, mencionados en el Cuadro No. 5.3 de los Trminos de Referencia, corresponde nicamente a la experiencia especfica que se relacione en el Anexo 4. Prrafo 5. Para los dems profesionales mnimos exigidos que no se evaluarn deber presentarse nicamente su hoja de vida en el formato indicado en el Anexo No. 4, en consecuencia no se requieren certificaciones de experiencia para estos profesionales.

5. Un mismo profesional podr ser presentado hasta para un mximo de dos cargos, siempre y cuando cumpla con los respectivos requisitos solicitados independientemente para cada cargo. Esta posibilidad no aplica para los directores ni para los ingenieros residentes. 6. Se adiciona un prrafo (3) al literal b. del numeral 5.2.5.2.1 Experiencia especfica de los ingenieros residentes, as: "Es de anotar que aunque solo se evala un residente para la fase de diseo y un residente para la fase de construccin, el proponente est en libertad de incluir en su propuesta el nmero de residentes que considere conveniente para la ejecucin de los trabajos de interventora. De todas formas, cada uno de los ingenieros residentes deber presentarse con dedicacin de tiempo completo (1.0 H M), para el perodo en que sea propuesto".

7. Sobre los sueldos de los profesionales extranjeros, el INAT precisa que los proponentes estnen libertad de fijar para los honorarios de dichos profesionales la escala de sueldos del pas de origen o en su defecto se pueden acoger a la de los colombianos, de acuerdo a lo determinado en la Resolucin No. 0000747 de 1998 del Ministerio de Transporte. Adicionalmente se omite la presentacin del documento de soporte de la escala de sueldos de naciones extranjeras. 8. Se omite la presentacin en las propuestas del cuadro correspondiente al Anexo No. 12, Flujo de Fondos. Sin embargo el INAT solicitar al proponente favorecido presentar dicho Flujo de acuerdo a su propuesta, previo a la iniciacin de los trabajos de interventora. 9. En caso de igualdad en el mayor puntaje entre dos o ms proponentes, el INAT decidir la adjudicacin del contrato seleccionando a la que obtenga el puntaje ms alto en los proyectos relacionados en la Experiencia del Proponente en diseo o interventora de Presas. Para la definicin del desempate se tendr en cuenta el nmero mximo de proyectos por rango, considerando adems, que para el rango superior el nmero de proyectos es abierto y su puntuacin para efectos de desempate es ilimitada. 10. Se precisa con relacin a los profesionales que figuran en el Cuadro No. 5.2 de los Trminos de Referencia, que no sern evaluados, y que por lo tanto no se incluyen en el Cuadro No. 5.3, que para estos profesionales no existe una exigencia particular sobre la experiencia general y especfica de los mismos. Sin embargo el INAT revisar que los proponentes

presenten profesionales con ttulos afines al cargo y que posean una trayectoria profesional y experiencia que les permita desempear las labores encomendadas. En caso contrario el INAT solicitar al proponente favorecido el cambio de los profesionales que a su juicio considere no renen los requisitos de experiencia e idoneidad. 11. Respecto a la presentacin simultnea de una misma firma o consorcio en la Licitacin SAT124-01 y en el Concurso SAT-125-01, no est permitida por el INAT, debido a que se podra generar un conflicto de intereses en el caso que dicha firma o consorcio resultare favorecida en ambos procesos. Por lo tanto si algn proponente se presenta simultneamente a la Licitacin y al Concurso mencionados, ser descalificado de los dos procesos sin derecho a apelacin. 12. Teniendo en cuenta las solicitudes de los posibles oferentes en relacin con los porcentajes de las garantas que deben ser constituidas por el contratista seleccionado estas quedarn as: GARANTA NICA:

El CONTRATISTA se compromete a constituir a favor del INAT-, una Garanta nica del contrato, consistente en pliza expedida por compaa de seguros legalmente autorizada para funcionar en Colombia o en garanta bancaria, que ampare los siguientes riesgos: a. De cumplimiento general del contrato, el pago de multas y dems sanciones que se le impongan, equivalente al diez por ciento (10%) del valor del contrato, con una vigencia igual a la del plazo del contrato y tres (3) meses ms. b. De buen manejo y correcta inversin de los anticipos por un valor equivalente al cien por ciento (100%) del valor de los mismos y con una vigencia a la del trmino del contrato y tres meses ms. El INTERVENTOR, se obliga a amortizar su pago deduciendo de las actas parciales, como mnimo el porcentaje otorgado hasta cubrir el valor total del mismo. El INTERVENTOR, ser el nico responsable del buen manejo y correcta inversin del anticipo. En los eventos de terminacin del contrato el INTERVENTOR, se obliga a restituir las sumas pendientes por amortizar sin necesidad de requerimiento alguno. El INAT se reserva el derecho de solicitar en cualquier instancia un informe al INTERVENTOR sobre la inversin del mismo. No obstante lo anterior el CONTRATISTA, deber presentar informes mensuales sobre el correcto manejo e inversin del anticipo. c. De pago de salarios, prestaciones sociales e indemnizaciones del personal que el CONTRATISTA ha de utilizar para la ejecucin del presente contrato, equivalente al cinco por ciento (5%) del valor total del mismo con un vigencia igual al del plazo del contrato y tres (3) aos ms. d. De calidad del Servicio. Equivalente al veinte por ciento (20%) del valor total de los estudios contratados con una vigencia de cuatro (4) aos contados a partir del recibo final a satisfaccin por parte del INAT.

E. TIPOS DE PRESAS

Ante la diversidad de este tipo de estructuras; a continuacin se hace una clasificacin de acuerdo con su uso y materiales de construccin.

PARTES DE UNA PRESA Y OBRAS AUXILIARES A continuacin se proporcionan algunos conceptos que ayudan a describir una presa (Vega Roldan, Arregun, C.F., presas de almacenamiento y derivacin, Mxico, divisin de estudios de postgrado, Facultad de Ingeniera, UNAM, 1983).

Cuenca fluvial o de captacin: es el rea tributaria hasta un punto determinado de una corriente, que est separada de las cuencas adyacentes por divisoria de aguas. Vaso de almacenamiento o embalse: es el rea inundada por las aguas acumuladas a partir de la presa y hacia aguas arriba. El nivel mximo que alcanza el agua, definido prcticamente por la cima del vertedero de excesos, se conoce como NAME y quiere decir nivel de aguas del mximo embalse. Garganta del embalse: estrechamiento a partir del cual se inicia el vaso o sitio estrecho en el curso de un ro o arroyo en terreno montaoso o de relieve moderado, cuyo perfil tiene forma de "V "o "U", o inclusive regular.

