OBRAS HIDRÁULICAS

I.- OBRAS Y SISTEMAS HIDRAULICOS

II.- TIPOS DE CORTINAS

OBRAS HIDRAULICAS

Es un conjunto de estructuras utilizadas para controlar y usar el recurso natural agua, cualquiera que sea su origen, en forma optima racional y controlada, es decir con fines de aprovechamiento o de defensa.

Por consiguiente, las obras hidráulicas se pueden clasificar de acuerdo con estas finalidades.

APROVECHAMINETO

a) Abastecimiento de agua a poblacionesb) Obras pluvialesc) Obras conducciónd) Obras captacióne) Obras de riegof) Obras de almacenamiento

FINALIDADES MULTIPLES

Hasta hace poco tiempo las obras hidráulicas se construían con una finalidad aislada; sin embargo, desde el punto de vista económico en la actualidad se estima como criterio sano y conveniente el de considerar en cada caso la posibilidad de que las obras se orienten a satisfacer dos o más finalidades simultáneamente, estudiando el funcionamiento adecuado de las mismas.

Por lo tanto, mientras no se haga aclaración alguna, en lo que sigue se considerara que las estructuras que se traten formaran parte de un conjunto cuyas finalidades pueden ser una en particular o agrupar simultáneamente a dos o más de ellas.

Elementos constitutivos de un aprovechamiento superficial

Los elementos que forman un aprovechamiento hidráulico son en General siete, los que se agrupan y relacionan en el siguiente croquis.

1. Área de captación Cuenca hidrográfica de un rio, definida a partir del sitio de

almacenamiento. Obras civiles y equipos electromecánicos que se utilizan para reunir adecuadamente aguas aprovechables

2. Almacenamiento, formado por una presa, en un sitio previamente escogido, de donde se cambia el régimen natural del escurrimiento al régimen artificial de la demanda, de acuerdo con el fin o los fines a que se destine.

3. Derivación, en donde, por medio de una presa, se deriva el escurrimiento del río hacia el sistema de conducción, el que, por conveniencia, a menudo se localiza a niveles superiores a los del lecho del río.

4. Sistema de conducción, que puede estar formado por conductos abiertos o cerrados y sus estructuras; a través del cual se conduce el agua desde el punto de derivación hasta la

zona de aprovechamiento. Parte del sistema constituida por el conjunto de conductos, obras de arte y accesorios destinados a transportar el agua procedente de la fuente de abastecimiento, desde el lugar de la captación hasta un punto que puede ser un tanque de regularización, un cárcamo para una segunda conducción, o una planta potabilizadora.

5. Sistema de distribución, el cual se constituye de acuerdo con el fin específico del aprovechamiento. Por ejemplo: canales paralelos por gravedad, tuberías a presión para plantas hidroeléctricas y poblaciones, etc.se llama red de distribución a la serie de conductos, piezas especiales y accesorios, que se utilizan para conducir agua dentro de las zonas de servicio y a partir de los cuales la población puede disponer del agua potable.

6. Utilización directa del agua, la cual se efectuará también mediante elementos específicos según el fin de que se trate. Por ejemplo, turbinas en el caso de plantas hidroeléctricas, tomas domiciliarias en el caso de abastecimiento, procedimientos directos de riego, etc.

7. Eliminación de volúmenes sobrantes, la cual se efectúa por medio de un conjunto de estructuras especiales de construidas para tal efecto: sistema de alcantarillado en el caso de abastecimiento; drenes, en el caso de sistema de riego; estructuras de desfogue, en el caso de plantas hidroeléctricas, etc. En el croquis anterior se indica que los retornos o sobrantes del agua utilizada se regresan al cauce en la misma cuenca, condición que, desde el punto de vista del derecho humano, se debe procurar que se respete cuando las condiciones sanitarias ecológicas lo permitan.

DEFENSA

a) Contra inundacionesb) Contra azolves

Las obras de defensa se construyen principalmente contra inundaciones en costas o erosiones provocadas por flujos extraordinarios en los ríos.

Se pueden dividir en cuatro tipos:

1) Cuando el cauce del rio tiene capacidad reducida y no se puede ampliar

En este caso se deben regularizar las avenidas, en el cauce superior, mediante presas que se construyan para tal efecto.

2) Cuando el cauce tiene una capacidad reducida pero se puede ampliar.

En este caso se puede incrementar la sección hidráulica del rio

3) Cuando se pueden complementar las dos soluciones anteriores

4) Cuando es necesario proteger las márgenes del rio contra erosiones

CORTINA

Se entiende por cortina una estructura que se coloca atravesada en el lecho de un rio, como obstáculo al flujo del mismo, con el objeto de formar un almacenamiento o una derivación. Tal estructura debe satisfacer las condiciones normales de estabilidad y ser relativamente impermeable.

