Presas y aprovechamientos hidroeléctricos

Práctica 1: Tipología de presas

Universidad de Granada

Jesús López Álvarez-OssorioCurso: 5º Grupo: AAño académico: 2012-2013

PRESA DE MATERIALES SUELTOS, HOMOGÉNEA, CON DREN CHIMENEA:

Para realizar la sección de la presa de materiales sueltos, homogénea, con dren chimenea nos hemos fijado como referencia en las siguientes presas de esta condición australianas: Loy Yang Ash que tiene una altura de 43 m y embalsa un volumen de 3 Hm^3, y la de Loy Yang HLS (High Level Storage) de 46 m de altura y 1,8 Hm^3 de capacidad. También nos hemos fijado en las presas indias de Gohira con 69 m de profundidad y 0,528 Hm^3 de volumen y la de Balimela de 75 m de altura y 19 Hm^3 de capacidad.

Nuestra presa tiene una diferencia respecto a todas ellas, las bermas intercaladas en el talud para una mayor resistencia, reduciendo las pendientes globales, las uso solo en el paramento de aguas abajo, ya que aunque estás bermas dan mayor estabilidad a la presa, Eugenio Vallarino en su libro de “Tratado Básico de Presas” explica que el paramento de agua arribas es más recomendable que sea liso, para que resista mejor el oleaje al colocarle una capa de escollera. Por ello además tomamos como talud de la presa de 3,5:1 en los paramentos, pero el de aguas abajo con la reducción de las bermas se nos queda finalmente un talud medio de 3,7:1. Estos taludes comparándolos con las presas antes mencionadas es un valor aceptable, usando como material base de la presa en este caso unas arcillas limosas.

En nuestra presa tenemos bajo ella un túnel que va desde la torre que funciona como desagüe de fondo y torre de tomas, teniendo el mismo unos 2,5m de diámetro, para que en una situación extrema siempre pueda entrar una persona a realizar alguna reparación. El aliviadero, al ser nuestra presa de materiales sueltos, se encuentra separado y de forma independiente. En la mayoría de las presas consultadas no encontramos torre de toma, ni túnel de desagüe de fondo, al tener las mismas después un trozo de la presa de gravedad de hormigón, en la cual sitúan ambas cosas, por eso para la torre de toma hemos tomado de referencia la torre de toma de la presa del Portillo.

En el espaldón de aguas arriba colocamos una capa de escollera vertida desde la coronación para proteger la presa de la acción del viento y del oleaje; bajo esta colocamos una capa de material de transición, pintada en negro, de unos 2,5 m de espesor, para que la escollera no acabe hundiéndose en el material de la presa y funciones como un filtro, siendo este material una arena bien graduadas con algo de limos. Este material también lo colocaremos en todo el fondo de la presa para que haga la misma función con el terreno natural e impermeable, pero para que esta capa del fondo no sea un lugar por donde se escape el agua, nos aseguramos que esta capa tenga una graduación muy buena y sea impermeable; además le colocamos obstáculos para impedir el flujo del agua por esta debilidad de la presa, aumentando su recorrido.

En el centro de la presa colocaremos un dren chimenea compuesto de arenas gruesas con gravas, con un espesor de 10 m con la que conseguiremos reconducir los flujos de agua del interior de la presa y dejar la mitad aguas abajo de la presa seca, para aumentar su función resistente y no vayamos perdiendo material por ella. Este dren lo protegeremos con dos capas de filtros de las arcillas con limos que componen el cuerpo de la presa, para ello colocamos un filtro fino (pintado de rojo) en contacto con las arcillas que estará compuesto por limos con arenas finas, de esta forma conseguimos dejar pasar el agua y que no se escape el material fino de la presa, y a continuación colocamos un filtro grueso (pintado en azul) compuesto por una graduación de arenas con la misma función. Cada uno de los filtros tendrá un espesor de 2,5 m por facilidades constructivas para su compactación. Solo queda decir que al final del dren, en su salida al río, colocaremos unas escolleras para evitar el arrastre del material del dren.

