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MODULO 5
TEMA 25
25.1.
EJECUCION OBRAS CIVILES
PRESAS
GENERALIDADES
En ingenier inge niería, ía, se se deno d enomina mina PRES PRESA a un muro de p iedr ied ra u otro material, c omo hor ho rmigón, materi ma teria a l suelto o g ranular que se c onstr onstruy uye e g eneralment eneralmente e p erpe erpendicular ndicular al ca uce de un ri rio, c on la finali finalida da d de almac enar el agua y elevar elevar su su nivel, nivel, c on el fin fin de regular el c audal, aud al, como c omo a provecha miento miento pa ra riegos ego s, para ab astecimi astecimiento ento de a gua a poblac po blac iones o pa ra p roducc od ucc ión de energía energía eléc tri tric a. En las instrucciones para el proyecto y construcción de grandes presas del Ministerio de Fomento, se defi de finen nen c omo g ra ndes nde s p resa esa s, toda s a quell que lla a s de más de 15 metros metros de a ltur ltura a , o a quell que lla a s q ue teniendo entre 10 10 y 15 15 metros d e a ltur ltura , respo respond nda a n, al menos meno s, a una d e las la s c ond iciones icio nes siguientes: -
C a pa c idad ida d de emba emb a lse supe superrior a 100.000 .000 m3. m3. Longitud de coronación superior a 500 metros. Capacidad de desagüe superior a 2000 m3/s. Características excepcionales de cimientos o cualquier otra circunstancia que permita calificar la obra o bra como c omo impo imporrtante par pa ra la segur seguriida d o ec onomía onomía p úblic úblic a.
C on inde indepe pendenc ndenc ia del de l tipo tipo de muro muro d e la pr p resa esa de un embalse, embalse, a la hora hora de diseña diseñarr y ejec ejec utar utar una una presa presa d e embals emb alse e ha y que tener en c uenta uenta una ser seriie de d e c onc epto ep to y elementos elementos que van va n unidos unidos a la ejecución ejec ución de d e la mis misma: 1. C uenc a Hidrográfica Hidrográfica : Zona c uyo sis sistema tema fluvial fluvial es emba emb a lsa do y retenido retenido en el e l punto do nde se c ons on struye truye la p resa. esa . Sus Sus límites límites so so n las la s d ivisorias de las monta ñas ña s. 2. Zona d el Emba lse: lse: En ella se d istinguen: istinguen: a. Vaso del Embalse: zona del valle ocupada y cubiertas por las aguas. b. C ola de d e Emba Emba lse: Es Es la zona afec tada por po r el embal emba lse q ue puede p uede extenders extenderse muchos muc hos kilómetros kilómetros a rriba del de l muro muro d e la p resa c . C urva urva de d e Embals Emba lse: A la hora de estudiar estudiar la la s exprop exprop iac iones a rea liz liza r pa ra la ejec ución uc ión de la presa, presa, se de be replantea ep lantearr en el e l terr terreno los puntos definido definidos s p or la la máxima máxima a ltit ltitud ud d el agua a gua que se se p uede emba lsar. d. Obras auxiliares: Son las obras necesarias para restituir el paso de un lado a otro del embalse. A veces se puede emplear la coronación del propio muro de la presa. Otras veces, será neces nec esari ario o la ej e jec ución de d e p uentes uentes o viaduc tos. tos. 3. Zona de Pres Presa a : La La obr ob ra bá sica es el muro muro d e la presa presa . Ademá Ad emás s, exis existi tirrá n ob ra s pa ra el des de sa güe del de l vaso vaso en e n c aso de rebas eb ase e d e las agua s la c ota máxim máxima a (alivi (aliviad ad eros eros), ), desag desag ües de fondo, estaciones de control, central hidroeléctrica si es de aprovechamiento energético, etc. A la hora de d e d eterminar eterminar el tipo tipo d e muro muro a c onstr onstruir uir,, se se b a rajan aja n deter de termi mina nado dos s fac tores tores:: -
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Máxima cota del nivel de agua a embalsar: La altura de la presa será determinante del tipo o clase de muro a construir. Aforos y avenidas de la c uenca . Volumen Volumen de d e ag ua a embals emba lsar: El volum volumen en d e las aguas agua s que presumi presumiblement blemente e puede p ueden n ser ser rec ogida s por po r la c uenca, uenc a, también deter de termi minar nara a la c ap ac ida d más má s a dec de c uad a del de l va va so a sí como co mo las c a ra c terís terísti tic c a s resis esistentes y geométr geo métrica ica s del de l mur muro. o. C limatolog limatología: ía: Los Los climas climas extr extremos emos pued en c ondiciona ond icionarr el diseño diseño del de l muro. muro. Características geológicas de la zona de presa: Es un factor determinante a la hora de decidir el tipo tipo de muro muro a rea liz liza r. Estudios geotéc ge otéc nicos nico s del de l terr terreno: eno : Infl Influyen uyen en el e l tipo tipo de c imenta imentac c ión del de l mur muro. Incidencia sobre el sistema de comunicaciones.
