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INTRODUCCION……………………………………………………………….………………......... 03
MARCO TEORICO…………………………………………………………………………………….. 04
1) Embalses……………………………. ……………………………………………………. 04 1.1) Clasificación……….…………..…………………….……………….. 04 1.2) Ventajas ...……………………………………………………………... 06 1.3) Desventajas…………………………………………………………….. 06 1.4) Consideración para la selección del sitio Del embalse…………………………………………………………….. 06 1.5) Características del embalse……………………………….. 08 1.6) Niveles característicos……………………………………….. 09 1.7) Rendimiento del embalse……………………………………… 11 1.8) Procedimiento general para la planeación De un embalse………………………………………………………… 11 1.9) Aportes de sedimentos al embalse…………………….. 12 1.10) Problemas causados por los sedimentos…………….. 16 1.11) Efectos ambientales potenciales debidos a la construcción y puesto en marcha de un embalse…………………………………………………………..16 1.12) Medidas de protección de un embalse ………………. 18 1.13) Diseño del embalse………………………………………………….19 1.14) Operación del embalse…………………………………………… 19 1.15) Determinación del volumen útil…………………………….20 1.16) Determinación del volumen muerto……………………. 21 2. Presas……………………………………………………………………………………….. 24 2.1) Tipos de Presas…………………………………………….… 25 2.1.1) Por su estructura……………………………………….. 26 - Presa de gravedad …………………………………. 26 - Presa de arco………………………………………….. 27 - Presa de bóveda o doble arco………………. 28 - Presa de arco – gravedad……………………… 29 - Presa de contrafuerte…………………………… 29 - Presa de bóvedas multiples………………….. 30 2.1.2) Por su aplicación…………………………………………. 30
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2.1.2) Por su material…….…………………………………………31 2.2) Elementos constructivos………………………………….… 33 2.2.1) Planta de generación de Energía…………………………………………………………… 33 2.2.2) Aliveaderos………….………………………………………… 33 2.3) Impacto humano y social………………………………….… 34 2.4) Riesgo que supone la construcción De una presa…………………….………………………………….… 34 3) Presas en el Perú…………………….……………………………………. 3.1) Desarrollo histórico….…………….……………….. 3.2) Tipología de las presas peruanas……………. 3.3) Ejemplos de presas……………………………………
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ANEXOS…………………………………………………………………………………………………………. 55
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INTRODUCCION La existencia del hombre, como la de cualquier otro ser vivo, ha estado ligada a la posibilidad de disponer de agua. A lo largo de las diferentes etapas evolutivas de la civilización, esta dependencia ha sido en aumento.
Está claro pues el interés del hombre por contar con una fuente segura de abastecimiento de agua, pero el agua como todos los fenómenos naturales se presenta de forma discontinua, hay épocas en que las corrientes se incrementan de forma sorprendente, de manera que inundan los terrenos circundantes destruyendo lo que encuentran a su paso y otras en que los ríos se secan haciendo padecer sus consecuencias a todos sus usuarios. Estas circunstancias llevó al hombre a tratar de almacenar el agua creando los embalses.
Los estanques de almacenamiento juegan un papel básico para el diseño del sistema de distribución de agua, tanto desde el punto de vista económico, así como por su importancia en el funcionamiento hidráulico del sistema y en el mantenimiento de un servicio eficiente. Un estanque de almacenamiento cumple tres propósitos fundamentales: 1) Compensar las variaciones de los consumosque se producen durante el día. 2) Mantener las presiones adecuadas en la red de distribución. 3) Mantener almacenada cierta cantidad de agua para atender situaciones de emergencia tales como incendios e interrupciones por daños de tuberías de aducción o de estaciones de bombeo.
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MARCO TEORICO EMBALSES Son volúmenes de agua retenidos en un vaso topográfico natural o artificial gracias a la realización de obras hidráulicas.