PRESA DE GRAVEDAD DE HORMIGÓN COMPACTADO CON RODILLO. (PGHCR)

Para hacer la sección de la presa de hormigón compactado con rodillo nos hemos fijado en las presas españolas de: La Breña II, de 109m de altura y una capacidad de 823 Hm^3, la presa de La Puebla de Cazalla, de 71m de altura y con un volumen de 73,7 Hm^3, la de Rialb, de 78 de altura y 401 Hm^3, la presa de Santa Eugenia con 80m de altura y 13,6 Hm^3 de capacidad, y la presa de la Rambla del Boquerón con 57m de alto y 15Hm^3.

Para la realización de la presa hemos tenido en cuenta los procedimientos constructivos, por ello hemos colocado el paramento de aguas arribas recto y el paramento de aguas abajo con una pendiente de 0,75:1, porque por motivos constructivos, utilizaremos tongadas de 30cm, con lo que con un encofrado de 1,20m, tenemos para 4 togadas diferentes, y formamos escalones con ancho de 90cm. Esta distribución de pendientes provoca que no lleguemos a los 0,8 necesarios para mantener la estabilidad de una presa de gravedad, por ellos lo hemos suplido ese 0,05 de pendiente que falta en los muros, con una inclinación de la base de la presa, enterrando 10m los cimientos de la presa en el terreno. La consistencia de hormigón utilizado en esta tipología de presas para que pueda ser compactado con rodillo, es una consistencia muy seca.

Por motivos constructivos buscamos poner el menor número de galerías en esta tipología de presa, ya que la instalación de galería supone la interrupción del proceso constructivo, por ello hemos colocado galería en forma de cajón de 3,5m de ancho por 2,5m de alto. Colocamos una galería a cota 0 a 6,5m del paramento de aguas arribas, otra a cota de 40m y otra a cota de 80m sobre el nivel del río. Todas las galerías las colocamos a la misma distancia del paramento de aguas arribas, de esta forma incluimos unos drenes verticales desde los 95m de altura que una las 3 galería y llegue hasta la galería inferior, para de esta manera reconducir los flujos de agua que se forman en el interior de la presa.

Además de estas galerías colocamos una a 15m de cota y a 35 metros del paramento de aguas arriba de la presa, aprovechando de esta forma que a esa altura es donde colocamos el desagüe de fondo de la presa y en esta galería colocamos una cámara con las válvulas para el control del desagüe de la misma.

En coronación colocaremos el aliviadero, al ser la presa de hormigón esto se puede hacer, y los propios escalones del paramento de aguas abajo crearán una pérdida de energía en los vertidos. Tenemos unos 3 m desde la cima del aliviadero hasta la base de la plataforma superior de 9 metros de ancho, donde colocaremos una calzada de 5m y unas aceras de 2m a cada lado; que cuando llegamos al edificio de regulación y control de la presa, esta plataforma de agranda hasta los 15 metros, contando con la

anchura del edificio. Este lo hemos diseñado de manera que siga la forma escalonada de la propia presa, para mantener su estética tanto si la vemos desde aguas arriba como desde aguas abajo, continuando desde aguas arribas el paramento lo más liso posible, y desde aguas debajo con las formas de los escalones del propio paramento de aguas abajo y clásico de esta tipología de presas de hormigón compactado con rodillo.

PRESA DE ARCO-GRAVEDAD:

En la ejecución de la sección de la presa de arco-gravedad de hormigón vibrado, nos hemos ilustrado en las presas españolas de: Rules, con 94m de altura y 114Hm^3 de capacidad, Aldeádavila, que tiene una altura de 139,5m y una capacidad de 114,3Hm^3, La Aceña, con 66,5m desde el nivel del río y 24Hm^3 de capacidad, y la presa Cortés II, con 116m de alto y un volumen de 118Hm^3.

En este caso hemos realizado una presa arco-gravedad simple, con una pendiente total de 0,55, que es una pendiente media entre una presa arco y una presa de gravedad. Generalmente las presas consultadas de este tipo, como la de Rules o Aldeádavila, la suma de sus pendientes suele ser algo mayor estando generalmente por encima del 0,65, pero nosotros hemos querido aprovechar más la función arco de nuestra presa. Para ello hemos colocada un talud aguas arriba un talud de 0,05:1 y en el de aguas debajo de 0,5:1. Además y para aumentar la estabilidad de la presa hemos añadido un tacón en el cimiento de unos 10m y hemos colocado la base del cimiento inclinada para una mejor respuesta de la presa y el terreno que la sustenta a los empujes. La consistencia de hormigón usado en este caso es una consistencia fluida para que pueda ser vibrado con comodidad y llegue el hormigón a todas las zonas, recubriendo adecuadamente el acero.