CLASIFICACION

CORTINA

TIERRA HOMOGENEA

ENROCAMIENTO

CONTRAFUERTES

MATERIALES GRADUADOS

ARCO BOVEDA

CLASICA DE GRAVEDAD

Placas

Arcos múltiples

POR ENSANCHAMIENTPO O TIPO MARCELLO

MATERIALES GRADUADOS

MATERIALES SUELTOS

PARTES DE UNA PRESA

1.-Cresta o corona

2.-Revestimiento de la corona

3.-Filtros

4.-Corazon o núcleo impermeable

5.-Trinchera

6.- Transiciones

7.-Enrocamientos

8.- Deposito aluvial

9.-Roca basal

10.- Talud aguas arriba

11.- Talud aguas abajo

12.- Pantalla de inyección

13.- Galería

14.- Drenes

15.- Pozos de alivio

16.- Embalse o vaso

17.- Bordo libre

18.- Altura de la cortina

Boquilla o sitio. Lugar escogido para construir la cortina. Sección de la cortina. En General, es cualquier corte transversal de la presa; pero menos

que se especifique la estación por cadenamiento de dicho corte, es la sección de máxima altura de la cortina.

Altura de la cortina. Se define como la distancia vertical máxima entre la corona y la cimentación, la cual no necesariamente coincide con la medida desde el cauce del río, por la esencia de depósitos aluviales.

Corona o cresta. Es la superficie superior de la cortina que, en ciertos casos, puede alojar una carretera por la vía de un ferrocarril; normalmente, es parte de la protección de la presa contra el oleaje y sismo, y sirve de acceso a otras estructuras.

Talud. Es cualquier plano que constituyen una frontera entre los materiales de la cortina o con del medio circundante. Se medirá por la relación de longitudes entre el cateto horizontal y vertical.

Corazón impermeable. También llamado núcleo de tierra, es el elemento de la presa que cierra el valle al paso del agua contenida en el embalse o vaso.

Respaldos permeables. Son las masas granulares que integran, con el corazón impermeable, la sección de la cortina. Pueden estar formados, por filtros, transiciones y enrocamientos.

NAME. Es el nivel de aguas máximo extraordinario; es la elevación del agua en el vaso cuando la presa está llena y además funciona el dedo a su máxima capacidad. La diferencia entre la elevación de la corona y el NAME es el bordo libre.

Presas 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. Para hacernos una idea gráfica su perfil sería este de la imagen.

Presas de contrafuertes.

Los tipos más comunes de de presas de contrafuerte se refieren a de planchas uniformes y de bóvedas múltiples. Las de bóvedas múltiples admiten que los pilares estén situados a mayor distancia que lo que se encuentran usualmente, mientras que en los de planchas uniformes el agua es contenida o aislada por un grupo de planchas que abrigan la superficie entre contrafuertes. El término contrafuerte se refiere a pilares triangulares, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base. A pesar de que este tipo de presas presenta un ahorro en cuanto a hormigón se refiere no siempre es posible su uso ya que en suelos de baja estabilidad se requieren presas de gravedad o que funcionen por gravedad en las cuales es requerido el uso de hormigón y acero.

Según la necesidad y el tipo de material encontrado en la zona de construcción se puede elegir el uso de presas de piedra cuya finalidad se basa en la retención del agua y no precisan de muchas transformaciones para su colocación o elaboración y su desarrollo las han puesto a competir con las presas hechas de hormigón en cuanto a costos se refiere. Para prevenir filtraciones de estas presas sin trabar su núcleo se sitúa más abajo de la base. Los cimientos son arte importante al momento de la construcción de presas. La construcción de grandes presas puede durar más de

siete años; la posibilidad de que se produzcan inundaciones durante este periodo es casi inevitable.

Presas de arco o bóveda.

Este tipo de presa utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda. La curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, así la carga del agua 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 (por que son mucho más baratas) que la de gravedad, pero es difícil encontrar emplazamientos geográficos donde se puedan construir. A continuación podemos ver algunos ejemplos de presas de bóveda, sin duda el ejemplo más famoso del mundo es la Hoover Dam, la Presa Hoover, ubicada en los EEUU.