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Condicionantes ecológicos: Es muy importante tener en cuenta el Impacto ambiental producido por la c onstrucción de la p resa en el entorno. G eneralmente, estas obras son muy polémicas, ya que la c onstrucción de un emba lse mod ifica radicalmente las características física s y humanas de un paraje.
OBRAS DE DESVIO, TOMA Y DERIVACION DESVIOS: Antes y durante la c onstrucción del muro d e la presa es necesario desviar el caud al de a gua s del río, lo que normalmente se realizad mediante la denominad a ATAG UIA (pe queñas presas de tierra con una p antalla impermeab le, túnel de d esviac ión y la c ontraa taguía en su caso. TOM AS: El ag ua embalsada requiere de ob ras de toma que la enca ucen o la dirija hacia los cana les o tuberías de derivación o distribución. DEERIVACIONES: Son estas las obras necesarias para dirigir el agua hacia los lugares de su utilización o aprovechamiento, como pueden ser canales, túneles o tuberías. C uando el vaso del emba lse supera su ca pa cida d d e a lmac enamiento o simplemente para regular el caudal del río, es necesaria la construcción de los denominados ALIVIADEROS u obras de excedencia, que pued en encontrarse en la coronac ión d el muro o estar desvinculad as de él.
25.2. ELECCION DE LA ZONA DE EMPLAZAMIENTO DE LA PRESA La localización de una presa se efec túa buscando la mejor alternativa entre todas las alternativas que se presenten, lo que supone necesariamente tener en c uenta c onsiderac iones de tipo físico y ec onómico, teniendo siempre en c uenta su impacto ec onómico y soc ial. En c ualquier ca so la elección de la situac ión de la presa está c ondicionada por dos fac tores principa les: -
La posibilidad de embalsar el mayor volumen de agua posible. La posibilidad de utilizar un gran caudal de ag uas pa ra la producción continuada de energía eléctrica.
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En principio, la situac ión más lógica de una presa seria entre las laderas de un valle ang osto, a fin de conseguir, con la mínima superficie de muro la máxima a ltura de ag ua. En este tipo d e p resas, se denomina: -
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CERRADA: Zona generalmente estrecha o angosta de un desfiladero, valle o cañón por cuyo fondo disc urre un rio, susceptible de ser la zona de emplazamiento de un muro d e p resa. CUENC O: Se entiende como tal, la zona más ba ja de la cerrad a sobre la q ue se c imenta el número. ESTRIBO: Se denomina así tanto a los extremos del muro que se apoyan en el terreno como a las zona s de terreno de amb as laderas donde se a poya o inserta el extremo d el muro.
Es muy importante tener un exhaustivo c onoc imiento de las característic as geotécnica s y geológicas de dichos elementos, pues son donde el muro de la presa transmitirá todas las solicitaciones a las que va a estar sometida, tanto por su propio peso como, sobre todo, por el empuje del agua. Cualquier pequeña falla o fisura en d ichos elementos, podría provoc ar roturas en el muro, lo q ue c onllevaría fatales consecuencias en las zonas aguas “abajo” de la presa. En otras ocasiones, la situación geográfica de la cuenca hidrográfica no permite encontrar las condiciones antes descritas, debiéndose construir las presas en valles abiertos. En este caso, se realizarán muros de presa bajos y largos, que permitirán una gran acumulación de agua embalsada.
