Represa por Gravedad

I. INTRODUCCIÓN:

La presión que el agua ejerce sobre la represa, por un lado tiende a hacerla "deslizar" sobre su fundación y por otro a "volcarla" hacia aguas abajo. Las presas de gravedad son todas aquellas en las que el peso propio de la represa es el que impide que se produzcan alguna de estas dos situaciones.Podríamos imaginar que la transferencia del empuje del agua hacia la fundación se realiza a través de la represa, la que será más estable cuanto "más pesada" sea. Desde este punto de vista, tanto una represa de materiales sueltos como una de hormigón, son de gravedad. Sin embargo, suelen llamarse así a las represas macizas de hormigón.El cuerpo de las represas de hormigón, se compone de cemento, piedras, gravas y arenas, en proporciones variables según el tipo de estructura y las partes de las mismas que se trate. La particularidad de este material, que le permite adoptar complejas formas una vez fraguado, da la posibilidad de optimizar la forma y, por lo tanto disponer el peso de una manera tal que sea mayor la capacidad de la represa en su conjunto para resistir el empuje.

II. FUNDAMENTO TEORICOPartes de una Represa:

EN LA PRESA SE DESTACAN:

La coronación: es la superficie que delimita la presa superiormente.Los estribos: los laterales, que están en contacto con las paredes de la cerrada.

La cimentación: la superficie inferior de la presa, a través de la cual descarga su peso al terreno.

El aliviadero o vertedero: es una estructura que permite descargar agua excedente cuando la presa se llena.Las tomas: son también estructuras hidráulicas pero de mucha menos entidad y son utilizadas para extraer agua de la presa para un cierto uso, como puede ser abastecimiento a una central hidroeléctrica o a una ciudad.La descarga de fondo: permite mantener el denominado caudal ecológico aguas abajo de la presa.Las esclusas: que permiten la navegación "a través" de la presa.

COMPORTAMIENTO DE LA PRESA DE GRAVEDAD

Son todas aquellas en las que su propio peso es el encargado de resistir el empuje del agua. El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que éste debe ser muy estable capaz de resistir, el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren. Su estructura recuerda a la de un triángulo isósceles ya que su base es ancha y se va estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado que da al embalse es casi de posición vertical. La razón por la que existe una diferencia notable en el grosor del muro a medida que aumenta la altura de la presa se debe a que la presión en el fondo del embalse es mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendrá que soportar más fuerza en el lecho del cauce que en la superficie.

El cuerpo de las presas de hormigón, se compone de cemento, piedras, gravas y arenas, en proporciones variables según el tipo de estructura y las partes de las mismas que se trate. La particularidad de este material, que le permite adoptar complejas formas una vez fraguado, da la posibilidad de optimizar la forma y, por lo tanto disponer el peso de una manera tal que sea mayor la capacidad de la presa en su conjunto para resistir el empuje.

El diseño de cualquier presa se puede resolver solo si se consideran tres condiciones fundamentales: garantía de su estabilidad, control de filtraciones y disipación de la energía en exceso del chorro vertido por la presa.

CRITERIOS DE CARGA:La roca que constituye la fundación y estribos en el sitio es bastante fuerte para llevar las fuerzas impuestas por la presa con tensiones bajo del límite elástico en todos los sitios a lo largo de los planos de contacto.El poder de porte de la estructura geológica a lo largo de la fundación y estribos es bastante grande para llevar las cargas totales impuestas por la presa sin los movimientos de roca de magnitud perjudicial.Las formaciones de roca son homogéneas y uniformemente elásticas en todas las direcciones, de modo que sus deformaciones puedan ser predichas satisfactoriamente por cálculos basados en la teoría de elasticidad, por medidas de laboratorio sobre modelos construidos de materiales elásticos, o por las combinaciones de ambos métodos.El flujo de la fundación se mece bajo las cargas sostenidas que son resultado de la construcción de la presa y el relleno del depósito suficientemente puede ser tenido en cuenta por usar un módulo algo inferior de elasticidad que de otra manera sería adoptado para el empleo en los análisis técnicos.La base de la presa es cuidadosamente encallada en las formaciones de roca a lo largo de las fundaciones y estribos.Las operaciones de construcción son conducidas para asegurar una obligación satisfactoria entre el hormigón y materiales de roca en todas las áreas de contacto a lo largo de la fundación y estribos.La distribución de las cargas en presas de mampostería pueden ser determinadas por la traída de las deflexiones calculadas de los diferentes sistemas de transferencia de carga de acuerdo con todos los puntos conjugados de la estructura.

