DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

DISEÑO DE OBRAS HIDRÁULICAS

I. EMBALSES.

1. DEFINICIONES Y CONCEPTOS.

1.1 Obras de regulación de Aguas: Aquellas cuyo objetivo es acumular agua para satisfacer necesidades en forma planifica¬da.

1.2 Presa: Muro, de diversos materiales posibles, que se construye a través de un río, estero, arroyo u otro curso de agua, para almacenarla a fin de derivarla fuera del cauce o regular su curso.

1.3 Embalse: Gran depósito que se forma artificialmente, por lo general cerrando la boca de un valle mediante un dique o presa, y en el que se almacenan las aguas de un río o arroyo, a fin de utilizar en el riego de terrenos, en el abastecimien¬to de agua potable de poblaciones, en la producción de energía eléctrica, etc. También se denomina embalse a las aguas así acopiadas.

1.4 Area de inundación: Zona de aguas arriba de la presa, factible de quedar cubierta por las aguas en algún momento.

1.5 Embanque: Sedimentos o materiales sólidos, en general, acarreados por los ríos y que quedan atrapados en el embalse, disminuyendo su capacidad de almacenamiento de agua.

1.6 Presas de embalse: Conjunto de obras que permiten almacenar el agua requerida de regulación. Los componentes principales son:

1.6.1 Muro de presa.

1.6.2 Obras de desviación: Desvían el río durante la cons¬trucción del muro.

1.6.3 Obras de evacuación (vertedero): Extraen los cauda¬les de exceso, impidiendo que el agua pase por encima del muro.

1.6.4 Obras de toma: Extraen el agua desde el embal¬se en forma controlada.

1.6.5 Area de inundación: Aun cuando no pueda co¬rres-pon¬der a una obra de ingeniería propiamen¬te tal, es importan¬te por la inversión que puede signi-ficar en expropia¬ciones, además de las labores constructivas previas que pueden requerir des-montes, cambios de ubicación de caminos, de lí-neas fé¬rreas, de líneas de AT, o de teléfonos, etc.

1.7 Propósitos: Los usos, destinos o propósitos posibles de las aguas de un embalse son diversos, como por ejemplo: riego, agua pota¬ble, producción de energía, usos industria¬les, control de aveni¬das, agua para el ganado o para animales salvajes, esparcimiento, aplicaciones domésticas o municipa¬les, regulación de corrientes, control de calidad.

1.8 Tipos de usos de las aguas: Se distinguen los siguientes:

1.8.1 Uso consuntivo, es aquel en que las aguas se consu¬men y no es posible reutilizarlas sino has-ta dentro de un tiempo difícilmente cuanti¬fica-ble. El riego es un uso consuntivo.

1.8.2 Uso no consuntivo, es aquel en que las aguas no se consu¬men ni se degradan en calidad, siendo posible su planifica¬ción y utilización inme¬diata para otro propósi¬to.

1.9 Volumen de regulación: Es el volumen necesario para regular las aguas de acuerdo con los objetivos. Se calcula sobre la base de una simulación o balance entre las necesidades de agua y el agua disponible.

1.10 Capacidad total de embalse: Debe ser definida consideran-do su vida física útil. Existe una pérdida de capacidad debido al emban¬que del área de inundación. Usualmente, se denomina "volumen muerto" o "volumen para embancamiento" a aquel volumen contenido bajo el nivel de las obras de captación de las aguas. De esta manera, la capacidad total del embalse queda definida por la suma del volumen muerto más el volumen de regulación. El nivel de aguas alcanzado para lograr este volumen se denomina "nivel máximo normal".

1.11 Altura de la presa: Debe calcularse como la altura que corres¬ponde al nivel máximo normal, más una revancha adicional, en cuyo cálculo se integran varios conceptos, tales como la carga de agua necesaria para el vertedero, oleaje, asentamiento del muro, etc.

1.12 Clasificación de las presas de embalse según su propósi-to:

1.12.1 De propósito simple: Satisfacen un solo obje¬ti-vo.

1.12.2 De propósitos múltiples o multipropósitos: Están desti¬nadas a satisfacer más de una necesidad en conjunto.

1.13 Clasificación de presas según sus características de opera¬ción:

1.13.1 Obras de pequeña magnitud: Regulación horaria, diaria o de fin de semana.

1.13.2 Obras de regulación estacional o anual.

1.13.3 Obras de regulación multianual.

1.14 Clasificación de presas según su tamaño: Grandes presas y pequeñas presas. De acuerdo con la clasificación del ICOLD (International Commission on Large Dams), las grandes presas corresponden a aquellas de a lo menos 15 millones de m3 o bien con otras características especia-les, como por ejemplo de gran longitud del muro.