25.3 TIPOLOGÍA DE PRESAS En cada caso, las c ondiciones del terreno y las exigencias de los usos del agua (c entral hidroeléctrica , toma de riego , etc.) y a veces la tec nología y circunstancias económic as del momento d an una serie de condicionantes que llevan a la elección del tipo más idóneo. De ahí la c onveniencia de disponer de varios tipos, para acoplarse mejor a las diferentes circunstancias. La C omisión internac ional de presas, IC OLD (Internationa l C omisión on Large Dams), clasifica las presas según los siguientes tipos :
A. PRESAS DE FABRICA Se c onsideran c omo tales aquellas así construidas, son las muy antiguas construidas en sillería y ladrillo, así como las más modernas cuyos muros son de hormigón. Hoy en día las presas de fábrica son casi exclusivamente de hormigón. Dentro d e las presas de obra de fábrica po demos distinguir diferentes tipos:
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A 1.
Pre sa s d e g ra v e d a d .
Es el tipo de muro más senc illo, se funda menta en la resistencia que el propio p eso de la obra opone al empuje d e las agua s. Su perfil es trapezoida l, y su base d e c imentac ión, rec tangular. El peso de la p resa es notable y sirve p ara que, al componerse c on e l empuje y otras fuerzas, la resultante incida francamente en el interior de la ba se de la presa.
A 2.
Pre sa s d e g r a v e d a d a lig e ra d a s o c o n t ra f u e rt e s.
En este tipo de presas hay que diferenciar dos elementos estructurales distintos: la membrana o pantalla estanc a que detiene las aguas y los c ontrafuertes que soportan y transmiten a la c imentación los empujes que sufre la p antalla de c erramiento .Para equilibrar el peso que se le quita c on el aligeramiento, se le da un talud aguas arriba pa ra disponer del peso a dicional del prisma que gravita sobre él. Además, se d istribuye la masa de hormigón de forma q ue se log re un ma yor momento d e inercia en la sec ción horizontal.
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A 3 . Pre sa s
d e m u ro c u rv o .
Generalmente denominadas de ARC O, aunque también pueden denominarse de BOVEDA, se fundamentan en su cap acidad d e transmitir el empuje de las ag uas a los estribos, tal como sucede en un arco c ualquiera. Pueden tener curvatura solo horizontal o d oble curvatura.
- Arco: Tiene c urvatura solo horizonta l. - Arco-gravedad: Con doble curvatura, resiste al empuje por el peso del muro que transmite a l estribo a través del arco . - Cúpula: Variedad dentro del tipo bóveda donde e l muro no es una bóveda sino una c úpula.
B. PRESAS DE MATERIALESSUELTOS. Dentro de las presas de materiales sueltos podemos agruparlas en varios tipos formados exclusiva o preferentemente por materiales naturales: piedras, gravas, arenas, limos, arcillas y suelos en general. B 1 . Tie rra .
Cuando más del 50% de los materiales son térreos o mezclados con gravas o a renas Las causas o motivos de su construcción son la capacidad de la moderna maquinaria pa ra tratar grandes masas de tierra, grava o escollera y los proc esos téc nicos con un más perfec to conoc imiento de la mecánica de suelos que p ermite preparar mezclas de tierra adecuad a a los fines de estos diques.
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B 2.
Esc o lle ra.
Cuando el material predominante es la piedra gruesa.
B 3.
Tierra-Esc o lle ra .
C ombinación de las dos anteriores.
C. PRESAS MIXTAS Son aquellas que c ombinan o bien tipos de muros o bien c lases de materiales.
D. PRESAS ESPECIALES. Podemos considerar como presas especiales aquellas cuyo muro de contención se construye con materiales no mencionados hasta el momento como ROUCRETE que es hormigón compactado con rodillo.