Las obras o estructuras auxiliares de una presa son las que se describen a continuacin:

Obras de desvo: son obras de carcter temporal que pueden tener utilizacin posterior. Su objeto es controlar adecuadamente las aguas del ro durante la construccin de la preatagua, atagua y la presa (por lo regular son tneles, aunque en caso de corriente de poco caudal o arroyos puede ser un canal) . Ataguas: son obstculos o estructuras deformables a manera de presas pequeas que se construyen aguas arriba y aguas abajo donde se ubicar la presa principal. Su objetivo principal es mantener seco el sitio de la construccin. En el caso de estructuras de tierra y roca, llegan a formar parte de la cortina principal y la atagua de aguas arriba se construye prxima a la entrada de los tneles de desviacin. Obras de excedencia o vertedero de demasas: estructura rgida que permite que los excedentes de agua almacenada pasen de nuevo al ro evitando afectar la presa. Este tipo de obra puede tener compuertas para aumentar la altura de almacenamiento. Obra de toma: es la estructura rgida provista de compuertas que permite la extraccin del agua del embalse. Obra de control: esta obra permite el manejo de los excedentes de agua con el fin de proteger las zonas aguas abajo de la presa.

En la Figura 5.1 se aprecian las partes de una presa vistas en planta.

CLASIFICACIN DE LAS PRESAS

Existen varias clasificaciones para las presas: de acuerdo con su altura, con sus funciones o con otras caractersticas. Sin embargo, la clasificacin ms usada es la que se hace con relacin a sus materiales de construccin y a su estructura, la cual se cita en el Cuadro 5.1

Figura 5.1 Obras auxiliares de una presa. Modificado de: SRH-CFE-UNAM, Comportamiento de presas construidas en Mxico. 1976).

Cuadro 5.1 Tipos de presas Adaptado de: Fundamentos de mecnica de suelos. Whitlow Roy. 1994. Pgina 165

En la Figura 5.2 se aprecia las partes de una presa en corte longitudinal

Figura 5.2 Partes de una presa

Nomenclatura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Cresta o corona 10. Talud aguas arriba Revestimiento de la corona 11. Talud aguas abajo Filtros. 12. Pantalla de inyecciones Corazn o ncleo impermeable 13. Galera de drenaje. Trinchera. 14. Drenes. Transiciones 15. Pozos de alivio Enrocamientos 16. Embalse o vaso Depsito fluvial 17. Borde libre Roca basal 18. Altura de la presa

Modificado de: Fundamentos de mecnica de suelos. Whitlow Roy. 1994. Pgina 165

Clasifican Segn su UsoLas presas, segn su uso, se clasifican de la siguiente manera:

Presas de derivacin o de regulacin: Son presas construidas para desviar el agua de una corriente, con el fin de crear un desnivel entre la zona de aguas arriba y la de aguas abajo. Pueden ser utilizadas para detener la recarga ocasionada por el agua subterrnea en el invierno, para proteccin o estabilizacin de ros, vas y costas, entre otros.

En el ejemplo de esta presa se presenta en la Figura 5.3 donde se observa la presa Crescentike.

Figura 5.3 Presa Cresent Like. Tomado de: Diseo de Presas Pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 98.

Presas de embalse: stas se construyen transversalmente en un valle; para acumular determinado volumen de agua y pueden ser utilizadas para controlar inundaciones, generar energa elctrica, abastecer de agua potable a las comunidades y proveer agua para el riego, entre otros.

Clasificacin Segn su Proyecto HidrulicoLas presas se pueden clasificar tambin como presas vertedoras o no vertedoras.

Las presas vertedoras se planifican para descargar sobre sus coronas. Deben estar constituidas por materiales que no se erosionen con tales descargas. Las presas no vertedoras se proyectan para que no rebase el agua por su corona.

Clasificacin de Acuerdo al Tipo de MaterialDentro de las presas que se construyen en las condiciones actuales, es la clasificacin ms comnmente utilizada:

Las presas de tierra. Las presas en roca. Las presas de gravedad de concreto.

a. Presas de tierra:

Son diques de contencin suficientemente impermeables, construidos especialmente con arcillas y materiales rocosos que se encuentran en la proximidad de la obra. Es el tipo ms utilizado gracias a que en su construccin intervienen materiales en su estado natural que requieren el mnimo de tratamiento. En la siguiente Figura 5.4 se puede observar una presa de tierra, como es el Embalse San Rafael.

Figura 5.4 Presa de tierra embalse San Rafael. Tomado de: Folleto del Embalse san Rafael. EAAB-ESP. Bogot Coqueta. Alcalda mayor de Santaf de Bogot. 1999

b. Presas en roca: Consisten en un macizo trapezoide formado por rocas a granel de todos los tamaos, pero con granulometra definida que da estabilidad a una membrana impermeable. La membrana puede ser una capa de material impermeable del lado del talud mojado, una losa de concreto, un recubrimiento de concreto asfltico, placas de acero o puede ser un ncleo interior delgado de tierra impermeable. Cuando se realiza el diseo de una presa, se deben conocer, entre otros, la superficie superior del vaso, el lmite superior de las filtraciones, y la cimentacin; esto se puede apreciar en la siguiente Figura 5.5.

En la Figura 5.6 se puede apreciar la presa Olimpus, una combinacin de presa de tierra y de concreto tipo gravedad en el ro Big Thompson, Colorado. La seccin de concreto tiene el vertedor de demasas y la bocatoma de un canal.

Figura 5.5 Presa homognea. Tomado de: Diseo de Presas Pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 195.

Figura 5.6 Presa Olimpus. Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 101.

De la Figura 5.7, que se muestra a continuacin, podemos observar la seccin tpica de una presa en roca.

Figura 5.7 Seccin mxima tpica de una presa en roca Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 260

c. Presas de concreto: como su nombre lo indica, son presas hechas con concreto armado y que a su vez se pueden subdividir en:

Presas de gravedad: son aquellas que resisten la fuerza de empuje del agua por la accin de su peso propio. Se adaptan a los lugares en donde se dispone de una roca relativamente sana, aunque para estructuras bajas se pueden cimentar sobre formaciones aluviales. En la Figura 5.8 se observa la presa de derivacin Wilwood, la cual est conformada por una estructura de concreto del tipo gravedad en el ro Shoshone en Wyoming. Presas de arco o de bveda: en estas la mayor parte del empuje del agua revierte sobre los estribos que transmiten el esfuerzo a las laderas del embalse por el efecto arco. Se construye con la parte convexa de la bveda mirando hacia la parte aguas arriba. Se adapta a los lugares en los que la relacin de la distancia entre los arranques del arco y la altura, no es grande. Presas arco gravedad: son una combinacin de presas de gravedad y de arco. La forma arqueada aumenta la estabilidad de la presa por gravedad y permite reducir su espesor. Son muy seguras y renen las ventajas de ambos tipos.

Figura 5.8 Presa de derivacin Tomado de: Diseo de Presas Pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner.Pgina 264.

LOCALIZACIN DE LA PRESA A continuacin se estudiarn parmetros para la seleccin del sitio de presa, as como la informacin mnima necesaria para su diseo.

