OBRAS DE CONTROL Y EXCEDENCIAS Las obras de control y excedencia son estructuras que forman parte intrínseca de una presa, ya sea de almacenamiento o derivación y cuya función es la de permitir la salida de los volúmenes de agua excedentes a los de aprovechamiento. Lo anterior establece de manera tácita la condición de que previamente se haya satisfecho la capacidad de aprovechamiento de la presa, o sea que el embalse se encuentre lleno hasta su nivel de conservación o máximo de operación antes de que se inicien los desfogues por la obra de excedencias. Las obras de excedencia deben ser concebidas como verdaderas válvulas de seguridad de las presas. Ha habido muchas fallas de presas debido a insuficiente capacidad de descarga o defectos en el diseo de la propia obra. La capa capaci cida dad d de una una obra obra de exce excede denc ncia ia la dete determ rmin inan an la aven avenid ida a de dise diseo o,, las las características del embalse y el programa de operación de la propia obra. !n general, el ingeniero proyectista debe ser sumamente cauteloso al evaluar la seguridad de una obra de excedencias en una presa de tierra o de tierra y roca debido a que si por una operación defectuosa o por la presencia de una avenida mayor a la supuesta el nivel del agua sobrepasa la elevación de la corona de la cortina puede haber graves consecuencias tanto para la presa como para la vida y bienes materiales locali"ados aguas deba#o de la mismo$ no así en presas de concreto concreto en donde donde las consecu consecuenci encias as de tales tales condicio condiciones nes pueden ser menores. %demás de tener suficiente capacidad, capacidad, la obra de excedencias excedencias debe ser hidráulica y estructuralmente adecuada y con las descargas locali"adas de manera que no erosionen el pie de la cortina u otras estructuras existentes aguas aba#o. Los materiales materiales que formen formen los revestimient revestimientos os de la estructur estructura a deben deben ser resistentes resistentes a la erosión y tener un acabado liso, con el fin de que sean capaces de resistir las altas velocidades que frecuentemente se presentan en ellas, así como para evitar fenómenos de cavitacion y presiones diferenciales en las caras del revestimiento. &uando &uando sea necesar necesario io deberá deberá prever prever la construcc construcción ión de algún algún dispositiv dispositivo o para para disipar disipar la energía cin'tica del agua en el extremo inferior de la descarga. (tro aspecto importante es que se debe considerar en el diseo de una obra de excedencias es la frecuencia con que funcione, es decir el número de veces por ao que vaya a traba#ar. )e puede afirmar que en general el incremento en costo de una obra de excedencias no es directamente proporcional al incremento de capacidad de descarga, por lo que con frecuencia el costo de una obra de excedencia muy amplia será solo moderadamente mayor a la de otra con una capacidad reducida. !sta es la ra"ón para proyectar obras con descarga amplia.
TIPOS DE OBRA DE EXCEDENCIA VERTEDORES DE CAIDA LIBRE !stán asociados a presas de arco o de contrafuertes donde el espesor del concreto y la geometría general no sean favorables para guiar la vena liquida desde la cresta hasta la parte inferior$ si la roca de cimentación es resistente a la erosión, el agua se puede de#ar caer libremente sin protección$ pero en caso contrario se debe prever alguna estructura para disipar energía cin'tica del agua y amortiguar el impacto
VERTEDEROS CON CAIDA EN RAPIDO )e locali"an en una sección reducida de la presa de tipo gravedad, sobre la cual se permite el paso del flu#o del agua. La cresta se forma para a#ustarse a la vena liquida en las condiciones de descarga máxima. )i la roca de cimentación es compacta y de buena calidad, la parte inferior de la descarga se puede disear como un deflector o un salto de esquí$ si la cimentación es erosionable se requerirá de la construcción de un tanque disipador de energía.
