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1) Presas de Embalse

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by

Tito Bessone

on 31 August 2015

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Transcript of 1) Presas de Embalse

Presas de Embalse y Derivación

Origen de los embalses
El agua es indispensable para el ser humano y sus usos admiten cierto margen temporal.
La civilizaciones nómadas se atenían a lugares donde había agua. Cuando el hombre primitivo se hizo sedentario y agricultor, requería acarrear el agua por sus medios propios o por medio de animales, y al alejarse mas de los ríos, hizo cada vez mas duro el transporte.
El conjunto
presa-canal
se perfeccionó alcanzando mayores distancia y caudales mayores, cuando la presa llegó a tener una entidad suficiente, se observó que no solo es útil para
derivar
el agua, sino que sirve para
embalsar
y
compensar
las desigualdades de a corriente, y así lograr
independencia del suministro
.



Introducción y conceptos generales
Definición:
Las
presas
o
represas
son obras hidráulicas que cierran en su totalidad una sección de un cauce, con una altura generalmente superior a la de las máximas crecidas, creando un
embalse
artificial geológicamente estanco.
Propósito:
se define como el de proveer
retención
y
almacenamiento
de agua de una manera
segura
.

El
diseño
debe representar un equilibrio óptimo entre las
consideraciones técnicas
locales y las
económicas
en el momento de la construcción.
Clasificación
Los tipos de presas son numerosos y su clasificación es a menudo definida con menor claridad.
De acuerdo a los materiales, inicialmente se pueden clasificar en:
1)
Presas de relleno
construidas por terraplenes de suelos o enrocados (involucran secciones anchas, taludes mas tendidos y grandes volúmenes)
2)
Presas de hormigón
(son en general perfiles esbeltos y pendientes casi verticales)
Introducción y conceptos generales
Clasificación según su función primordial:
a) Riego
b) Generación de electricidad (
Hidrogeneración
)
c) Control de crecidas/sequías
(Control de inundaciones)
d) Abastecimiento de agua potable
e) Navegación
f) Recreación
g) Acuacultura
h) Retención de sedimentos

Clasificación según ICOLD
Perspectiva estadística
No existen estadísticas disponibles para confirmar el número de presas en el mundo, los datos mas precisos se restringen a las presas grandes inscritas en listas nacionales en el
WRD
(
World Register of Dams
) publicado por la
ICOLD

(
International Commission on Large Dams 1984
)
Introducción y Conceptos generales
Presas y Desarrollo
Las presas en el mundo. Definición de Gran Presa para la ICOLD:

"Cualquier presa de más de 15m de altura"
o
"cualquier presa entre 10 y 15 metros de altura que cumpla al menos una de las siguientes condiciones:

a) Coronamiento no menor a 500m
b) Capacidad de embalse que forma la presa mayor de 1x10^6m3 (1Hm3)
c) máximo caudal de descarga a través de la presa mayor 2.000m3/s;
d) la presa presenta especialmente difíciles problemas de fundación;
e) la presa es de diseño inusual".
Perspectiva histórica
La presa conocida más antigua es la construida en Sadd-el-Kafara, Egipto, aproximadamente en el
2600 a.C.
,
14 m
de altura. Otra es en Marib,
750 a.C.
, Yemen,
20 m
de altura
Presas de riego en México.
750 a.c.
Purrón,
18 m
altura final.
Imperio Romano. Presas en arco. Baume, año
200 d.C.
Francia, 12m y
18m
longitud.
Los japoneses e indios construyeron presas mayores entre los años
750
y
1000 d.C.
, e hicieron contribuciones sobresalientes en los primeros desarrollos en la construcción de presas de tierra.
España,
siglo XVI
, presas de mampostería y sillería. Tibi (Alicante),
46m
, arco gravedad. 57 presas hasta fines s. XIX.
Siglo XX
. Gran desarrollo presas modernas.

Grandes Presas
22.751 presas de más de 15 m de altura

13.275 presas de 15 m < h < 30 m
38 presas de h > 200 m

Países con más de 1000 presas: EEUU 6.375, India 4.010, China 1.855, España 1.187, Japón 1.077.

Máxima altura, Rogun, Tadjikistan, TE/ER, h = 335 m.


Evolución en la construcción de presas en Uruguay
Considerando las represas de más de 10 m:

Se tiene aproximadamente 190 grandes represas.

54 grandes represas por millón de habitantes.