Seleccin del Sitio de la PresaEn la Figura 5.9 se puede apreciar el terreno elegido para la construccin del Embalse de San Rafael. Las siguientes consideraciones se deben tener en cuenta al momento de elegir los posibles sitios de construccin de la presa: a. El sitio debe requerir un volumen de terrapln tan pequeo como sea posible para obtener los menores costos de construccin; principalmente se deben buscar los lugares ms estrechos del valle o cuenca hidrogrfica. b. Debe estar ubicado en un sitio alto respecto al rea beneficiada, con el fin de lograr un excelente suministro por gravedad. c. Que se encuentre lo ms cerca posible al rea beneficiada para disminuir costos de conduccin y transporte. d. El material del lecho y paredes de la caada debe estar compuesto por suelos firmes, sin afloramiento de rocas. e. Descartar sitios de presa que presenten suelos limosos, arenas, suelos orgnicos, pantanos, suelos blandos y rocas muy diaclasadas. f. Fcil acceso para la construccin y posterior mantenimiento.

Figura 5.9 Seleccin del sitio de presa Tomado de: Folleto del Embalse san Rafael. EAAB-ESP. Bogot Coqueta. Alcalda mayor de Santaf de Bogot. 1999.

Informacin Necesaria para el Diseo de la PresaCon el fin de desarrollar correctamente el proyecto hidrulico, es necesario recolectar la informacin y los datos de campo correspondientes, como se expondr ms adelante. Una vez se d la viabilidad del proyecto, es necesario tener en cuenta como mnimo la siguiente informacin para el diseo de las presas: 3. Fuerzas actuantes a continuacin se presentan las diferentes cargas que solicitan o podran cargar la estructura y que se consideran fuerzas de obligada revisin en el anlisis como las fuerzas ejercidas durante su vida til. Las fuerzas actuantes sobre una estructura de estas caractersticas, son: El peso propio de la estructura.

Carga hidrosttica o empuje de agua. Sobre presin. Fuerzas provocadas por gradientes de temperatura y retraccin del concreto.

Adems de las anteriores fuerzas tambin actan las siguientes cargas:

Sismos. Carga hidrosttica. Carga o empuje provocados por los sedimentos. Cargas provocados por hielo. Efecto del microoleaje. Fuerzas dinmicas y subpresivas provocadas por las avenidas mximas o crecientes cercanas de sta.

Las fuerzas que se consideran ms relevantes en el anlisis de estas estructuras se pueden dividir en cargas estticas y dinmicas. 4. Otros elementos para el diseo 1. Peso propio: es la carga pasiva compuesta por el peso propio, ms el peso de las estructuras complementarias, como: compuertas, ataguas y equipo en general. 2. La presin hidrosttica: es el empuje provocado por el agua posterior al llenado del embalse. Su valor se calcul de los estudios de operacin de ste. 3. Gradiente trmico: son las fuerzas causadas por variacin de temperatura en el ambiente y por los efectos de hidratacin del concreto en la construccin y retraccin durante su operacin. 4. Fuerzas provocadas por los sismos: las fuerzas generadas al interior de una presa por causa de eventos ssmicos obedecen a la Ley de Newton las cuales generan fuerzas proporcionales a la masa de la estructura adems de otras producidas por cambios de presin. 5. Determinacin de las solicitudes dinmicas de diseo: El diseo dinmico est dirigido a evaluar cargas cclicas en la fundacin de la estructura por los efectos del sismo en el terreno. con el fin de disear estructuras resistentes a fuerzas dinmicas, es necesario abordar el estudio desde el punto de vista de amenaza ssmica bajo un marco sismotectnico de una regin, para predecir su intensidad. 6. Mtodo del coeficiente ssmico, mtodo pseudodinmico y mtodo dinmico: Son las metodologas ms comunes de anlisis estructural dinmico. 7. El plano general de la hoya hidrogrfica: respecto a la topografa, con curvas de nivel mximo cada 5 m, la planimetra del rea del embalse y la presa con curvas cada metro y la planimetra del rea de influencia. 8. El plano geolgico del rea y el estudio geolgico: dentro del anlisis geolgico, permiten concluir si la zona es apta para la fundacin de la presa, si hay presencia de formaciones permeables o diaclasamiento, etc. 9. La informacin de los suelos y materiales: corresponde a los datos de suelos en el sitio de la presa, la localizacin y descripcin de los materiales aprovechables en la construccin y los datos adicionales de los suelos que puedan afectar la calidad del agua. 10. En cuanto al rea de hidrometeorologa: los aportes mensuales de la hoya en el sitio del cierre, la precipitacin y evaporacin mensuales de la regin y datos locales sobre nacimientos de agua.

En la Figura 5.10 del Embalse de San Rafael, se aprecia la localizacin del lugar de construccin de la presa, de las lagunas de decantacin, de la planta de tratamiento, y del rebosadero, entre otros:

Seleccin del Tipo de PresaLa seleccin del tipo de presa es el producto de la evaluacin minuciosa de las caractersticas propias de cada estructura, teniendo en cuenta principalmente los accidentes fsicos y topogrficos, evaluacin econmica y los factores de seguridad. A continuacin se presentan los factores ms influyentes para la seleccin del tipo de presa:

Topografa: Es el primer factor por considerar, puesto que segn la geomorfologa de la zona es posible aprovechar mejor el proyecto, as por ejemplo una corriente angosta corriendo entre dos desfiladeros es recomendable para una presa vertedora.

Figura 5.10.Localizacin general Embalse san Rafael. Tomado de : Folleto del Embalse san Rafael . EAAB-ESP.

Condiciones geolgicas de cimentacin:

Entre otros, este factor depende de las caractersticas encontradas en la zona del proyecto de tipo geolgico como altura de los estratos subyacentes, fallas y fisuras. A continuacin se presentan diferentes tipos de terreno en los que es posible cimentar la presa: Cimentaciones sobre roca slida: Cimentaciones de grava: Cimentaciones de limo o arena fina Cimentaciones de arcilla.

Disponibilidad de materiales: Los materiales de la presa pueden ser utilizados para terraplenes en suelo, terraplenes en roca y agregados de concreto, entre otros. El criterio principal, en este aspecto, es la localizacin de las canteras a distancias razonables de la obra.

Tamao y localizacin del vertedero: Depende de la magnitud de las avenidas que tengan que verterse. Lo ideal es unir las bondades de la presa y el vertedero en una sola estructura llamada presa vertedora con lo cual se aumenta la eficiencia del sistema y se reducen costos.

Efectos ssmicos: No se recomienda la construccin de presas en ningn tipo de zonas ssmicas; en el caso que la presa se localice en una zona de riego ssmico alto, se debe tener especial cuidado en el proyecto estructural de la misma, teniendo en cuenta el aumento de la carga por los esfuerzos ssmicos. En general, las presas de tierra y las de concreto del tipo gravedad soportan mejor el sismo.