PRESA CON LOSALa losa tiene la finalidad de impermeabilizar el talud aguas arriba de la Presa, para evitar filtraciones cuando se encuentre en funcionamiento.

CONSIDERACIONES GENERALES PARA LA UBICACIÓN DE LA PRESA

Consideraciones topográficasLa presa debe tener la menor longitud posible, lo cual se logra ubicándola en cañones estrechos. En este caso la presa resultante suele ser de mayor altura para lograr el embalsamiento necesario que si se ubica en valles amplios. Cañones estrechos también dificultan la desviación del cauce para la construcción de las obras resultando que las ataguías y conducciones son más costosas y difíciles de construir. Es conveniente ubicar la toma de agua en la parte externa de la curva del cauce en caso de que la presa se sitúe en un tramo curvilíneo. Un valle amplio permite la construcción de las obras en etapas. Si existe un rápido en el cauce, resulta mejor localizar la presa aguas arriba de él, en zonas de más bajas pendientes. En cauces navegables, la presa debe tener la longitud suficiente para ubicar el vertedero, las esclusas de navegación, y las escalas para peces.

Consideraciones geológicas La ubicación de la presa se fija por la necesidad de aprovechar una buena cimentación o estribación. Así mismo, se requiere estabilidad de las laderas del embalse creado.

Consideraciones hidrológicas La disposición rectilínea de la presa se usa cuando con ella se logra suficiente longitud del vertedero pues da menor longitud y menores costos. En caso contrario se puede pensar en alineamientos curvos, tipo abanico, que permiten tener longitudes del frente vertedero mayores y así poder disminuir la carga de agua sobre la estructura y disminuir altura total de presa.

Consideraciones hidráulicas El sitio escogido debe facilitar la desviación del cauce durante la construcción de las obras y la derivación del río durante la operación del proyecto. Si el cauce es navegable, la presa debe tener la longitud suficiente de forma que se pueda ubicar el vertedero y las esclusas.

Consideraciones estructurales La disposición curva de la presa aumenta la distribución de los esfuerzos hacia los estribos pero resulta más difícil constructivamente.

Consideraciones generales Se busca ubicar la presa próxima al sitio de suministro. Esto no siempre es conveniente. Porejemplo: la altura de carga sobre las turbinas puede mermar a medida que se acerca la presa a la casa de máquinas. Para compensar esto, tocaría aumentar la altura de la presa. Cuando la solución no es obvia, se requiere hacer la comparación técnica y económica considerando aspectos tales como la altura de la presa, la longitud, tipo y dimensiones de la conducción, pérdidas de carga y altura de presión disponible.

CIMENTACIÓN DE LAS PRESAS

Base de la presaEl área de la fundación de la presase debe limpiar totalmenteremoviendo todos los árboles,malezas, raíces, piedras, tierra vegetal, basuras, materiales permeables, etc., hasta llegar a una capa de suelo resistente y adecuada. La superficie obtenida para la fundación deberá ser escarificada antes de comenzar aconstruir el terraplén.

La cimentación debe proporcionar un apoyo estable para el terraplén en todas sus condiciones de carga y saturación.

Debe tener resistencia a la filtración para evitar daños por erosión y pérdidas de agua.

El área de fundación correspondiente a cauces de arroyos deberá ser limpiada, profundizada y ampliada hasta remover todas las piedras, grava, arena, y cualquier material indeseable. La limpieza de los cauces se efectúa profundizando de manera que los taludes de la excavación sean estables.