EEUU 26 grandes represas por millón de habitantes
Componentes básicos de una presa
Partes de una presa de embalse
•Central
•Tomas
•Rejas
•Chimenea de equilibrio
•Tubo de aspiración
•Galerías
•Pie
•Cuenco disipador
•Estribos
•Presa Principal
•Presas auxiliares
•Túnel de desvío
•Vertederos
•Compuertas
•Descargadores de fondo
Tipología de presas
Se pueden clasificar según el material empleado:
1) Presas de materiales suelos ó presas de relleno
2) Presas de hormigón

Presas de relleno - Ventajas
1) Su conveniencia en todo tipo de sitios, desde valles anchos hasta cañones con laderas en fuerte pendiente.
2) Adaptabilidad a un rango amplio de condiciones de cimentación
3) Uso de materiales naturales minimizando la necesidad de transportar al sitio grandes cantidades de material procesado.
Son pocas las desventajas de las presas de tierra y enrocado, la más importante es la posibilidad de destrucción por sobrepasamiento.
Presas de Hormigón - Ventajas
1) Exceptuando las presas de arco y bóveda, las presas de concreto son apropiadas para valles tanto de topografía ancha como angosta, siempre que se tenga una roca de cimentación apta que sea accesible a una profundidad moderada (<5m).
2) No son sensibles al sobrepaso, por lo tanto se puede poner un vertedero en la cresta, si es necesario en toda su longitud, siempre que se tenga en cuenta la erosión y posible socavación aguas abajo. Evitando de esta forma el costo de un vertedero y un canal separados.
Presas de relleno - Ventajas
4) Siempre que se satisfagan criterios esenciales, el diseño es flexible y se adapta fácilmente a diferentes materiales de relleno.
5) Proceso de construcción continuo.
6) Los costos unitarios en términos reales son menores que los de las presas de concreto macizo.
7) Responden con mayor seguridad a los problemas de asentamiento-deformación.

Presas de relleno - Desventajas
1) Susceptibilidad a la destrucción por sobrepaso.


2)Vulnerabilidad a filtraciones ocultas y a la erosión interna de la presa o de su cimentación.

Presas de Hormigón - Ventajas
3) Las tuberías de salida, válvulas y otras obras complementarias se pueden albergar fácilmente en cámaras o galerías dentro de la presa.


4) Soportan mejor las perturbaciones sísmicas.

Presas de Hormigón - Desventajas
1) Mayor exigencia respecto de las condiciones de cimentación.
2) Requieren materiales procesados en cantidad (> costo de transporte)
3) Construcción lenta, intensiva en mano de obra, planta de hormigonado, encofrados especiales.
4) Mayores costos unitarios. Aunque el volumen es menor, rara vez se equilibran.
Presas de Hormigón - tipos
Según la forma de resistir el empuje hidrostático:
1)
Presas de gravedad:
depende del peso propio para su estabilidad.
2)
Presas de arco- gravedad:
se introduce un pequeño grado de acción de arco permitiendo un perfil más delgado.
3)
Presas de contrafuerte:
consiste en un paramento continuo aguas arriba soportado a intervalos regulares por un contrafuerte aguas abajo.
4)
Presas de arco:
trabajan como un arco, transmitiendo la mayor parte de la carga del agua a estribos o laderas del valle y no al lecho.
5)
Presas bóveda:
curvaturas complejas tanto horizontal como verticalmente.
Estas dos últimas son la más exigentes en cuanto a las condiciones de fundación en los estribos.
Apreciación general del sitio
Las principales etapas que involucran la valoración óptima de un sitio y tipo de presa son:
Planeación estratégica:
Inicio del proyecto
Construcción
Retroalimentación de la fundación
Etapas en la apreciación del sitio de la presa y desarrollo del proyecto
Reconocimiento de campo:
Mapas, levantamiento topográfico colección de información
Estudios de factibilidad y reportes:
Recursos técnicos, opciones, etc.
Fase 1: Evaluación del sitio la presa
Evaluación del sitio del embalse
Confirmación del tipo de presa
Fase 2: Investigaciones en el sitio de la presa
Diseño de la presa
Investigaciones geológicas y geotécnicas
Objetivos:
1) Determinar los parámetros de ingeniería para evaluar la estabilidad de la cimentación, y cuando corresponda, estimar el asentamiento y deformación probables.
2) Determinar los patrones de infiltración, y el régimen de infiltración, incluyendo cantidades y presiones.
3) Confirmar la integridad del cuenco de embalse y estabilidad de sus orillas.
4) Estudiar naturaleza, conveniencia y disponibilidad de los materiales de construcción naturales, incluyendo parámetros para los materiales de relleno.


Investigaciones geológicas y geotécnicas
Un propósito adicional de las pruebas de campo en este momento del proyecto es la confirmación del régimen natural de aguas subterráneas, por ejemplo mediante instalación de piezómetros, pruebas de bombeo, etcétera.
Investigaciones de las cimentaciones
La calidad de la cimentación de un sitio de presa debe valorarse en términos de
estabilidad
,
capacidad portante
,
compresibilidad
(suelos)
deformabilidad
(rocas) y la
permeabilidad

efectiva
de la masa.