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25.4. PRIMERAS OPERACIONESEN LA EJECUCION DE UNA PRESA. CIMENTACION DE UNA PRESA Una vez elegida la ubica ción de la futura presa, la primera ac tuac ión será la de d esviar el cauc e del río existente, cuyo c audal se va a emba lsar con la p resa, y que nos permita el acceso a l cuenc o p ara iniciar las obras de cimentación de la presa. Para ello, se c omenzara ejec utando una obra de desvió, que c onsta de una represa en la pa rte aguas arriba de la presa, denominada ataguía o azud, ejecutada, bien con materiales sueltos, o con hormigón HCR (hormigón compactado c on rodillo), que embalsa las ag uas y permite su desvió a través de un canal o túnel subterráneo, situado fuera de la zona de ejecución del muro de la presa y que vierte las aguas más aba jo, restituyéndose la c orriente del rio. A vec es, se debe c onstruir una c ontra ataguía, co n el fin de evitar el reflujo de las aguas hac ia la zona de obras. Una vez desviado el flujo d el ag ua, se proc ederá a la excavac ión de la c imentación del muro, c on el objeto de encontrar el terreno apto para su cimentación. De igual forma, en la zona de los estribos habrá que realizar excavaciones para lograr retirar la roca o el terreno poco resistente. El principal problema de la cimentación es que los materiales no son totalmente impermeables por lo que se establec erá una c irculac ión del agua por los poros y fisuras, generándose por debajo de la presa una subpresión, que habrá que limitar, pues afecta a la estabilidad de la presa. Para red ucirla, se rea lizan pantallas impermeabilizantes en la ba se del muro, inyecciones en el cimiento de produc tos impermeabilizantes, así como la c onstrucción de un sistema d e d renes ba jo los cimientos pa ra conseguir evac uar dicho agua. Las filtraciones también se p roducen en el muro d e la presa, p or lo q ue también se c onstruye una red de drenes en su interior, para drenar el agua filtrada y evitar la presión intersticial que ésta produce. Estos drenes se colocan verticalmente, en el interior de la presa, y suelen tener un diámetro entre 7.5 cm y 20 cm., a unos 2 metros del p aramento d el muro. Estos drenes atraviesan el c imiento y se deben prolongar en el interior de la roca, al menos un 25% de la altura de la presa. Estos drenes verticales son cortados por ga lerías visitables que se c onstruyen en el interior del muro, d e forma que tenga mos ac ceso a ellos para proc ed er a su limpieza y para instalar sistemas de c ontrol. Estas galerías se sitúan sep aradas entre sí vertica lmente entre 15 y 30 metros.
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La c imentac ión de la presa es un punto c rucial de la ob ra, da do q ue el terreno de c imentac ión deb e p resentar una gran c ap ac ida d cortante, habida c uenta del inmenso peso c on el que se cargará una vez c onstruida la ob ra. Lo ideal sería cimentarlas sobre roca nativa, perfectamente limpia y libre de fallas o fisuras. C uand o esto no es posible, habrá que rec urrir a mejorar dicho terreno, med iante sustitución d el terreno existente por materiales que tengan la cap ac ida d portante nec esaria, empleando sistemas de cimentación profunda pa ra aumentar su capacidad portante. C uando la c apac idad p ortante del terreno no es muy elevad a, es ac onsejab le c onstruir presas de materiales sueltos, pues al tener una base mucho mayor que los muros de hormigón, reparten la c arga sobre más superficie, lo q ue hac e d isminuir la p resión sob re el terreno . PRESAS DE HORMIGON: Hoy en día, las presas de hormigón se realizan c on hormigón compactado c on rodillo. Para su puesta en obra, se realizan tongadas de unos 30 cm de espesor en toda la superficie de la presa, compactándolas con rodillo, ap ortando, una vez compa ctada la tonga da , ca pa s de mortero de unos 3 cm de espesor. Los encofrados a emplear serán de tipo trepante para las caras exteriores del muro. Los hormigones a emplear deb erán a masarse c on c ementos c on bajo c alor de hidratación, da da s los grandes volúmenes de hormigón q ue se manejan en estas obras. Cad a tongada c ompactada , se curara por regad o a presión durante 24 horas.