En nuestra presa al ser de hormigón, hemos colocado el desagüe de fondo en el paramento y el aliviadero sobre coronación, creando a los pies de la misma un pequeño cuenco de resalto para el agua procedente del aliviadero impediendo la erosión del material de debajo por la fuerza que trae el agua aliviada. El aliviadero es un aliviadero de labio fijo sin compuertas, siendo un aliviadero con perfil Creager, al ser este el que mejor funciona, e introduciendo una especie de tacón en el paramento de aguas arriba para conseguir la forma más adecuada de este perfil.

Sobre el aliviadero hemos dejado 4 m que es el valor máximo que puede subir el nivel del agua en las avenidas cuando estamos aliviando, y a esta altura hemos colocado una plataforma de 8 metros donde nos encontramos una calzada de 5 m y dos aceras de 1,5 m cada una. Esta plataforma esta adentrada en el embalse, ya que por razones estéticas hemos querido simular el final de una colina, dándole una forma similar a la que posee el aliviadero, en el paramento de aguas abajo; y proporcionando a su vez una magnífica impresión en el paramento de aguas arriba cuando el embalse se encuentra lleno, dando la impresión de conducir o pasear sobre el agua directamente. El edificio de control se sitúa en el paramento de aguas abajo también buscando la forma anteriormente mencionada.

En el interior de la presa, al ser su ejecución mucho más fácil nos encontramos con 5 galería alineadas verticalmente, encontrándose la primera inmersa en el cimiento a una cota de -7,5m, la segunda a una cota de 10m, la siguiente a la cota de 30m, la

cuarta a la cota de 50m, y la quinta a una cota de 75m. En vertical y pasando por las cinco galería pasa un red de drenaje de la presa, desde la cota 95m hasta la -7,5 que donde se encuentra la galería más baja; con esta red lo que conseguimos es mantener el paramento de aguas abajo seco. Además de las galerías mencionadas, también ejecutamos una galería a la cota de 15m y a una distancia del paramento de aguas arribas de 34m. Todas las galerías son abovedadas de 2,5m de ancho y 3m de alto en la clave de la bóveda.

El desagüe de fondo de nuestra presa lo hemos situado a 10 m sobre el cauce del río, para que con la acumulación de sedimentos no llegue a obstruirse, y con una dimensión de 2,5m de diámetro, para que pueda entrar una persona con comodidad para realizar las operaciones de limpieza y mantenimiento necesarias, o en caso de emergencia.

Por último señalar que para que nuestra presa funcione como arco, además de como presa de gravedad, las juntas verticales de los distintas ménsulas de ejecución, que se suelen situar cada 15m, las tendremos que inyectar con mortero de hormigón, sino la propiedad de arco no funciona y la presa en ese caso sería inestable y funcionaría mal.

COMPARACIÓN DE LAS TRES TIPOLOGIAS DE PRESAS:

Para la comparación de las tres tipologías de presas comenzaremos por lo más evidente, como puede ser el tamaño de las mismas, de esta forma tenemos claramente como el volumen de material usado en la presa de materiales sueltos no es comparable con ninguna de las otras dos, ya que esta presa ocupa una superficie de 728m/ml, mientras que tanto la de gravedad compactada con rodillo, como la de arco gravedad, ocupan una superficie siempre inferior a los 100m/ml. Otra diferencia clara es la posibilidad de en las presas de hormigón se coloquen en su interior los desagües de fondo, las tomas y los aliviaderos sobre las mismas, mientras que en las presas de materiales sueltos no se puede colocar ni los desagües ni el aliviadero sobre coronación viéndonos obligados a realizar un aliviadero aparte, al no permitirse vertidos sobre coronación.

En tema de cimentación los requerimiento para presa de materiales sueltos son mínimos, mientras que los requerimiento para la presa de gravedad de hormigón compactado con rodillo son superiores, y aún más los requerimientos necesarios para realizar la presa de arco-gravedad, ya que en esta debemos disponer de unos estribos competentes a los cuáles les dirigimos las acciones que repercuten del arco.