Clasificación: La clasificación de los embalses se puede hacer según su función y según su tamaño, de la siguiente manera:
1) Según su función 1.1 Embalses de acumulación: retienen excesos de agua en períodos de alto escurrimiento para ser usados en épocas de sequía. 1.2 Embalses de distribución: no producen grandes almacenamientos pero facilitan regularizar el funcionamiento de sistemas de suministro de agua, plantas de tratamiento o estaciones de bombeo. 1.3 Pondajes: pequeños almacenamientos para suplir consumos locales o demandas pico.
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2) Según su tamaño La clasificación de los embalses de acuerdo al tamaño se hace más por razones de tipo estadístico que por interés desde el punto de vista técnico.
2.1 Embalses gigantes: mayor a 100,000 Mm3 2.2 Embalses muy grandes: entre 100,000 Mm3 y 10,000 Mm3 2.3 Embalses grandes: entre 10,000 Mm3 y 1,000 Mm3 2.4 Embalses medianos: entre 1,000 Mm3 y 1 Mm3 2.5 Embalses pequeños o pondajes: menor a 1 Mm3
Leyenda: Mm3: millones de metros cúbicos.
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VENTAJAS DE LOS EMBALSES · Mejoramiento en el suministro de agua a núcleos urbanos en épocas de sequía. · Aumento de las posibilidades y superficie de riegos. · Desarrollo de la industria pesquera. · Incremento de las posibilidades de recreación. · Mantenimiento de reservas de agua para diferentes usos. · Incremento de vías navegables y disminución de distancias para navegación. · Control de crecientes de los ríos y daños causados por inundaciones. · Mejoramiento de condiciones ambientales y paisajísticas.
DESVENTAJAS DE LOS EMBALSES · Pérdidas en la actividad agroindustrial por inundación de zonas con alto índice de desarrollo. · Cambios en la ecología de la zona. · Traslado de asentamientos humanos siempre difíciles y costosos. · Inestabilidad en los taludes. · Posible incremento de la actividad sísmica, especialmente durante el llenado de embalses muy grandes.
CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DEL SITIO DEL EMBALSE · El vaso natural debe tener una adecuada capacidad, la que es definida por la topografía. Se debe buscar obtener la mayor relación entre agua almacenada a volumen de presa, ojalá mayor que diez para pequeños proyectos. La siguiente tabla incluye ejemplos de embalses muy conocidos a nivel nacional y mundial.
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La geología del lugar debe analizarse desde el punto de vista de la filtración del lecho del embalse estudiando fallas, contactos y fisuras. Las filtraciones ocasionan no solamente pérdidas de agua, sino también ascenso del nivel freático dando lugar a cambios en las condiciones de los suelos adyacentes. Las mejores condiciones para un embalse las dan suelos arcillosos o suelos formados por rocas sanas, y las peores los suelos limo-arenosos. Si las filtraciones son muy grandes, casi seguro que el vaso topográfico natural no es factible para el almacenamiento. Si resulta económico, se puede impermeabilizar el vaso, lo que sobre todo es factible en el caso de pondajes.
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La estabilidad de los taludes del embalse debe ser analizada, puesto que cuando el embalse está lleno no se presentan serios problemas, pero éstos surgen al ocurrir descensos en los niveles del agua y especialmente si son súbitos.
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Es necesario hacer el avalúo de los terrenos a inundar. El costo de compra de los terrenos no debe ser excesivo. El área del embalse no debe tener en lo posible vías importantes ni edificaciones de relocalización costosa.
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La calidad del agua embalsada es importante y debe ser satisfactoria para el uso proyectado. Los aportes de agua de la cuenca hidrográfica deben ser suficientes durante los períodos de lluvia para llenar el embalse y poder suplir la demanda durante épocas de sequía; en otro caso, hay que estudiar la posibilidad de trasvases.
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El impacto ambiental y social tanto aguas arriba como aguas abajo debe considerarse y evaluarse.
