Presas

PRESA:

Lugar donde las aguas están detenidas o almacenadas y obra con que se regula el curso de las aguas.

Definición

Para usos múltiples de grandes volúmenes de agua y planificación total para conservar los recursos que se construyen.

Objeto

• En la Ingeniería Civil se llama presa o represa a toda manera de retener el agua para almacenarlas y luego regularla.

• El almacenamiento y regulación significa aplicar un sistema hidráulico, para obtenerse el máximo aprovechamiento de los recursos explotados, pudiendo ser complejo o sencillo grande o pequeño, para un objetivo o para varios.

• Para detener o estancar el agua corriente, se construirá una barrera (cortina) en una zona de estrechamiento natural del cauce de un río o de otros recursos hídricos. Esta barrera puede ser de concreto, rocas, tierra, mezclas con cemento, asfálticas, etc.

Elementos de una Presa

Las Presas tienen los siguientes elementos:• Embalse.- Es la capacidad de volumen de agua

que puede detener la Presa.• Vaso.- Es la depresión del terreno que contiene el

agua embalsada.• Boquilla.- Es el lugar escogido para la ubicación

de la barrera (cortina).• Cortina.- Estructura rígida, estable con capacidad

de soportar las solicitaciones del empuje hidrostático del agua y evitar las pérdidas o filtraciones.

Partes de la Cortina o Presa• Caras, Taludes o Paramentos: Son las superficies

inclinadas u verticales que limitan el cuerpo de la Presa, la cara denominada “aguas arriba” es la que está en contacto con el agua, y la otra cara denominada “aguas abajo”.

• Estribos: Son los apoyos anclados de la estructura de la Presa al terreno en sus partes laterales.

• Corona: Es la parte superior horizontal de la estructura de la Presa.

Partes de la Cortina o Presa

• Base: Es la superficie inferior de la estructura sobre la cual transmite el peso de la Presa al terreno.

• Vertedero de Demasías: La función de esta estructura es dejar escapar el agua excedente o de avenidas que no cabe en el espacio destinado para almacenamiento.

• Tomas: Estructuras auxiliares para extraer agua de la Presa para otros fines como por ejemplo generación de Energía Eléctrica.

Partes de la Cortina o Presa• Esclusas: Estructuras que hacen cambiar de nivel

el agua para hacerla navegable en ciertas rutas a través de la Presa.

• Descarga de Fondo: Sistema de descarga de agua mínima para no perjudicar la fauna “aguas abajo”.

• Compuertas: Dispositivos mecánicos de regulación del caudal de agua de la Presa.

• Escalera de Peces: Son estructuras que permiten la migración de los peces en sentido ascendente de la corriente.

Historia

• Las presas se construyen aproximadamente desde los 4500 A.C.- 4000 A.C.

• Las construyeron de mampostería y no tenían morteros para su asentamiento.

• Antiguamente alrededor del año 1600, en España (Almanza), se terminó una Presa usando mampostería sin labrar, aproximadamente de 15 metros de altura, sobre roca.

• Las Presas antiguas (primitivas), se utilizaba mortero de arcilla y después se usó el mortero de cal.

• En la Actualidad la mampostería es sustituida por el concreto.• En la época pre-incaica se conoce obras hidráulicas que sirvieron

de base a la época incaica donde se ejecutaron obras de desvíos de ríos, encauzamientos, conducciones de aguas por canales grandes y chicos.

Historia

• Algunos canales con gran conocimiento del comportamiento del agua.• No hay vestigios de construcciones de presas en las épocas pre-incaica e

incaica, existen vestigios de diques en las salidas de lagunas, que se construyeron con piedras muy bien escogidas o trabajadas, las juntas las taponeaban con arcilla mescladas de raíces vegetales que servían como compuertas para desaguar cantidades de agua que requerían para su agricultura.

• En los siglos de la colonia hay algunos vestigios de algunos diques construidos, donde usaban la cal y piedra (tipo canto rodado).

• En el siglo XX se inicia la construcción de presas o represas de roca, tierra y concreto.

Planeación de los Proyectos

I) Investigación del ProyectoLos Objetivos del proyecto, los propósitos y su magnitud determinan lo que debe investigarse respecto a la Presa (proyecto).