1.15 Clasificación de presas según el uso principal:

1.15.1 Presas de almacenamiento: Embalsan el agua en los períodos en que sobra, para utilizarla cuando escasea.

1.15.2 Presas de derivación: Su función fundamental es pro¬porcio¬nar carga necesaria para derivar el agua hacia las zanjas, canales u otros sistemas de conducción al lugar en que se van a usar. Suelen denominarse ba¬rreras.

1.15.3 Presas reguladoras: Su función principal es retar¬dar el escurri¬mien¬to de las crecidas norma-les y disminuir el efecto de las mayores. Pueden cumplir otras fun¬ciones, tales como recargar acuíferos, atrapar sedi¬mentos, etc.

1.16 Clasificación según proyecto hidráulico:

1.16.1 Presa vertedora: Puede descargar aguas sobre su corona¬miento, por lo que debe estar hecha de mate¬ria¬les no ero¬sionables por la descarga, ta-les como con¬creto, mampostería, made¬ra, acero, etc.

1.16.2 Presa no vertedora: Se proyecta para que no pase el agua por sobre su coronamiento, lo que per-mite ampliar las alternativas de materiales a utilizar (tierra, enrocado, etc.).

1.17 Clasificación según los materiales más comunes constitu-tivos del muro: Aun cuando existen otros materiales tales como la madera, por ejemplo, la clasificación más usual es la siguien¬te:

1.17.1 Presas de tierra.

1.17.2 Presas de enrocado o de otros materiales per¬mea-bles con pantalla impermeable, como por ejem¬plo las CFRD (Concrete Face Rockfill Dam) con cuerpo de material fluvial.

1.17.3 Presas de concreto:

- De gravedad

- De arco

- De contrafuertes

- De hormigón rodillado

Una presa de embalse debe cumplir tres funcio¬nes básicas: Impermeabili¬dad, estabilidad y capacidad vertedo¬ra. Estos requisi¬tos han motivado que la mayoría de las presas estén compuestas por más de un material, existiendo una diversidad de diseños. A continuación, se muestra una serie de ejemplos de presas exis¬tentes en el mundo.

1.18 Ejemplos típicos de muros de presas no vertedoras.

EJEMPLOS TIPICOS DE MUROS DE PRESAS NO VERTEDORAS

TIPO PERFIL TIPICO DESCRIPCION

Presa

homo¬génea 1

Cuerpo completo es im-per¬meable, con excep-ción de algunas obras para pre¬venir erosión.

Presa

zoni¬ficada 2

Presa en general imper-meable, pero con 2 zo-nas de transición, que cumplen la función de filtro y dan estabili-dad.

Presa con

núcleo

cen¬tral 3

Presa similar a la an-te¬rior, en la que el nú¬cleo impermeable es mu¬cho más esbelto.

Presa con

núcleo

cen¬tral

incli¬nado 4

El mismo concepto ante-rior, pero adaptada la geometría a condi¬ciones específicas del lugar.

Presa con

membrana

impermea¬ble 5

El cuerpo no es lo su-fi¬cientemente impermea-ble, por lo que requie-re de una membrana im-permea¬ble, que puede ir por aguas arriba o por el centro.

Presa con diente de fundación 6

Presa con núcleo imper-meable y con una tran-sición semipermea¬ble, que requiere prolongar hacia la fundación la impermea¬bilidad, hasta alcanzar la roca imper-meable.

Presa con nú¬cleo y pa¬red

mol¬deada 7

El mismo concepto ante-rior, pero la impermea-bi¬lidad de la funda¬ción se logra con una pared mol¬deada.

Presa homo-génea sobre fundación im¬permeabi-lizada con pilas 8

Presa homogénea que re-quiere una impermea-bili¬zación de la funda-ción, que se logra a base de pilas. Los dre-nes al pie aseguran una salida del flujo de filtración sin migra-ción de materiales.

Idem ante-rior, im-per¬meabili-zada con inyec¬ción 9

El mismo concepto ante-rior, pero la impermea-bi¬li¬zación de la funda-ción se logra con in-yec¬ciones especiales.

Idem ante-rior imper-meabiliza¬da con cortina de concreto 10

El mismo concepto ante-rior, pero la impermea-bi¬lización se logra con una cortina de concreto o pared moldeada.

Presa con nú¬cleo im-permea¬ble e impermea¬bi-lización de la funda-ción 11

Presa que requiere pro-longar su núcleo hacia la fundación, pero no hasta la roca. Se acep-ta un flujo subterrá-neo, pero se alarga la línea de flujo bajo el imper¬meable.

Presas con extensión del núcleo hacia aguas abajo y car¬ga al pie, con o sin dren 12

Concepto parecido al an¬terior, en que se logra alargar la línea de flu¬jo bajo el estrato im¬per¬mea¬ble, a la vez que ésta tiene un cuerpo mayor. Para ase¬gurar estabilidad del talud de aguas abajo, se a¬grega una berma o carga al pie.

Presa sobra fundación estra¬tifi-ca¬da y po-zos de ali-vio

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