Cota mxima de embalse: Es importante por cuanto da una idea del volumen que se podra almacenar al momento de llenado de la presa. Sirve para realizar un informe de viabilidad econmica, ya que permite entre otros, referenciar el costo del terreno que se va a inundar, la gente que se tiene que reubicar y las vas que se afectan por la obra.3

PRESAS DE TIERRA Como lo atestigua la historia y los restos de antiguas estructuras, las presas de tierra para almacenamiento de agua con fines de riego, se han usado desde los primeros das de la civilizacin. En el pasado como en nuestros das, la presa de tierra contina siendo el tipo ms comn, principalmente porque en su construccin se utilizan materiales en estado natural con un mnimo de tratamiento. En el presente estudio solamente se incluyen las presas de tierra del tipo compactado. Por este mtodo se construye la principal parte del terrapln en capas sucesivas, compactadas mecnicamente. El material de los bancos y de las excavaciones de las dems estructuras se transporta en camiones y se utiliza en el terrapln. Luego se extiende con motoniveladoras y bulldozer y se moja con la humedad ptima, si es necesario, para conformar capas de espesor reducido, que luego se compactan cuidadosamente y se unen con las capas anteriores por medio de rodillos movidos por traccin mecnica (18.). Las presas de tierra compactada con rodillos son de tres tipos:

Presas

del

tipo

diafragma:

En este tipo, el cuerpo del terrapln se construye de material permeable (arena, grava o roca) y se compone un diafragma delgado de material impermeable para que constituya la barrera hidrulica. El diafragma puede ser de tierra, concreto, cemento Portland, de concreto bituminoso, o de otro material.

Presas

de

material

homogneo:

Estn compuestas de un solo material (excluyendo la proteccin del paramento.) El material que constituye la presa debe ser suficientemente impermeable formando una barrera efectiva para el agua y los taludes relativamente tendidos para garantizar su estabilidad. Aunque anteriormente era muy comn el proyecto de presas de seccin conformada con material homogneo, este concepto se ha venido reemplazando por el de utilizacin de una seccin homognea modificada, en la que pequeas cantidades de materiales permeables controlan las filtraciones, de manera que permiten taludes mucho ms inclinados. A continuacin se puede observar en la Figura 5.11 una presa homognea modificada con cortes transversales en donde se tiene el corte a) el taln de la roca y el b) con filtro para drenaje.

4

518)

Figura 5.11 Presa homognea modificada

UNITED STATES DEPARTAMENT OF INTERIOR, Stewart L. Secretary BUREAU OF RECLAMATION, Floyd E. Dominy, Commissioner , Diseo de Presas Pequeas, 1964. Tomado de: Tomado de: Diseo de Presas Pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 195

Presas de tierra de seccin compuesta: Son aquellas formadas por un ncleo central impermeable confinado por zonas de materiales considerablemente ms permeables. Las zonas permeables confinan, soportan y protegen el ncleo impermeable; la zona permeable de aguas arriba produce estabilidad contra los rpidos desembalses y la zona permeable de aguas abajo acta como dren para controlar el lmite superior de filtracin. Con el fin de controlar las filtraciones transversales y las producidas por los desembalses, la seccin debe tener una permeabilidad creciente del centro hacia los taludes. Las zonas permeables pueden ser de arena, grava, cantos, roca, o mezclas de estos materiales.

REQUISITOS DE ESTABILIDAD PARA PRESAS DE TIERRA Las presas de tierra deben ser seguras y estables durante todas las fases de la construccin y de la operacin del embalse. Para lograrlo, se deben satisfacer los siguientes requisitos: a. El terrapln debe estar asegurado con gran capacidad en el vertedor y obra de toma contra el paso de los caudales de proyecto.

b. Los taludes de los terraplenes deben conservar su estabilidad en la construccin y en todas las condiciones que se presenten durante la operacin del embalse. c. Deber proyectarse el terrapln de manera que no produzca esfuerzos excesivos en la cimentacin. d. Las filtraciones a travs del terrapln, cimentacin y los estribos, deben controlarse, para que no generen erosin interna y, por lo mismo, no haya derrumbes en el rea donde las filtraciones emergen. e. El terrapln se debe asegurar contra el efecto de rebosamiento por oleaje. f. Los taludes de aguas arriba, la corona y el talud de aguas abajo deben estar protegidos contra la erosin del oleaje, viento y lluvia respectivamente.

CIMENTACIN El trmino cimentacin incluye el piso del cauce como los estribos. Los requisitos esenciales de una cimentacin para una presa de tierra son:

Debe proporcionar un apoyo estable para el terrapln en todas las condiciones de saturacin y carga. Resistencia elevada a la filtracin, para evitar una prdida de agua excesiva.

Debido a que los mtodos de tratamiento son apropiados para diferentes condiciones, las cimentaciones se agrupan en tres clases predominantes:

Cimentaciones en RocaLas principales consideraciones son las peligrosas filtraciones erosivas y la excesiva prdida de agua por las puntas, fisuras, hendiduras, estratos permeables y a lo largo de los planos de falla(18) Para este tipo de cimentaciones, es necesario cubrir las aberturas de la roca mediante la inyeccin de lechadas de cemento y agua a presin hasta una profundidad igual a la carga del embalse, incluyendo su costo en el presupuesto.

Cimentaciones de Arena y GravaFrecuentemente la cimentacin de una presa consiste en depsitos aluviales recientes, compuestos de arena y grava, relativamente permeables que cubren formaciones geolgicas impermeables. Los problemas bsicos que se presentan en las cimentaciones permeables son: a. La magnitud de las filtraciones subterrneas:

Para estimar el volumen de las filtraciones, que pueden esperarse, es necesario determinar el coeficiente de permeabilidad de la cimentacin. Este coeficiente es funcin del tamao, granulometra de las partculas gruesas, cantidad de finos y as mismo de la densidad de la mezcla.

Una vez se ha logrado determinar dicho coeficiente, se puede evaluar la cantidad de filtracin subterrnea, de acuerdo a la frmula de Darcy: Q=kiA Donde: Q = descarga en la unidad de tiempo dada, k = Coeficiente de permeabilidad, i = Gradiente hidrulico = h / l = diferencia de carga / longitud del recorrido A = rea bruta de cimentacin a travs de la cual se produce el flujo. Por medio de la Figura 5.12 se muestra las diferentes alturas aguas arriba y debajo de una presa. Los resultados indican el orden de magnitud de las filtraciones al evaluar las prdidas de agua. Si la cimentacin es estratificada la filtracin vertical es menor que la horizontal, para tal caso es prctico utilizar un promedio de coeficiente de permeabilidad. UNITED STATES DEPARTAMENT OF INTERIOR, Stewart L. Secretary BUREAU OF RECLAMATION, Floyd E. Dominy, Commissioner , Diseo de Presas Pequeas, 1964.18)

b. Las

presiones

producidas

por

las

filtraciones:

La circulacin del agua a travs de una cimentacin permeable genera fuerzas de filtracin como resultado de la friccin entre el agua que se filtra y las paredes de los poros del suelo a travs del cual pasa, de manera semejante a la friccin desarrollada por el agua al circular por un tubo.