Debe incluir el concepto que determine la clase de presa a construirse.

a) Factibilidad, analizar si se puede hacer.b) Anteproyecto, debe incluir el desplazamiento elegido para

determinar si se puede construir. c) Beneficios vs. costo de obra, para saber el beneficio, tener o

hacer los datos hidrológicos más directamente utilizables para determinar los gastos en las avenidas ligados a los registros directos de los aforos.

d) Restricciones de las dependencias legales en la zona como regulaciones y control de agua.

Planeación de los ProyectosII) Investigaciones para el diseño definitivo de la Presa

A) Hidrología y Clima

• Registro de aforos en o cerca del emplazamiento de la presa.

• Uso de marcas dejadas que dejan las aguas máximas.• Registros sobre precipitación pluvial.• Potencial de levantamientos litográficos (superficie).• Potencial de tormentas.• Datos de la cuenca debe reunir todo lo disponible a las

características de la cuenca con un mapa de área que queda arriba de la presa.

II) Investigaciones para el diseño definitivo de la Presa

B) Geología y Cimentación Estudios Geológicos de la cuenca, que debe abarcar

levantamientos litográficos (superficie).• La zona desplazamiento de la Presa debe incluir su tectonismo,

discontinuidades, caminos de filtración y con las especialidades geofísicas determinar los estudios sismológicos y con expertos en mecánica de suelos y rocas.

• Los planos geológicos, por fotointerpretación de pares estereoscópicos de vuelos para levantamiento acrofotogramétricos de la zona; esto es superado por las Fotografías utilizando rayos infrarojos o imágenes por satélite que permite reconocer plegamientos tectónicos y fallas grandes, que son útiles para el diseño sísmico.

Planeación de los Proyectos

Planeación de los ProyectosII) Investigaciones para el diseño definitivo de la Presa

B.1) Existen muchos métodos de Investigación Geofísicas para el estudio de suelos.

• Resistividad geoeléctrica: El suelo es atravesado por una onda que permite hallar tipo de suelo, nivel freático, fallas, cavernas, canales de filtración de agua, porosidad, permeabilidad.

• Refracción Sísmica: Con la velocidad de la onda puede detectarse la profundidad de alteraciones en las rocas, localizar fallas, canales de filtración.

• Gravimetría: Detecta vacíos en la roca, cavidades karsticas rellena de arcilla o agua.

Planeación de los ProyectosII) Investigaciones para el diseño definitivo de la Presa

C) Topografía y Determinación de la Boquilla

• Planos topográficos a escalas requeridas. • Intervalo entre curvas. • Hojas del trabajo.• Señalar lugar de la boquilla (eje de la presa).

Planeación de los ProyectosII) Investigaciones para el diseño definitivo de la Presa

Cimentaciones y Materiales de Construcción

Mapa y sección geológica en el emplazamiento de una presa

Planeación de los ProyectosII) Investigaciones para el diseño definitivo de la Presa

D) Clasificación del Tipo de Represa

De acuerdo a todos los estudios mencionados y otros se clasifica la represa.

• Estudio de tamaño. • Canteras. • Estudios de los resultados de la estructura para comportamiento

al sismo. (Región).• Determinación muy clara en el desplazamiento de la presa para su

cimentación. (Densidades naturales, capacidad de soporte del suelo, resistencia al esfuerzo cortante, etc.).

• Plano de Ubicación de las inyecciones (ubicación, profundidades, especificaciones, etc.).

Planeación de los ProyectosII) Investigaciones para el diseño definitivo de la Presa

E) Planos

Pantalla deInyecciones

Clasificación de las Presas

LAS PRESAS: Se pueden ordenar en un número de categorías diferentes. Que depende del objetivo de la Clasificación.Según el Libro –”Diseño de Presas pequeñas” de H. G. Arthur, clasifica de la siguiente manera:

Según el Uso

Presas de almacenamiento.- Sirve para embalsar el agua en los periodos en que sobra.

Presas de derivación.- Se construyen ordinariamente para proporcionar la carga necesaria para desviar el agua a zanjas, canales, tuberías, tuneles, etc.