- Presas bóveda (arch dams)

Atendiendo al proceso de construcción son dos los tipos de cortina:

De relleno hidráulico Materiales compactados

Presa de relleno hidráulico

Su característica fundamental es de los materiales integrantes de la sección, incluyendo los Finos del corazón y los granulares relativamente gruesos de los respaldos permeables, son atacados en la cantera, conducidos a la cortina y colocados en ella por medio hidráulicos. Con la creación de un estanque al centro del terraplén y canales de distribución que parten de los taludes exteriores, se logra una disposición adecuada del material explotado en cantera. Manteniendo un control estricto de las pendientes en los canales de distribución, los fragmentos más gruesos se depositan en la vecindad de los taludes exteriores, la fracción arcillosa o limosa de sedimenta en la parte central, y entre ésta y la masa granular queda una zona de transición.

Presas de materiales compactados

Las características de la sección de una presa de materiales compactado dependen de la disponibilidad de suelos y roca, de las propiedades mecánicas, de la topografía del lugar y de las condiciones geológicas.

Presa homogénea

Construidas casi exclusivamente con tierra compactada, tiene por lo menos una protección contra él oleaje en el talud de aguas arriba. Por condiciones propias de la cimentación y de los materiales disponibles, este tipo de estructura fue muy usual en el siglo pasado; en la actualidad se construyen cortinas de este tipo con algunas modificaciones.

Presa homogénea con filtros.

Con objeto de que el flujo de agua a través de la masa de tierra no intercepte el talud de aguas abajo, tiene en la base del terraplén un filtro formado con arena bien graduada; el espesor y la

longitud de este elemento son susceptibles de diseño mediante estudios de flujo en la masa de tierra.

Cuando los materiales que se usan en la cortina son susceptibles al agrietamiento y la presa se cimenta sobre suelo compresibles o existen otras razones para prever la formación de grietas en terraplén, se ha incluido en el dren vertical o chimenea que se conecta a un filtro horizontal, o bien a un sistema de drenes alojados en la cimentación. Se interceptan así las grietas transversales a la cortina, y el agua que pueda circular por ellas es conducida por los drenes aguas abajo, sin correr el riesgo de una peligrosa tubificación en la masa de tierra.

PRESA HOMOGENEA CON FILTRO HORIZONTAL

PRESA HOMOGENEA CON FILTROS VERTICAL Y HORIZONTAL

Presa de materiales graduados

Se ha dado este nombre a las presas en que los materiales se distribuyen de forma gradual, de los suelos finos en el corazón, pasando por los filtros y transiciones a los enrocamientos, en los que también se trata de colocar el material respetando la misma idea. Esto no siempre lograrse, pues

depende de que se tenga en el sitio la serie de materiales antes enumerados. Este tipo de presas es una de las que más se emplean en México y en General la sección es simétrica.

Presas de enrocamiento

Las masas de roca en estas presas son voluminosas comparadas con el corazón impermeable. Éste puede ocupar la parte central o bien ser inclinado hacia aguas abajo, se prefiere dicha forma por su facilidad de construcción, pues disminuyen las interferencias del tránsito de equipo dentro de la cortina, y en algunos casos el programa respectivo se adapta mejor a las condiciones climáticas del lugar. Debe tenerse presente que la roca puede colocarse en época de lluvias o nieve, mientras que ese trabajo es prácticamente imposible en el corazón, a menos que el proyecto de la cortina tolere fuertes discrepancias en la humedad del suelo vocero del precauciones especiales.

PRESA DE ENROCAMIENTO CORAZON VERTICAL

Presas con delantal o con pantalla

Es frecuente encontrar depósitos de aluvión permeables en el cauce del río. Cuando su espesor de menor de 20 metros, se prefiere llevar el corazón impermeable hasta la roca mediante una trinchera, como en el caso del presa Álvaro Obregón, Sonora y el Infiernillo sobre el río Balsas.

Pero si tales depósitos son gruesos o muy permeables como ocurre en la presa Abelardo Rodríguez, Sonora y José María Morelos (La Villita) Michoacán, ambos del orden de 80 metros de espesor y coeficiente de permeabilidad de 10-1 y 1cm/seg. en promedio respectivamente, no sería económico excavar trincheras. Entonces, hay dos tipos de solución:

a) El delantal de arcilla compactada, prolongación horizontal del corazón hacia aguas arriba.b) La pantalla impermeable formada a base de inyecciones, o bien con pilotes o muros de

concreto simple colados in situ.c) Por último, sustituyendo la grava y arena de río por lodo en una trinchera de tres metros

de ancho excavada a través del cauce.

FACTORES PARA DETERMINAR EL TIPO DE CORTINA

1) Características orográficas2) Resistencia del suelo3) Presupuesto4) Disponibilidad y bancos de materiales5) Capacidad del vaso o embalse

BIBLIOGRAFIA

PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO MARSHAL OBRAS HIDRAULICAS TORRES HERRERA