Cuando se encuentre roca durante la preparación de la fundación, es importante que ésta quede perfectamente limpia removiéndose de su superficie toda costra o fragmento de roca. Para esta operación no se podrá emplear ningún tipo de explosivos.

Es importante que se realice simultáneamente la preparación de la fundación y la excavación para la tubería de toma de agua de acuerdo con las pendientes y dimensiones mínimas indicadas en planos.

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

FUERZAS ACTUANTES SOBRE LAS PRESAS DE CONCRETO

Sobre una presa actúan tres tipos de cargas: las cargas principales, las cargas secundarias y las cargas excepcionales.

1) LAS CARGAS PRINCIPALES:

Carga de agua:Es debida a la distribución hidrostática de presión y tiene una resultante horizontal de la fuerza P1. También existe componente vertical en el caso de que el espaldón de aguas arriba tenga un talud y las cargas equivalentes aguas abajo operasen en el espaldón respectivo).

Carga del peso propio:Se determina para un peso específico del material. Para un análisis elástico simple se considera que la fuerza resultante P2 actúa a través del centroide de presión

Carga de infiltración:Los patrones de infiltración de equilibrio se desarrollarán dentro y por debajo de la presa, por ejemplo, en los poros y las discontinuidades, con una carga resultante vertical identificada como un empuje externo e interno.

2) LAS CARGAS SECUNDARIAS

Carga de sedimentos:Los sedimentos acumulados generan un empuje horizontal, considerado como una carga hidrostática adicional

Carga hidrodinámica de ondas:Es una carga transitoria generada por la acción de las ondas sobre la presa (generalmente no es importante).

Carga de hielo: Se puede desarrollar en condiciones climáticas extremas (generalmente no es importante).

Carga térmica (presas de concreto):Es una carga interna generada por las diferencias de temperatura asociadas con los cambios en las condiciones ambientales y con la hidratación y enfriamiento del cemento.

Efectos interactivos: Son internos, surgen de las rigideces relativas y las deformaciones diferenciales de una presa y su cimentación.

Carga hidrostática sobre los estribos:

Es una carga interna de infiltración en los estribos en una roca maciza. (Es de particular importancia en las presas de arco o de bóveda).

3) LAS CARGAS EXCEPCIONALES:

Carga sísmica:las cargas inerciales horizontales y verticales se generan con respecto a la presa y al agua retenida debido a movimientos sísmicos.

Efectos tectónicos:La saturación o las perturbaciones producidas por excavaciones profundas en rocas, pueden generar cargas como resultado de movimientos tectónicos lentos. La decisión de considerar todas las cargas secundarias y excepcionales o una combinación de ellas depende de la experiencia del ingeniero diseñador, de la importancia de la obra, y de su localización. Los diseños deben basarse en la más desfavorable combinación de condiciones probables de carga. Debe incluirse solo aquellas combinaciones de carga que tienen probabilidad razonable de ocurrencia simultánea.

INDICADORES MECANICOS DE LA PRESAPÉNDULOS

PÉNDULOS Los péndulos directos e invertidos se utilizan para la medida de movimientos horizontales en estructuras. Su fiabilidad, precisión y excelente comportamiento a largo plazo, los han hecho prácticamente imprescindibles para el control de desplazamientos horizontales en presas de hormigón.

PÉNDULOS DIRECTOEl péndulo directo permite medir movimientos horizontales de la estructura relativos a su punto superior. Consta de un hilo de acero situado en un pozo vertical, anclado en su extremo superior a laestructura y en su extremo inferior a un peso con aletas inmerso en un depósito relleno de aceite. Esta disposición asegura la verticalidad del hilo.