Presas reguladoras.- Se construyen para retardar el escurrimiento de las avenidas y disminuir el efecto de las ocasionales.

Clasificación de las Presas

Según su proyecto hidráulico

Presas vertedoras.- Se proyectan para descargar sobre sus coronas.

Presas no vertedoras.- Se proyectan para que no rebase el agua por su corona.

Según su material

Clasificación más conveniente para dar una idea de su proceso constructivo.

Clasificación de las PresasCLASIFICACION: Se clasifican por los materiales que se construyen.

A) CONCRETO

ARCO: Ideal para cañones angostos formado por las rocas (es económica por su forma, muy buena capacidad de soporte de las cargas, presión hidrostática).

GRAVEDAD: Dependen de su propio peso (estabili-dad de la estructura).Las presas de gravedad tienen un ancho igual a la altura.

CONTRAFUERTES: Se adapta a todos los desplaza-mientos, se incluyen en las siguientes:a. De losas planas.b. Arcos múltiplesc. Contrafuertes de cabeza redondeadad. De cúpulas múltiples.

MIXTOS: Combinación de las de arco-gravedad- contrafuertes.

Clasificación de las PresasCLASIFICACION: Se clasifican por los materiales que se construyen.

B) TIERRAENROCADO

TIERRA

Son de tipo de gravedad y se construyen con tierra o con roca tomando medidas especiales para los vertederos y control de filtraciones.

C) PROYECTOS COMBINADOS Tierra-concreto con vertedero.

Presas de bóveda o de Arco

• Este tipo de presa utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda. La curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, así la carga se distribuye por toda la presa hacia los extremos; las paredes de los estrechos valles y cañones donde se suele construir este tipo de presa. En condiciones favorables, esta estructura necesita menos hormigón que la de gravedad, pero es difícil encontrar emplazamientos donde se puedan construir.

Aprovecha el efecto transmisor del arco para transferir los empujes del agua al terreno.

ARCO-BOVEDAARCO-BOVEDA

Presas de Arco

Presas de Arco

PRESA DE MALAGA

Generalmente denominadas de ARCO, aunque también pueden denominarse de BOVEDA, se fundamentan en su capacidad de transmitir el empuje de las aguas a los estribos, tal como sucede en un arco cualquiera. Pueden tener curvatura solo horizontal o doble curvatura.

Presas de muro curvo

Presas de Gravedad

• Las presas de gravedad son estructuras de hormigón de sección triangular; la base es ancha y se va estrechando hacia la parte superior; la cara que da al embalse es prácticamente vertical. Vistas desde arriba son rectas o de curva suave. La estabilidad de estas presas radica en su propio peso. Es el tipo de construcción más duradero y el que requiere menor mantenimiento. Su altura suele estar limitada por la resistencia del terreno. Debido a su peso las presas de gravedad de más de 20 m de altura se construyen sobre roca. La presa Grande Dixence, en Suiza, que se terminó de construir en 1962, tiene una altura de 284 m y es una de las más grandes del mundo. Tiene una estructura de hormigón de gravedad de 700 m de longitud, construida sobre roca.

GRAVEDADGRAVEDAD

Retienen el agua gracias al tipo de materiales empleados, como mampostería o concreto.

Presas de Gravedad de ConcretoCimentadas sobre Roca

Presas de Gravedad de ConcretoCimentadas sobre Roca

PRESAS RUSAS• Bureyskaya

Localización: Amur Operador: HydroWGC Configuración: 6 x 335 Megavatios Operación: 2003-2008 Datos Generales: Este proyecto del multiuso es un esquema líder del desarrollo para el Extremo Oriente de Rusia. Se diseña para reducir la consumición regional del combustible fósil, para permitir exportaciones de la energía a China, y para reducir la inundación en los ríos Bureya y Amur. Bureyskaya fue aprobada en 1982 y la construcción comenzó el año siguiente. La primera unidad fue puesta en línea en Julio del 2003 por el presidente Vladimir Putin. La presa de gravedad es de 719 metros de largo y 140m de alto. Una característica de diseño única es el hecho de que han hecho a toda el ensamblado principal y la prueba en el equipo electromecánico en un lugar alejado. Las hidrogeneradoras son las máquinas refrigeradas más grandes de Rusia.