6Figura 5.12 Clculo de filtraciones por medio de la frmula de Darcy. Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 200.

7

La siguiente Figura 5.13 muestra la trayectoria de un filete de la corriente filtrada.

8 9 Figura 5.13 Componentes de la fuerza de filtracin Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 200

10

Cuando el rea de la seccin transversal est restringida, como sucede debajo de la presa, la velocidad de la filtracin para un gasto dado aumenta; en forma correspondiente hay un aumento de las prdidas por friccin y la fuerza de filtracin. Para evitar la prdida antieconmica del agua y de la naturaleza de la cimentacin con respecto a su estabilidad contra la fuerza de filtracin, se pueden usar varios mtodos de control de las filtraciones, que dependen de los requisitos de diseo. Los mtodos pretenden, en algunos casos, reducir el flujo y controlar las fuerzas de filtracin; en otros, permitir el paso libre de la corriente, disipar la presin o disminuir la presin en los estratos permeables. Un dentelln es una estructura que se utiliza para controlar el flujo y las fuerzas de filtracin, colocado debajo de la cortina de la presa. Los detalles de estas diferentes construcciones se muestran a continuacin: 1. Dentelln de tierra Deben localizarse a distancia regular aguas arriba de la lnea central de la presa, pero no ms all de un punto en que el material impermeable de la presa, arriba del dentelln, tenga una resistencia a la filtracin cuando menos igual a la ofrecida por el mismo dentelln. La lnea central del dentelln se debe mantener paralela a la lnea central de la presa a travs del fondo del can o piso del valle, pero deben converger hacia la lnea central de la presa al prolongarse hacia los atraques, con el objeto de mantener el espesor necesario de terrapln.

2. Dentelln parcial El efecto de un dentelln parcial se asemeja al de una estructura de tubo, el gasto se reduce por la prdida de carga hidrulica debida a la obstruccin, pero la reduccin del gasto no es directamente proporcional a la reduccin del rea del tubo. Un dentelln parcial puede ser efectivo en una cimentacin estratificada interceptando los estratos ms permeables de la cimentacin y aumentando sustancialmente el recorrido vertical que las filtraciones deben hacer. 3. Dentelln de tablestacas de acero Las tablestacas de acero se usan ocasionalmente en combinacin con un dentelln parcial de tierra, como medio comparativamente econmico de aumentar la profundidad del dentelln. Con pocas excepciones las tablestacas deben ser de acero, debido a su elevada resistencia. El uso de dentellones formados con tablestacas de acero se encuentra limitado a las cimentaciones de limo, arena y grava fina, porque pueden formar en la masa fenmenos de licuacin del terreno creando inestabilidad en l. 4. Dentellones construidos "in situ" con mezclas de cemento Es una tcnica relativamente nueva, que promete ser un medio econmico para construir dentellones totales o parciales en las cimentaciones permeables, que no contienen cantos grandes. El procedimiento consiste en bombear lechada de cemento a travs de un barreno giratorio hueco que en el extremo lleva una cabeza giratoria. La cabeza giratoria tiene aspas que mezclan el material de la cimentacin con la lechada al introducir el barreno. El resultado es la formacin de un elemento cilndrico de arena o grava unidas con cemento. 5. Inyecciones Se han usado varios materiales con la intencin de descubrir procedimientos de inyeccin que mejoren la estabilidad y la impermeabilidad de las cimentaciones permeables, inyectando sustancias que acten como aglutinantes llenando los vacos en la roca. Entre estos materiales se han usado el cemento, el asfalto, la arcilla y varias sustancias qumicas. Las inyecciones de cemento y de asfalto no se pueden hacer con xito en los materiales granulares finos porque el material aglutinante no puede cubrir el rea superficial de las partculas, por tanto estas inyecciones no quedarn homogneas. 6. Las inyecciones de arcilla Son de dudoso valor pues son removidas fcilmente las fuerzas de filtracin. 7. Las inyecciones con sustancias qumicas

Tienen la ventaja de tener la misma viscosidad del agua, por lo tanto, pueden inyectarse en los suelos permeables. Comnmente se emplea el silicato de sodio y un reactivo como el cloruro de calcio, los cuales cuando se mezclan con el terreno se precipitan y forman un gel slido insoluble. 8. Colchones impermeables aguas arriba: Se construye un colchn de material impermeable unido a la zona impermeable de la presa, con el fin de aumentar el recorrido de las filtraciones. Se usan generalmente cuando los dentellones a la roca fija o a un manto impermeable no resultan factibles debido a la profundidad excesiva. La longitud del colchn estar gobernada por la reduccin deseada en el volumen de las filtraciones subterrneas. En la Figura 5.14 se observa el espaldn aguas debajo de la central hidroelctrica del Guavio.

Figura 5.14 Vista aguas abajo de la presa de la central hidroelctrica del Guavio Tomado de: Foto suministrada por el Ingeniero Rafael Franco

9. Filtros y colchones horizontales de drenaje: Permiten la descarga de las filtraciones y disminuyen la posibilidad de fallas por tubificacin aplicando peso sobre la porcin de la cimentacin aguas debajo de la zona impermeable de la presa, donde existen fuerzas de filtracin hacia arriba. El colchn debe ser permeable para permitir el drenaje, se debe proyectar de manera que evite el movimiento de las partculas de la cimentacin. En la Figura 5.15 se muestra un colchn horizontal de drenaje. 10. Drenes de taln y zanjas de drenaje:

Se instalan comnmente a lo largo de los talones de aguas debajo de las presas, en combinacin con colchones horizontales de drenaje. El objeto de los drenes es colectar las filtraciones que descargan del colchn de drenaje horizontal y conducirlas a un tubo de descarga exterior. Los drenes de taln se usan tambin en cimentaciones impermeables para tener la certeza de que cualquier filtracin que pudiera atravesar la cimentacin o el terrapln se recogen y que el agua subterrnea se mantiene a una profundidad con respecto a la superficie.

Figura 5.15 Colchn horizontal de drenaje Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 207

Cimentaciones de Limo y Arcillalas cimentaciones formadas por suelos de grano fino son suficientemente impermeables para que se pueda evitar el uso de dispositivos especiales para las filtraciones y tubificaciones subterrneas. El problema principal con estas cimentaciones es la estabilidad. Adems, los proyectos deben tomar en cuenta el efecto de ablandamiento de la cimentacin de la presa y las obras auxiliares por limos y arcillas saturados. Los mtodos de tratamiento de esta cimentacin se basan en el tipo de suelo, la localizacin del nivel fretico y la compacidad del suelo. a. Cimentaciones saturadas: Cuando la cimentacin de una presa depende de suelos finos o de arenas impermeables

saturados, su capacidad para resistir los esfuerzos cortantes producidos por el peso del terrapln puede determinarse por su clasificacin en los grupos de suelos y por su consistencia relativa. b. Cimentaciones relativamente secas: Los suelos no saturados, del tipo impermeable, son satisfactorios para las cimentaciones de las presas pequeas, debido a la presencia de aire en los huecos del suelo que permite una variacin apreciable de volumen, el aumento de los esfuerzos normales efectivos y el aumento de la resistencia a la friccin sin que haya que drenar el agua intersticial. Para una relacin de vacos un suelo impermeable tiene mayor resistencia cuando no est saturado que cuando lo est.