En los materiales, la presa de materiales sueltos homogénea, se podrá realizar si disponemos de suficiente material competente en la zona, ya que este material tiene que ser impermeable y estable. Mientras que en las de hormigón solo es necesario que el material de la cerrada sea competente para resistir los esfuerzos y sean suficientemente impermeables, aunque en caso de que esto último no se cumpliese podríamos realizar una pantalla impermeable bajo ella. La diferencia entre la presa de hormigón compactado con rodillo y la de hormigón vibrado, es la consistencia del hormigón de puesta en obra, mientras que en la presa de hormigón compactado con rodillo, la consistencia es seca o muy seca para que pueda ser compactado con rodillo, en las presas de hormigón vibrado, el hormigón posee una consistencia fluida para una cómoda puesta en obra del mismo y que este llegue a todas las cavidades de la zona encofrada.

Respecto a los niveles de seguridad, los niveles de seguridad de una presa de materiales sueltos son mucho más elevados que los de una presa de hormigón, debido a que el vertido por coronación de una presa de materiales sueltos no se debe dar nunca, mientras que el vertido por coronación de una presa de hormigón no es tan peligroso, y no pasa nada si ello ocurre alguna vez. Sin embargo, a la hora de evaluar los efectos de los sismos los papeles se invierten, al ser la presa de materiales sueltos mucho más adaptables a los sismos por ser mucho más dúctil, que las presas de hormigón, las cuáles poseen una gran rigidez, y sus exigencias a los sismos son mucho más elevadas.

Otra gran diferencia entre ellas es la forma de ejecutar su construcción, mientras que las presas de materiales sueltos, tienen que ir creciendo toda la presa a la vez, las presas de hormigón vibrado, van creciendo en ménsulas verticales de 15 m de ancho, de forma independiente y a tiempos dispares, y las de hormigón compactado con rodillo se puede hacer toda a la vez, o se divide la presa a lo sumo en dos o tres grandes bloques de decenas de metros. También existe una gran diferencia en la puesta en obra de los materiales, en las presas de materiales sueltos y hormigón compactado con rodillo se vierte el material sobre la presa, se extiende y se compacta en capas sucesivas de espesores variables según el material y los mecanismos de compactación que poseamos, mientras que en las de hormigón vibrado se vierte el hormigón, se extiende en las zonas próximas y se vibra, y no se realiza compactación. Otra diferencia importante es la utilización de juntas, mientras que en las de materiales sueltos no existen juntas, en las presas de hormigón compactado con rodillo estas son reducidas, ya que en este tipo de presas hay que evitar las juntas porque supone una ralentización y paralización del proceso, además de que es una zona de debilidad por la que el agua puede fluir en el futuro, y las mismas son tratadas para impermeabilizarlas; y en las presas de hormigón vibrado estas son numerosas, tanto verticales (cada 15m) como horizontales, y en el caso de una presa arco o arco-gravedad como la nuestra, estas juntas verticales hay que inyectarles de mortero de hormigón a presión para que la presa este tensionada y exista una correcta transmisión de los esfuerzos del arco.

Por este motivo la ejecución de las presas de materiales sueltos son las más simples y rápidas, ya que estas no necesitan encofrados ni poseen juntas, y el proceso de extendido y compactado es mucho más rápido que el de vibrado.

Las presas de gravedad de hormigón compactado con rodillo, son las siguientes más rápidas, al tener un proceso de ejecución similar al de las de materiales sueltos, con una sencilla colocación de encofrados, pero con el inconveniente de las juntas que hay que tratar cada cierto tiempo y el impedimento de la ralentización y creación de discontinuidades cada vez que tenemos que realizar una galería o intercalar una tubería, donde a su alrededor vertemos hormigón vibrado, por ello en este tipo de presas tenemos el menor número posible de galerías.

Y por último las presas de arco-gravedad de hormigón vibrado, son las más lentas de ejecutar al necesitar encofrados, el proceso de vertido y vibrado del hormigón es más lento, y la necesidad de inyectar posteriormente las juntas con mortero de hormigón para la resistencia del arco, hace que su ejecución tenga que ser más controlada y costosa.

Por lo tanto, solo citar que cada tipo de presa tiene su lugar particular, que viene condicionado por múltiples factores, tanto ambientales, como técnicos o económicos. Por consiguiente, no existe una presa mejor a otra, sino que cada cuenca y cada

embalse que queremos proyectar tiene una cerrada única y exclusiva hecha a medida y que es difícilmente comparable a otra.