PRESA DEL EMBALSE DE BELESAR

• Situada cerca de Chantada, junto al pueblo de Belesar, esta fue una de las primeras presas de cúpula que se construyeron en España, diseñada por el ingeniero Luciano Yordi de Carricarte. Apoyada sobre dos contrafuertes graníticos, embalsa 655 Hectómetros cúbicos del rio Miño. Se puso en servicio en el año 1963 y en ese momento tenía una de las colas más largas de Europa (unos 50 Kms.) inundando Portomarín y llegando casi al término municipal de Lugo. La altura de la presa es notable incluso a día de hoy (132 metros).Sin embargo la capacidad de generar electricidad no es de las mayores y no se corresponde con el tamaño del embalse. Esto es así en buena medida porque se concibió como un embalse regulador del caudal de la cabecera del Miño y de los embalses que se encuentran río abajo, y para evitar las grandes crecidas que asolaban Orense,y el bajo miño cuando no

• había embalses. Es propiedad de Fenosa.

• La presa Grande Dixence en Suiza, con una altura de 285 metros y 700 metros de largo, pesa alrededor de 15 millones de toneladas. Para su construcción se invirtieron más de 10 años. Tiene una capacidad de reserva de 400 millones de m3 de agua. Su producción eléctrica es de 2.000 millones de kwh. El agua de esta presa proviene de un estanque hidrológico de 600 km2, que se extiende del Mont Blanc de Cheilon hasta la cordillera de Mischabel. Los túneles del abastecimiento de agua representan una distancia de más de 100 kilómetros.

Grande Dixence

Sardar Sarovar

• La presa de Sardar Sarovar, se sitúa sobre el río Narmada, en el estado de Gujarat en la India.

Esta presa tiene 1.210 metros de largo y una altura máxima de 163 metros. Esta es la tercera presa más alta de la India, por detrás de Bhakra, que tiene 226 metros, en Himachal Pradesh y la presa de Lakhwar, 192 metros, en Uttar Pradesh.

• Por su tipología se puede establecer las siguiente clasificación de embalses :

• Presas de gravedad, que son presas que resisten el empuje de las aguas por propio peso.

• Estas presas pueden ser de hormigón en masa o de materiales sueltos.

• Presas de bóveda, que son presas que se construyen con hormigón armado y pretensado.

Presas de Contrafuerte• Las Presas de Contrafuerte fueron las primeras desarrolladas para conservar el agua

en regiones donde los materiales eran escasos o caros pero de trabajo era barato. Las presas fueron usadas para la irrigación y objetivos mineros. Como los diseños se han hecho más sofisticados, las virtudes y las debilidades de las presas de tipo de contrafuerte se han hecho evidentes. La presión del agua sobre la corriente inclinada arriba de la cara se añade a la estabilidad de la presa, tanto por su magnitud como dirección. Con el drenaje libre de las fundaciones entre los contrafuertes, la elevación sobre sus bases es considerablemente reducida. La flexibilidad general de la presa puede acomodar el movimiento diferencial de las fundaciones. A no ser que el material de fundación tuviera un escape menor de agua, no debería poner en peligro la presa. Un mínimo de materiales es requerido pero su colocación exacta implica a obreros expertos y costos unitarios más altos. Mientras la construcción está en niveles bajos, el trabajo puede ser sobre encabezado por inundaciones sin daños serios - con ahorros considerables en los trabajos de diversión del río.

• La estabilidad lateral de contrafuertes no es considerada ahora por ser seria excepto en altas presas, pero debería ser comprobada, sobre todo en las áreas sísmicas conocidas. Aquí aparece un caso para estudiar los arcos múltiples de larga longitud en amplios valles. Por ejemplo los arcos serían gruesos, no re reforzados, y construidos por métodos concretos de masas. Hay alcance considerable para el uso por pre-tensión para modificar tensiones dentro de las presas de contrafuerte así como para mejorar su estabilidad.