Investigaciones de las cimentaciones
Presas de Hormigón:
La estabilidad requiere una evaluación de la frecuencia, orientación y naturaleza de las discontinuidades de la roca, además de las características del relleno.
Investigaciones de las cimentaciones
Presas de relleno:
La infiltración en las cimentaciones es menos crítica que en presas de hormigón (¿por qué?...)
La resistencia al corte en discontinuidades es de menor importancia, pero la deformación y asentamiento requieren conocer el módulo elástico.
Selección del tipo de presa
Consideraciones:
1) Gradiente hidráulico (
i
) alrededor o a través de la presa, varía al menos en un orden de magnitud de a cuerdo al tipo.

2) Esfuerzo en la cimentación: los esfuerzos nominales transmitidos varían bastante con el tipo de presa.

3) Deformación de la cimentación: algunas presas se acomodan mejor sin daños severos a deformaciones y asentamientos.

4) Excavación de la cimentación y preparación de la cimentación deben minimizarse.


Presa de relleno:
Relleno de tierra
Son apropiadas para cimentaciones en rocas o para suelos en valles anchos, puede aceptar asentamiento diferenciales limitados dado un núcleo relativamente ancho y plástico, se requieren rastrillos para horizontes mas sólidos, i.e. menos permeables, esfuerzos de contacto bajos.
Requiere diversas clases de materiales, para el núcleo, espaldones, filtros internos, etc.
Presa de hormigón:
De gravedad
Apropiada para valles anchos, siempre y cuando la excavación en la roca sea menor a 5m.
Meteorización limitada de la roca es aceptable.
se deben verificar discontinuidades del macizo respecto al deslizamiento.
Requiere llevar el hormigón al sitio.
Presa de hormigón:
De contrafuerte
Como la de gravedad, pero con esfuerzos de contacto más altos, requiere roca firme.
Ahorro relativo de materiales (entre 30% y 60%)
Presa de hormigón:
De arco y bóveda
Apropiada para cañones angostos, sujeta a roca firme o une con una resistencia alta y con deformación limitada en la cimentación, y de manera especial los estribos.
Carga alta en los estribos.
El ahorro con respecto a la de gravedad están entre 50% y 85%
Presa de relleno:
De enrocado
Preferible en cimentaciones de roca, puede aceptar calidad variable y meteorización limitada. El enrocado es apropiado para colocar en todo tipo de climas.
Requiere material para el núcleo, filtros, etc.
Cargas Primarias
Son las de mayor importancia para todas las presas sin tener en cuenta el tipo, son principalmente:

1) Carga de agua
2) Carga del peso propio
3) Carga de infiltración
Cargas Secundarias
Se aplican universalmente aunque en menor magnitud, o alternativamente, son de mayor importancia sólo para ciertos tipos de presas:

1) Carga de sedimentación
2) Carga hidrodinámica de ondas
3) Carga de hielo
4) Carga térmica (presas de H°A°)
5) Efectos interactivos
6) Carga hidrostática sobre los estribos
Cargas Excepcionales
Se designan así sobre la base de su aplicación general limitada o por su poca probabilidad de ocurrencia:

1) Carga sísmica

2) Efectos tectónicos
Presas de Hormigón, de gravedad
Presas de Hormigón, de gravedad
Presas de Hormigón, de gravedad
Presas de Hormigón, de gravedad
Presas de Hormigón, de gravedad
Presas de Hormigón, tipo arco - bóveda
Presas de Hormigón, tipo arco - bóveda
Presas de Hormigón, tipo arco - bóveda
Presas de Hormigón, tipo arco - bóveda
Presas de Hormigón, tipo arco - bóveda
Presas de Hormigón, de contrafuertes
Presas de Hormigón, de contrafuertes
Presas de Hormigón, de contrafuertes
Presas de Hormigón, de contrafuertes
Presas de materiales sueltos
Presas de materiales sueltos
Presas de materiales sueltos
PRESA
EMBALSE
REJAS
TUBERÍA
FORZADA
TURBINA
ALTERNADOR
GENERADOR
EJE
TURBINA
TRANSFORMADORES
LINEA ENERGÍA
ELECTRICA
EMBALSE
SUPERIOR
GALERÍA DE
CONDUCCIÓN
CHIMENEA DE EQUILIBRIO
ó TORRE PIEZOMÉTRICA
TUBERÍA FORZADA
LÍNEA DE ENERGÍA
ELÉCTRICA
EMBALSE
INFERIOR
DESAGÜES
CENTRAL
TURBINAS Y
GENERADORES
PRESA
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