TERRAPLENES El problema de proyectar un terrapln de tierra est en determinar la seccin transversal que cumpla con las funciones para las cuales se proyecta, los materiales adecuados, la seguridad y costo mnimo(18.) La estabilidad de un terrapln se determina por su capacidad para resistir esfuerzos cortantes generados por deslizamientos a lo largo de una superficie de corte. Los terraplenes de materiales granulares o no cohesivos son ms estables que los hechos de suelos cohesivos, porque los materiales granulares tienen una mayor resistencia a la friccin y porque su mayor permeabilidad permite la rpida disipacin de las presiones intersticiales que resultan de las fuerzas de compresin.

Consideraciones FundamentalesEl avance de la filtracin del agua, a travs del terrapln de la presa, depende de la constancia del nivel en el embalse, las magnitudes de permeabilidad en la direccin horizontal y vertical del material del terrapln y del factor tiempo. La superficie superior de la corriente de filtracin se llama superficie fretica (de presin cero) o lnea de saturacin, lugar hasta el cual puede ascender la filtracin. La posicin de dicha lnea depende de la geometra de la seccin y eventualmente alcanza posiciones idnticas en las dems lneas de filtracin que se encuentran bajo la lnea fretica. En la Figura 5.16 se puede detallar la posicin de la lnea fretica en un terrapln de seccin compuesta y en la Figura 5.17 se puede apreciar las presiones intersticiales despus de llegar a la condicin estable, as como las presiones despus de un rpido desembalse.18)

UNITED STATES DEPARTAMENT OF INTERIOR, Stewart L. Secretary BUREAU OF RECLAMATION, Floyd E. Dominy, Commissioner , Diseo de Presas Pequeas, 1964.

Figura 5.16 Posicin de la lnea freatica en un terrapln de seccin compuesta Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 227.

Proyecto de TerraplenesLa utilizacin de los materiales de la excavacin para estructuras, depende de la secuencia de las operaciones de construccin. Los taludes del terrapln, varia de acuerdo con el carcter de los materiales disponibles, las condiciones de la cimentacin y la altura de la estructura. El terrapln del tipo diafragma, se recomienda especialmente cuando hay limitaciones de suelos impermeables y no se puede construir terrapln de seccin compuesta. El terrapln del tipo homogneo, se recomienda cuando la escasez de materiales de fcil drenaje hace que la construccin de una presa de seccin compuesta no sea econmica. Los terraplenes de seccin compuesta, se deben construir en aquellos proyectos donde se pueden conseguir con facilidad suelos de diferentes clases, permiten el uso de taludes ms inclinados.

Figura 5.17 a) Presiones intersticiales despus de llegada de la condicin estable y b) Presiones de un rpido desembalse Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner.Pgina 228.

La CoronaLa anchura de la corona depende de la naturaleza de los materiales para los terraplenes, la distancia mnima de filtracin admisible, de la altura e importancia de la estructura, de la posible necesidad de utilizarla como tramo de un camino y de la factibilidad de construccin. La anchura mnima no debe ser menor de 12 pies. La corona se debe cubrir con algn tipo de proteccin contra los daos por las salpicaduras de las olas, los escurrimientos de las lluvias, viento y el desgaste y destruccin por el trnsito, para lo cual se utiliza una capa de roca fina de material gravoso con un espesor mnimo de 4 pulg.

El borde LibreLa distancia entre la cresta de la presa y la superficie del agua en el embalse a cualquier nivel se denomina borde libre. El borde libre tiene la funcin de servir como una altura adicional para evitar el desborde sobre la corona, producido entre otros, por obstrucciones en la estructura de rebose, asentamiento excesivo de la presa y aportes de agua inesperados mayores a los previstos. La determinacin racional del borde libre requiere la precisin de la altura y del efecto de las olas. La diferencia entre borde libre normal y borde libre mnimo representa la sobrecarga hidrulica.

Ejemplos de Presas de Tierra

Con el propsito de ilustrar la variedad de proyectos concebidos para satisfacer las cambiables condiciones de la cimentacin y de utilizacin de materiales de construccin, se presentan los siguientes ejemplos de presas(18).

Figura 5.18 Vaso Altus - Dique norte

Figura 5.19 Presa Anita.18)

UNITED STATES DEPARTAMENT OF INTERIOR, Stewart L. Secretary BUREAU OF RECLAMATION, Floyd E. Dominy, Commissioner , Diseo de presas pequeas, 1964.

Figura 5.20 Dique Big Sandy.

Figura 5.21 Presa Carter Lake. Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of departament of the interior, Stewart L. Udall secretary Bureau of Reclamation, Floyd E. Domony. commissioner. pag 247

Figura 5.22 Presa Dickinson. Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of the Interior, Stewart L. Udall secretary Bureau of reclamation, Floyd E. Domony,Commissioner. pag 247.

11 Figura 5.23 Presa Wasco. Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of the Interior, Stewart L. Udall secretary Bureau of reclamation, Floyd E. Domony,Commissioner. pag 254.

PRESAS EN ROCA Las presas en roca son terraplenes formados por fragmentos de roca, de varios tamaos, cuya funcin es dar estabilidad. Estn cubiertos por una membrana que es la que proporciona impermeabilidad. El origen de las presas en roca se remonta a aproximadamente 100 aos durante la fiebre de oro en California. En la construccin de las presas en roca se han utilizado muchos materiales diferentes para la membrana incluyendo la tierra, el concreto, el acero, el asfalto y la madera. El costo de produccin de grandes cantidades de roca para la construccin de stas presas, hace que este tipo resulte econmico solamente en regiones remotas, donde el costo del concreto sera elevado o donde escasean los materiales para terraplenes.

CimentacinLas presas en roca requieren cimentaciones en las que se producen los asentamientos mnimos. La cimentacin debe estar libre de fallas, zonas de corte y de otras zonas de debilidad estructural. El limo, la arcilla, la arena y la materia orgnica debe quitarse del rea de cimentaciones antes de la construccin del terrapln. Se debe construir un cierre hermtico o dentelln a lo largo del contacto de la membrana impermeable con la cimentacin y los estribos, en el taln de aguas arriba de la presa, para evitar las filtraciones por debajo de la presa. En la Figura 5.24 se puede apreciar el detalle de la membrana de concreto, utilizada en el dentelln de una presa.

El terraplnUn terrapln es el material transportado artificialmente con en fin de dar apoyo a la estructura de presa, mejorando las propiedades estructurales de los depsitos naturales, por lo general se utilizan a gran escala para mejorar la cimentacin de reas residenciales e industriales.