Presas de contrafuertes • Las presas de contrafuertes tienen una pared que soporta el agua y una

serie de contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base. Estas presas precisan de un 35 a un 50% del hormigón que necesitaría una de gravedad de tamaño similar. Hay varios tipos de presa de contrafuertes: los más comunes son de planchas uniformes y de bóvedas múltiples. En las de planchas uniformes el elemento que contiene el agua es un conjunto de planchas que cubren la superficie entre los contrafuertes. En las de bóvedas múltiples, éstas permiten que los contrafuertes estén más espaciados.

• A pesar del ahorro de hormigón las presas de contrafuertes no son siempre más económicas que las de gravedad. El coste de las complicadas estructuras para forjar el hormigón y la instalación de refuerzos de acero suele equivaler al ahorro en materiales de construcción. Pero este tipo de presa es necesario en terrenos poco estables.

CONTRAFUERTECONTRAFUERTE

Formadas por una pared impermeable situada aguas arriba, y contrafuertes resistentes para su estabilidad, situados aguas abajo.

Presas de Contrafuertes

Presas de Contrafuertes

• La presa de Sardar Sarovar, se sitúa sobre el río Narmada, en el estado de Gujarat en la India. Esta presa tiene 1.210 metros de largo y una altura máxima de 163 metros.

• Esta es la tercera presa más alta de la India, por detrás de Bhakra, que tiene 226 metros, en Himachal Pradesh y la presa de Lakhwar, 192 metros, en Uttar Pradesh.

PRESA DE CONTRAFUERTE DE ENLOSADO PLANO (Flat- slab)

Presa de contrafuerte

• Complejo Hidroeléctrico Florentino Ameghino..Ubicación - Provincia de Chubut.Río - Chubut.Cuenca - Río Chubut.Uso predominante - Riego, atenuación de crecidas, energía.Tipo - De hormigón, contrafuertes tipo Noetzli - Alcorta.Tipo de vertedero - Libre, de superficie.Capacidad de vertedero - 150 m3/seg.Altura máxima - 113,00 m.Longitud de coronamiento - 255,00 m.Volumen de presa -483.000 m3.Volumen de embalse - 1.835 Hm3.Potencia instalada - 60 MW.Generación media anual - 178 GWh.

Presa Florentino Ameghino

Presa Chief Joseph

El concepto estructural de las presas de contrafuerte consiste en un paramento continuo aguas arriba soportado a intervalos regulares por un contrafuerte aguas abajo. En otras palabras, en las presas de contrafuerte la cara de la presa está sostenida por un conjunto de soportes que refuerzan la presa en el lado aguas abajo. Las presas de contrafuerte pueden tomar muchas formas: la cara puede ser plana o curva. Por lo general, las presas de contrafuerte están hechas de concreto y pueden estar reforzadas con varillas de acero (concreto reforzado). El contrafuerte puede ser hueco o sólido.

Cuando más del 50% de los materiales son térreos o mezclados con gravas o arenas Las causas o motivos de su construcción son la capacidad de la moderna maquinaria para tratar grandes masas de tierra, grava o escollera y los procesos técnicos con un más perfecto conocimiento de la mecánica de suelos que permite preparar mezclas de tierra adecuada a los fines de estos diques.

Tierra

TIERRA - ESCOLLERATIERRA - ESCOLLERA

Con un núcleo de material arcilloso, que a veces es tratado químicamente o con inyecciones de cemento.

Presas de Tierra

PRESAS MIXTASSon aquellas que combinan o bien tipos de muros o bien clases

de materiales.

Presas Mixtas

SELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA

Presa Olympus, es una combinación de presa de tierra y de concreto del tipo de gravedad en el Río Big Thompson en Colorado. La sección de concreto contiene el vertedor de demasías y la boca toma de un canal. 245-704-3117

Presa Black Canyon, es una estructura de concreto del tipo de gravedad, de almacenamiento y de derivación en el Río Payette en Idaho, Boise 2305

Presas de gravedad aligeradas o contrafuertes

En este tipo de presas hay que diferenciar dos elementos estructurales distintos: la membrana o pantalla estanca que detiene las aguas y los contrafuertes que soportan y transmiten a la cimentación los empujes que sufre la pantalla de cerramiento.

Represas aligeradas

• En las represas aligeradas, para resistir el empuje del agua, se reemplaza la utilización de hormigón en grandes masas por un cuerpo resistente más liviano integrado por elementos estructurales tales como columnas, losas y vigas. La presión del agua, distribuida a lo largo de una superficie, se transforma en fuerzas concentradas y se "conduce" a los apoyos de la represa mediante elementos planos y lineales.