VERTEDORES CON TIRO VERTICAL *ienen una entrada de embudo que conecta a un túnel en cuyo extremo inferior puede existir un deflector o una estructura disipadora de energía. !sta forma de vertederos se adapta a presas de embalses muy encaonados, gastos relativamente pequeos y en el que el agua que fluya a trav's de ellos este libre de ob#etos que pueda obstruirlos.
VERTEDEROS CON DESCARGA DIRECTA EN CANAL !stán asociados a presas de tierra, tierra encorvamiento o concreto cuando por alguna ra"ón no conviene que sean vertedoras. )e considera buena práctica de ingeniería no ubicar este tipo de vertederos sobre presas de tierra o tierra enrocado debido a que estas estructuras están sometidas a algún grado de asentamientos despu's de terminada la construcción$ tales asentamientos podrían provocar movimientos verticales y agrietamientos en el canal de descarga del vertedor. !l agua que fluye en dichas descargas puede adquirir velocidades del orden de + o - ms dependiendo del desnivel, la pendiente y la rugosidad del canal. &on estas velocidades, cualquier desalineamiento de los planos de revestimiento puede provocar muy altas presiones hidrostática en la cara inferior de la losa y levantarla, trayendo como consecuencia el fracaso de la estructura y de la misma presa.
VERTEDERO CON CANAL LATERAL !stos vertederos tienen la particularidad de que el e#e del canal de descarga es paralelo o casi paralelo al e#e de la sección vertedora, la cual a su ve" es paralela o casi paralela al e#e de la corriente. Los elementos que lo conforman se pueden mencionar como sigue/ acceso, sección de control, canal colector, canal de descarga y deflector o estructura disipadora de energía. 0eneralmente están asociados a presas de tierra o tierra y enrocado construidas en ríos encaonados y con grandes avenidas, o donde se requieren grandes longitudes de cresta.
DESCARGA DE LOS VERTEDORES !xcepto para los vertederos con descarga en tiro vertical, el que se puede ahogar en ciertas condiciones de traba#o, la descarga de los vertedores de excedencias se efectúa en conductos abiertos, ya sea en canal o en túnel. !n vertederos con descarga directa con frecuencia la longitud de la cresta vertedora tiene la misma longitud que el ancho de descarga y del tanque amortiguador en el extremo inferior. La longitud de la cresta se determina en función de la operación del embalse, el costo de la cortina y de si se instalaran o no compuertas en la cresta. !l ancho del tanque amortiguador se relaciona con los niveles de aguas aba#o de la descarga. 1 el ancho del canal puede depender de las condiciones topográficas y de la economía. )i por las condiciones anotadas anteriormente, no son iguales la longitud de la cresta y el ancho del canal y del tanque amortiguador, se debe tener cuidado de que las transiciones se hagan gradualmente, debido a que se pueden desarrollar ondas estacionarias indeseables o incluso brincar el agua fuera de los muros guía laterales.
LA EROSIÓN Y EL TRANSPORTE DE SEDIMENTOS )on procesos naturales y continuos. !n cantidades normales, estos procesos son esenciales para los ecosistemas. )in embargo, los desequilibrios en el transporte de sedimentos causan la p'rdida de fertilidad de los suelos y un deterioro significativo de las masas de agua. La cantidad y calidad de los sedimentos pueden alterar las características físicas, químicas y biológicas de lagos, ríos, humedales, costas, etc. %demás, la erosión del suelo tambi'n genera problemas de mantenimiento en los sistemas artificiales de drena#e y en las redes de abastecimiento de agua potable. 2urante las obras de construcción, el suelo es muy vulnerable a la erosión hidráulica y eólica. 3or eso, el control de la erosión y el control de los sedimentos son de gran importancia durante y despu's de los procesos de construcción. &omo resultado, en todo el mundo, se han desarrollado normativas para proteger a las personas, los bienes y prevenir daos al medio ambiente.
La solución Erosión se cone!"la res sise!as #e consrucción$ su uili%ación #e"en#er& #e la con'i(uración #el erreno ) #e las necesi#a#es #e conrol* •
4nstalación en tramos de las obras o alrededor de estructuras de drena#e tales como alcantarillas y desag5es.