• PÉNDULO INVERSO

Permite medir movimientos respecto a su punto inferior. Consta de un hilo de acero inoxidable cuyo extremo inferior estáunido a un anclaje ubicado en el interior de un sondeo vertical, y cuyo extremo superior se fija a una unidad de flotación solidaria a la estructura. La unidad de flotación está formada por un recipiente con un flotador en baño de aceite y está diseñada de tal forma que permite mantener el hilo en tensión sin que el movimiento de la estructura altere su posición

MEDIDORES TRIDIMENSIONALES DE JUNTAS. DEFORMETROS

Para estudiar los desplazamientos relativos entre bloques, en las intersecciones de las juntas que cortan a la galería de inspección, se utilizan medidores de juntas tridimensionales, también llamados deformetros. Utilizados para el control de juntas de dilatación en estructuras de hormigón, control de fracturas en rocas y en general aquellas obras como presas, puentes, etc., en las que se requiere un control preciso de deformaciones

Los valores obtenidos servirán para contrastar los conseguidos por otros métodos de auscultación

CABEZALES DE DRENES

Los drenes se utilizan normalmente para controlar las sub.-presiones en el cimiento de las presas. Dentro de la auscultación hidráulica es un dato esencial ya que permite conocer la eficacia de la red de drenaje y el comportamiento de la pantalla de impermeabilización y la ley de sub.-presiones en las secciones controladas.Estos cabezales disponen de una llave de tres vías, con posiciones de cerrado (no permitiendo drenaje), abierto (drenando) y de lectura, de forma que cuando existe presión en el dren este efectúe la medida con un manómetro. Los tubos y piezas de unión hasta el tubo del dren son de PVC, cortados y acoplados a medida para llevar agua hasta la canaleta de la galería.

Para realizar las medidas cada equipo lleva incorporado un manómetro, roscado en la parte superior del cabezal, de modo que se pueden obtener directamente las subpresiones en ese punto (en Kg/cm2) con solo girar la llave a la posición de lectura.

IMPACTO AMBIENTAL DE PROYECTOS DE APROVECHAMIENTO DE RECURSOS HIDRÁULICOS

La construcción de obras hidráulicas impone la alteración del conjunto de la cuenca hidrográfica en la que se asienta. Esto supone alteraciones de tipo ambiental que deben ser estudiadas y evaluadas desde el punto de vista técnico, ambiental y económico.El estudio de efecto ambiental está orientado a determinar y valorar la trascendencia de las modificaciones ocasionadas en el medio por la construcción de la obra hidráulica. Preguntas básicas que debe resolver un estudio de impacto ambiental son:

¿Qué elementos constituyen el proyecto?¿Qué elementos constituyen el ecosistema potencialmente afectado?¿Cuál será el impacto de las obras sobre los elementos constitutivos del ecosistema?¿Qué medidas tomar para minimizar o mitigar los efectos ambientales negativos?¿Qué pasó realmente?

LA INFORMACIÓN SOBRE EL PROYECTO INCLUYE:

LocalizaciónDescripción del proyectoObras constitutivasEstado legal del proyecto

LA INFORMACIÓN AMBIENTAL COMPRENDE:

Componente bióticoFauna, FloraComponente abióticoSuelos, Agua, Aire, PaisajeComponente humanoCondiciones de vida de la población, Servicios públicos, Patrones culturales, Recursos históricos

CONCLUSIONES

Las consideraciones precedentes muestran que el control de la seguridad de las presas es el objetivo principal de la auscultación.Puede decirse que auscultar una presa es tomar las máximas precauciones para poner en práctica las medidas correctoras destinadas a evitar accidentes, lo que justifica los esfuerzos hechos en este sentido.Parece que, en la mayoría de los casos, las presas accidentadas no han sido objeto de una vigilancia cuidadosa.Para que una auscultación sea eficaz, es necesario instalar aparatos de medida de excelente calidad y gran fiabilidad, asegurar una perfecta organización de las mediciones, disponer de métodos de cálculo e interpretación rápida de los datos y realizar periódicamente inspecciones visuales de los muros de presas y sus alrededores.

Otra de las apreciaciones que se pueden tener es que el tiempo útil de una represa por gravedad es mayor.Es necesario un estudio ambiental antes de la construcción de una de estas represas.Se debe hacer un estudio previo de la zona para poder ubicar la presa en un lugar estratégico.Se debe tener un buen criterio para diseñar la Presa con una correcta combinación de carga actuantes en esta, durante su vida