Figura 5.24 Detalle de la membrana de concreto en el Dentelln Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior,Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 259

5. Seleccin de materiales La roca utilizada debe estar cerca del emplazamiento de la presa; explotada en canteras o por fuentes naturales con volumen aproximado entre 1/2 pie3 a 1 yd3 y debe ser dura, durable, que resista la ruptura durante el acarreo y en las operaciones de instalacin. La roca debe soportar la desintegracin por el efecto de la congelacin y fusin, adems no debe contener materiales inestables que sean degradables por procesos de meteorizacin mecnica o qumica. 6. Seccin tipo La determinacin de los taludes exteriores depende del costo relativo del enrocamiento colocado al volteo y de la mampostera. Los taludes ms inclinados que el talud natural de la roca colocada al volteo no son econmicos en las condiciones modernas de construccin. Sin embargo, en las presas en roca, el talud de aguas abajo debe ser igual al ngulo de reposo de la roca colocada al volteo (1.4 a 1) y el talud de aguas arriba debe ser de 2 a 1 para facilitar la construccin del paramento impermeable de aguas arriba. En la Figura 5.25 se detalla las partes de una seccin mxima tpica de una presa en roca.

Figura 5.25 Seccin mxima tpica de una presa en roca. Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior,Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 260

7. Zona de enrocado La construccin de la zona en roca es importante porque disminuye el asentamiento local y evita afectar la membrana impermeable. El asentamiento de los terraplenes de roca se produce en dos etapas.

El asentamiento principal se produce durante la construccin del enrocamiento por accin de su peso propio. La segunda etapa importante del asentamiento se produce al llenarse el vaso y se transmite al enrocamiento el esfuerzo producido por la carga del agua.

La experiencia recomienda antes de la puesta en funcionamiento del enrocado seguir los procedimientos que se mencionan a continuacin:

Colocar la roca en capas preferiblemente delgadas. La roca debe vaciarse sobre el terrapln y extenderse en capas con un espesor mximo de 1 m, para obtener un enrocamiento compacto. Es conveniente lavar cada capa durante su colocacin con chorros de agua de alta velocidad. De esta forma se obtiene un enrocamiento ms denso y disminuyen los futuros asentamientos.

PRESAS DE CONCRETO Las presas de concreto son estructuras de dimensiones tales, que por su propio peso, resisten las fuerzas que actan en ellas. Si se construyen en cimentaciones de buena calidad, las presas slidas de concreto son estructuras permanentes que requieren poca conservacin.

Las fuerzas que deben considerarse para las presas de gravedad dentro del campo de este texto, son las debidas a:

La presin del agua (externa e interna.) La presin producida por materiales finos decantados sobre el talud aguas arriba. Las fuerzas producidas por los terremotos. El peso de la estructura La reaccin resultante de la cimentacin.

Otras fuerzas entre las cuales se incluyen los vientos y las olas, por lo general, no se tienen en cuenta.

Presiones ActuantesA continuacin se hace una breve descripcin de las presiones que intervienen en una presa de concreto del tipo gravedad.

Presin

hidrulica

Se presentan dos tipos la externa y la interna. La presin externa del agua que acta sobre una presa que no es vertedora al igual que sobre una presa vertedora sin dispositivos de control se ilustra en la siguiente Figura 5.26

Figura 5.26 Fuerzas y presiones que obran sobre una presa de concreto tipo gravedad. Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 98.

Las siguientes convenciones son utilizadas en las Figuras: p p' = presin del agua del embalse o del agua de descarga.

W = Componente vertical del agua del embalse o carga del agua de descarga. w = Peso unitario y dependiendo del material se aade un subndice. T = Distancia horizontal de la arista de aguas arriba a la arista de aguas abajo. = ngulo entre la cara del elemento y la vertical. I = Momento de inercia. V = Componente horizontal de la carga del agua en el embalse y en la descarga. U = Fuerza total de subpresin sobre una seccin horizontal. e = Distancia del centro de gravedad al punto donde la resultante de la suma de fuerzas vertical y horizontal corta la base de la seccin. a,b,c,d = Trapezoide que representa la presin horizontal sobre el paramento aguas arriba. En una presa vertedora, el componente vertical del agua que se vierte por la cresta del vertedero no se aplica en el anlisis porque la velocidad del chorro, reduce mucho la presin vertical sobre la presa. De la misma forma en el paramento de aguas abajo no se ejerce presin suficiente sobre la presa para ser tomada en cuenta. La lnea de accin de la fuerza pasa por el centro de accin del trapezoide. Las fuerzas de presin interna o subpresin se presentan en los poros, grietas y hendiduras tanto de la presa como de su cimiento. Es evidente que estos espacios en la presa o en la cimentacin estarn llenos de agua, la cual ejerce presin en todas las direcciones. Esta presin puede tener un efecto importante en la estabilidad de la presa y debe incluirse en el anlisis.

Presin

por

sedimentos

Conocida tambin como presin de azolves se produce por una gran cantidad de limo tanto por desgaste de la presa como en los caudales. Las corrientes que llevan limos, eventualmente ingresarn al embalse, se depositarn aguas arriba de la presa en el agua tranquila, acumulando grandes cantidades de estos limos contra el paramento. Estas acumulaciones pueden ejercer cargas mayores que la presin hidrosttica. Por lo general, se suele construir en la presa canales de descarga para evitar que se acumule el limo en el embalse.

SismosLos terremotos comunican aceleraciones a las presas que pueden aumentar las presiones del agua y limo sobre ellas aumentando los esfuerzos sobre las estructuras de las mismas.

Para que la presa a construir asuma las cargas producidas por los movimientos telricos, sobre todo en las de concreto del tipo gravedad que se proyecten en zonas de riesgo ssmico, deben incluirse mrgenes de seguridad. Se deben implementar las medidas necesarias para que la presa soporte favorablemente las cargas tanto verticales como horizontales producidas por los temblores en la direccin menos estable de la estructura. Para la condicin de embalse lleno las ondas telricas ejercern choque sobre la cimentacin en la direccin de aguas arriba y aguas debajo de la presa. El choque aguas arriba aumenta la carga hidrulica y produce un momento de vuelco debido a la inercia del concreto. El choque aguas abajo, produce una disminucin del peso del concreto y del agua arriba del paramento inclinado, reduciendo la estabilidad de la estructura.

EstabilidadLas presas de concreto de gravedad deben proyectarse para que resistan, con un amplio factor de seguridad, las siguientes tres causas de destruccin: el vuelco, el deslizamiento y los esfuerzos excesivos.

Vuelco Existe una tendencia en las presas de gravedad a volcarse girando alrededor del taln de aguas abajo en la cimentacin, o alrededor de la arista de aguas debajo de cada seccin horizontal. El esfuerzo vertical en la arista, aguas arriba, que se calcula en cualquier seccin horizontal sin la subpresin y que excede a la subpresin en ese punto, puede indicar que la presa es segura contra el vuelco con un correspondiente factor de seguridad.