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Líneas paralelas a las curvas de nivel en taludes y laderas.
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6arreras transversales en canales de drena#e naturales y artificiales.
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&omo elementos de contención permeables para balsas de laminación y filtros de grava.
Los +iorrollos #e 'i+ra #e coco ienen cieras ,ena-as 'rene a oros !aeriales #e conrol #e se#i!enos*
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)on más sencillos y rápidos de instalar que las barreras de geo textil.
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)on más estables, resistentes y duraderos que las balas de pa#a. •
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!n el medio natural no necesitan ser retirados, ya que las fibras son biodegradables. &on el tiempo, la sedimentación de aguas encima de los biorrollos generará una pendiente con menor inclinación 7con menos erosión y mayor retención de humedad8 y estará formada por materiales más f'rtiles que el resto del talud. !sta nueva configuración del terreno favorecerá el desarrollo de la vegetación.
OPERACIÓN DEL EMBALSE !l embalse donde se almacenará el agua a ser regulada por la presa, será desfogado por la toma situada en la margen i"quierda, desde donde se conducirá el agua para el riego que alimentará a las dos márgenes. La operación será por medio de largadas que serán controladas por las válvulas que estarán ubicadas a la salida de la presa, el control del volumen de almacenamiento será por medio de una regla ubicada dentro de la presa. !l caudal previsto de desfogue de la presa será variable y estará entre los rangos de 9 a + ls. dependiendo de la 'poca y el requerimiento de agua de los cultivos.
La entrega de agua regulada implica caudales mucho más significativos y continuos que en la condición actual, lo que amerita un análisis y una propuesta para la fase operativa de la presa, actualmente los caudales que mane#an en las dos márgenes son de tipo mono flu#o, ya que un turno comprende el uso de todo el flu#o del canal por un solo usuario, pero los caudales asignados no pasan los - ls en el me#or de los casos. !n situación con proyecto la presa tiene prevista la entrega de por lo menos 9 ls en el peor de los casos$ en &ondiciones óptimas la presa debe entregar los + ls durante las 9+ horas del día y todos los meses del ao. 6a#o esta óptica, el concepto del mane#o de agua en mono flu#o, no tiene aplicabilidad, porque el caudal asignado será demasiado grande para un solo regante, por lo tanto considerando que cada margen tendrá la disponibilidad normal de 9 ls, es de esperar que por lo menos + usuarios rieguen en forma simultánea. 3ara el planteamiento de la nueva modalidad de distribución surgen algunas interrogantes, como si los usuarios estarán suficientemente preparados para enfrentar este cambio un poco drástico, además si estarán suficientemente capacitados para mane#ar caudales del orden de los - ls$ por otro lado si existieran parcelas adecuadas en tamao y forma como para mane#ar caudales de este orden. %l tratar de dar una respuesta coherente se tropie"a nuevamente con el tema de que es muy necesario la implementación del )ervicio de %compaamiento que adecue y afine estos conceptos, sin embargo la base de la lógica tiende a que el sistema ya no corresponde al mane#o de caudales de mono flu#o y prima el concepto de introducir la propuesta de que en cada margen por lo menos deben regar al mismo tiempo dos ramales y dentro de cada ramal mínimamente 9 a + regantes dependiendo de cuánta agua está entregando la presa.
(tro análisis importante es la existencia de los #os sise!as #e a(ua "oa+le, que con la construcción de la presa, se pretende incorporar a los dos sistemas como componentes de la presa, en este caso se convertiría en otros dos usuarios más, por lo tanto dependiendo de la capacidad de entrega de agua de la presa, siempre se debe tomar en cuenta que por lo menos se extraerán - ls, lo cual si la presa opera con su capacidad normal no tendrá influencia sobre los caudales de entrega a las dos márgenes de riego, ya que los dos sistemas de agua potable
no toman aguas del canal ni de los dos secundarios. (tro aspecto muy importante que es necesario dimensionar es que la Ley :;;; del
MANTENIMIENTO &on la construcción de la presa, obra de toma, canal de conducción revestido y obras de arte, los traba#os de mantenimiento deben ser reali"ados rigurosamente a fin de que cada componente de la infraestructura cumpla sus ob#etivos para los cuales ha sido construida y asegure el almacenamiento y la distribución de agua a los usuarios en el momento oportuno.