• Las represas del tipo aligeradas más conocidas son las de contrafuertes verticales. Los contrafuertes son especies de costillas estructurales perpendiculares al eje de la represa, que se unen hacia aguas arriba con losas de hormigón que "sostienen" el agua, reciben su empuje y lo "transmite" a los contrafuertes, los que a su vez trasladan los esfuerzos a las fundaciones de la represa.

Normas Generales de Diseño

Normas Generales de Diseño

Normas Generales de Diseño

Diseño de Presas Pequeñas

Diseño de Presas Pequeñas

Diseño de Presas Pequeñas

Presas de Enrocamiento

Presas de Enrocamiento

Presas de Enrocamiento

Presas de Enrocamiento

VERTEDORES DE DEMASÍAS

• Función: La función de los vertedores de demasías en las presas de almacenamiento y en las reguladoras es dejar escapar el agua excedente o de avenidas que no cabe en el espacio destinado para almacenamiento y en las presas derivadoras dejar pasar los excedentes que no se envían al sistema de derivación.

Partes que constituyen un vertedor

1) La estructura de control.- Es un componente principal, porque regula y gobierna las descargas del vaso, la estructura de control puede consistir en una cresta, vertedor, orificio, tubo, vertedor con alcantarilla, etc.

Las estructuras de control pueden tomar varias formas tanto en posición como en su figura.

Partes que constituyen un vertedor

2) Canal de descarga.- Los volúmenes descargados por la estructura de control generalmente se conducen al cauce, debajo de la presa, por un canal de descarga o cauce. La estructura de conducción puede ser el paramento de aguas debajo de una presa de concreto, un canal abierto excavado a los largo de la superficie del terreno, un canal cubierto colocado a través o debajo de la presa, o un túnel excavado en una de las laderas.

Partes que constituyen un vertedor3) Estructura terminal.- Cuando el agua que pasa por el

vertedor de demasías cae del nivel del embalse del vaso al nivel del río de aguas abajo, la carga estática se convierte en energía cinética. Esta energía se manifiesta en la forma de altas velocidades, si tratamos de disminuir las velocidades se producirían grandes presiones.

Lo que se hace es disponer de medios que permitan las descargas de agua al río sin erosiones o socavaciones peligrosas en el talón de la presa y que no produzcan daños a las estructuras existentes.

Partes que constituyen un vertedor4) Canales de llegada y descarga.- Los canales de llegada

sirven para captar agua del vaso y conducirla a la estructura de control. Cuando el agua entra directamente del vaso al vertedor y directamente cae al río como en el caso de un vertedor colocado sobre una presa de concreto, no son necesarios ni los canales de llegada ni los de descarga.

Para los casos que el vertedor colocado en las laderas que se apoya a la presa, pueden ser necesarios canales que lleven el agua al control del vertedor y para alejar el agua de su estructura terminal.

Tipos de vertedores de demasías• Se clasifican de acuerdo con sus características más

importantes:a) Vertedores de descarga libre.b) Vertedores de cimacio.c) Vertedores de canales laterales.d) Vertedores con canal de descarga.e) Vertedores de conducto y de túnel (orificio o pozo).f) Vertedores de demasías de alcantarilla.g) Vertedores de demasías de sifón.

Ejemplo de tipos de vertedores

Vertedores de Demasías

a) Vertedor de descarga libre

Vertedores de Demasías

a) Vertedor de descarga libre

Vertedores de Demasías

c) Vertedor de canal lateral.d) Vertedor de canal de descarga.

Vertedores de Demasías

e) Vertedor de pozo.

Vertedores de Demasías

g) Vertedor de sifón.

Vertedores de Demasías

Etapas de Construcción de una Presa

1) Desvío de Río:a) Construyendo un túnel. b) Ataguía para un desvío.

2) Limpieza y Preparación del cauce.

3) Construcción de la represa propiamente dicha.

4) Obras complementarias: Túnel de regulación.Túneles o galerías de inspección e inyección. Vertedero o canal de demasías.Etc.