Deslizamiento La fuerza horizontal V, tiende a desalojar la presa en una direccin horizontal. Esta tendencia contrarresta la resistencia producida por la friccin y por la resistencia al corte del concreto o de la cimentacin. Es necesario determinar por pruebas de laboratorio el factor de friccin de corte del material que soporta la presa. En la siguiente frmula "f" representa el factor de deslizamiento permitido para una presa.

A continuacin en el Cuadro 5.2 se listan algunos factores de deslizamiento con alto margen de seguridad:

Material

f

Roca sana con superficie limpia e irregular Roca con algunas fisuras y laminaciones Grava y arena gruesa Arena Limo y arcilla Arcilla laminar

0.8 0.7 0.4 0.3 Experimental 0.3

Cuadro 5.2 Factores de deslizamiento con margen de seguridad alto. Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 269

Esfuerzos excesivos El esfuerzo unitario en el concreto y la cimentacin debe mantenerse dentro de los valores mximos prescritos. Se debe estudiar la cimentacin y establecerse el esfuerzo mximo permisible. Si existe alguna duda respecto a la clasificacin correcta y a la bondad de los materiales de la cimentacin, deben hacerse pruebas de laboratorio para determinar las presiones de trabajo permitidas.

VERTEDEROS Se le conoce tambin con el nombre de aliviadero o rebosadero y es la estructura utilizada para evacuar los excesos de agua por encima del nivel de aguas mximo ordinario. La altura del rebosadero se calcula teniendo en cuenta el espacio entre el nivel de aguas mximo ordinario y el nivel de aguas mximo de exceso. Un vertedero puede ser parte integrante del cuerpo de la presa o trabajar como una estructura separada. Para la seleccin de las dimensiones del aliviadero es necesario el estudio del volumen de agua y las caractersticas de descarga producidas mediante la variacin de niveles respecto al caudal de proyecto.

Seleccin del Tipo de Vertedero

Al determinar la mejor combinacin de capacidad de almacenamiento y capacidad del vertedero para afrontar la avenida de proyecto elegida, deben considerarse todos los factores pertinentes de hidrologa, hidrulica, proyecto, costo y daos posibles. Las caractersticas de evacuacin de un vertedero dependen de la forma especial de control elegida en la descarga. Para el efecto se puede utilizar un vertedero de demasas o un orificio de tubo corto o largo. Algunos de stos medios de descarga carecen de medios de control, pero generalmente disponen de compuertas o vlvulas para regular la descarga. Despus de elegido un control del vertedero de determinadas dimensiones, se puede determinar la mxima descarga del vertedero y el nivel mximo del embalse mediante estudios de variacin de niveles. A los dems componentes del vertedero se les pueden dar las dimensiones que correspondan a la capacidad necesaria y finalmente se fija la forma del vertedero completo. Los presupuestos de presas de diferentes alturas para un tipo supuesto de vertedor y de diferentes alternativas de tipos de vertedero, proporcionan la base para hacer la seleccin del tipo de vertedero econmico y de la relacin ptima de la capacidad del vertedero a la altura de la presa.

Partes del VertederoLos componentes de un aliviadero y los tipos ms comunes se describen a continuacin: 8. Estructura de control Es aquella encargada de regular las descargas del embalse. Este control evita la prdida de agua cuando no se alcanza el nivel de aguas mximo ordinario y regula las descargas cuando el agua supera el nivel de aguas mximo de exceso. Las estructuras de control ms utilizadas, entre otras, son:

La cresta. El vertedero. El orificio. La boquilla.

9. Canales de descarga Son los encargados de la conduccin del agua una vez pasan por la estructura de control, al cauce del ro bajo de la presa. La seccin transversal puede variar de rectangular a trapezoidal, circular o de cualquier otra forma; el canal puede ser ancho o angosto, largo o corto y los perfiles pueden tener tramos de poca pendiente o muy inclinados. 10. Estructura terminal

En el momento en que el agua traspasa el aliviadero cae del nivel del embalse al nivel del ro aguas abajo, transformndose en carga esttica y en energa cintica.

Esta energa se manifiesta en altas velocidades que producen altas presiones, siendo por tanto necesario disponer de medios para descargar el agua en el cauce aguas abajo sin generar erosin, socavacin en el taln de la presa, o daos a estructuras adyacentes. Cuando el sitio de la descarga sea una zona alejada de la presa o de otras estructuras y exista una roca de alta resistencia, la descarga puede hacerse directamente a la corriente en la que por impacto, turbulencia y rozamientos se absorbe la energa a lo largo del cauce. Al no poseer estas condiciones, es frecuente utilizar un deflector abocinado, que da al chorro en el punto de contacto con el cauce, una forma de lmina a fin de disminuir la erosin. Si se prev que van a producirse fuertes arrastres en el punto de cada del chorro, nuevamente con el fin de absorber la energa, generalmente se realiza un estanque revestido en sus lados y con fondo en concreto o grava. Cuando se hace necesario reducir la velocidad antes de la llegada del agua a la estructura terminal, son construidos estanques para la formacin de resalto, trampolines sumergidos, lavaderos con dados, muros, escalones o algn otro medio, especialmente a continuacin del canal de descarga, que al obstruir parcialmente el paso del agua disminuya su energa cintica. 11. Canales de llegada

Son los encargados de captar el agua y conducirla a la estructura de control, son utilizados especialmente cuando el aliviadero est colocado sobre las laderas en que se apoya la presa.

Tipos de vertederosExisten varias clases o tipos de rebosaderos o vertederos, los ms utilizados son: a. Rebosaderos de descarga libre: Son aquellos en donde el agua cae libremente de la cresta y es conveniente para presas formadas por arcos delgados. No debe considerarse el uso de esta estructura en cadas hidrulicas mayores de 6 m. En la Figura 5.27 se aprecia una instalacin tpica de un vertedor recto de cada libre para pequeas cargas.

Figura 5.27 Instalacin tpica de un vertedor recto de cada libre para pequeas cargas Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior,Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 293.

b. Rebosaderos con canales laterales: Son aquellos en los que el vertedero de control se encuentra a lo largo del costado y aproximadamente paralelo a la porcin superior del canal de descarga del rebosadero. c. Rebosaderos con canal de descarga: Son aquellos que conducen la descarga del embalse al nivel del ro aguas abajo, por un canal abierto colocado a lo largo de la ladera donde se apoya la presa. Son los ms utilizados cuando se realizan presas de tierra. De la Figura 5.28 se observa las partes de un vertedor de un canal lateral y canal de descarga.

figura 5.28 Tomado de: Diseo de presas pequeas, United States of Departament of The Interior, Stewart L. Udall Secretary Bureau Of Reclamation, Floyd E. Domony, Commissioner. Pgina 295

d. Rebosadero de conducto y de tnel: En es