Las formas de mantenimiento son/
Las aci,i#a#es "re,eni,as #enro #e un sise!a #e rie(o se "ro(ra!a "ara* = 3archado de canales revestidos. = 3rotección de quebradas. = !ngrase y pintado de compuertas. = Limpie"a de válvulas. = Limpie"a de "an#as de coronamiento, drena#es y alcantarillas.
EL MANTENIMIENTO DE EMERGENCIA consiste en aquellas actividades que se reali"an cuando ocurren situaciones no usuales, que podrían poner en #uego la estabilidad de la presa o la estabilidad de los canales principales que dan lugar a tomar acciones inmediatas, por lo general, demandan grandes inversiones de recursos humanos y financieros. Las causas que dan lugar a los traba#os de emergencia, en la mayoría de los casos es la falta de la implementación de los traba#os de mantenimiento preventivo o rutinario. >n sistema de riego debe contar para casos de emergencia, brigadas de emergencia que efectúen la vigilancia de la infraestructura expuesta a este tipo de daos durante su funcionamiento, tambi'n se debe contar con un presupuesto para daos eventuales.
!l mantenimiento de las estructuras de control de flu#o, se reali"a cuando existe una red de aforadores que permita una me#or distribución de agua, por lo que es necesario reali"ar el mantenimiento minucioso de las po"as de estabili"ación, las reglas graduadas y las estructuras de disipación. !l mantenimiento de la presa por ser una obra de envergadura será reali"ado con mucho cuidado. Las actividades de mantenimiento en la presa se reducen a pequeas actividades, pero en el presente caso los usuarios no tienen experiencia, sin embargo es necesario que tomen en cuenta la necesidad de efectuar un traba#o serio de los aspectos más importantes que a continuación se detallan/
)e tiene que controlar que la estructura de tierra no sufra dao alguno y si se da el caso, se debe inmediatamente reali"ar las reparaciones. 3rotección anticorrosiva de las estructuras metálicas, esta práctica se la debe reali"ar anualmente, pintando las estructuras metálicas que componen la obra de toma con pintura anticorrosiva. !ngrase y a#uste periódico de los dispositivos de conducción y operación como ser tuberías, válvulas y otros que requieren de esta práctica. !sta actividad debe ser reali"ada anualmente, controlando periódicamente las posibles filtraciones que puedan originarse, en ese caso se deben cambiar las empaquetaduras. &ontrol periódico de los drenes basales ubicados al pie de los taludes, observando los caudales de filtración que no sobrepasen de lo normal. )i se diera el caso de filtraciones mayores a lo normal, se debe propiciar una inspección t'cnica para su evaluación.
Para el !aneni!ieno #e los canales re,esi#os #e+er&n o!arse en cuena los si(uienes as"ecos*
)ellar las fisuras del canal revestido. ?eparar lugares de filtración. &onstrucción de barbacanas en sectores donde actúa presión hidrostática en los muros. !stabili"ación de quebradas y desli"amiento. Limpie"a de sedimentos a lo largo de todo el canal. Limpie"a y conformación de bermas en los canales. 3rotección de taludes del canal donde serán susceptibles a ser utili"ados como bebederos de animales. Limpie"a de matorrales. 2e igual manera se tiene que tomar en cuenta, el mantenimiento de la infraestructura de distribución, donde las compuertas metálicas como elementos de permanente accionar, demandan de un mantenimiento regular según el tipo de componentes con que cuentan 7pintado y engrasado y en caso de que se requiera reparaciones o cambios en la parte metálica de las compuertas8.