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La limpieza de la zona del embalse puede resultar costosa y debe considerarse a favor o en contra de un proyecto. Materias flotantes, árboles, y otros desechos pueden ser causa de problemas en el funcionamiento de las obras y en la explotación del embalse. La hoya hidrográfica debe presentar pocos síntomas de erosión.
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Se busca que en la vecindad haya materiales para la construcción de la presa y obras anexas.
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CARACTERÍSTICAS DE LOS EMBALSES Lo más importante de un embalse es su capacidad de almacenamiento, que se representa por medio de las curvas características que son dos:
1.
Curva área-elevación: se construye a partir de información topográfica planimetrando el área comprendida entre cada curva de nivel del vaso topográfico. Indica la superficie inundada correspondiente a cada elevación.
2.
Curva capacidad-elevación: se obtiene mediante la integración de la curva área-elevación. Indica el volumen almacenado correspondiente a cada elevación.
Se requiere para determinar estas curvas de información topográfica consistente en un plano topográfico de la cuenca hidrográfica. Escalas usuales son 1:50.000, 1:25.000, 1:20.000, 1:10.000, 1:5.000, y 1:1.000, con curvas de nivel entre 20 m y 1 m, dependiendo de la magnitud del proyecto y del nivel de precisión requerido. El incremento de volumen entre dos curvas de nivel consecutivas se calcula con la siguiente expresión:
Ejemplo:
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NIVELES CARACTERÍSTICOS -
Nivel de embalse muerto (NM E ): es el nivel mínimo de agua en el embalse. Delimita superiormente el volumen muerto del embalse el cuál debe exceder en capacidad al volumen de sedimentos calculado durante la vida útil con el fin de que el embalse los pueda contener. Su determinación es muy compleja, sobre todo si el embalse es de propósito múltiple (caso en que debe tenerse en cuenta la carga de agua sobre las turbinas, condiciones de navegación aguas arriba, altura de comando sobre las tierras de riego, etc.).
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Nivel mínimo de operación del embalse (NMOE ): delimita superiormente el volumen generado por la altura mínima del agua necesaria para el correcto funcionamiento de toma de agua la que se sitúa por encima deNME.
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Nivel normal del agua (NN E ): delimita superiormente al volumen útil del embalse, que es el que se aprovecha y gasta en función de diferentes propósitos: energía, irrigación, suministro de agua, etc. Para su ubicación se tienen en cuenta los siguientes aspectos: aportes de la cuenca, demanda de agua, pérdidas por infiltración y evaporación.
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Nivel forzado de agua (NF E ): se presenta temporalmente durante la creciente de los ríos dando lugar al volumen forzado del embalse, el cual puede ser usado en algunos casos, pero por lo general es evacuado rápidamente por medio del vertedor de demasías o rebosadero o aliviadero.
En condiciones normales ocurre oscilación del nivel del agua entre el NNE y el NMOE.
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Volumen total del embalse = volumen muerto + volumen de operación + volumen útil + volumen forzado.
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RENDIMIENTO DEL EMBALSE Es la cantidad de agua que puede proporcionar el embalse en un intervalo específico de tiempo. El rendimiento seguro o firme, es la cantidad máxima de agua que puede garantizarse durante un período crítico de sequía. El rendimiento secundario es el agua disponible en exceso del rendimiento seguro durante períodos de escurrimiento altos.
PROCEDIMIENTO GENERAL PARA LA PLANEACIÓN DE UN EMBALSE 1. Cálculo del costo del embalse para varias alturas del llenado. 2. Cálculo del costo del beneficio que se puede obtener al garantizar una demanda para varias alturas de llenado. 3. Cálculo del beneficio neto. 4. Selección del proyecto con mayores beneficios, considerando si es necesario y posible, otros factores como el social y el ecológico. Al hacer una optimización de este tipo, se comprueba que el río sin proyecto puede proporcionar algún tipo de beneficio y por otro lado, que se llega un momento en que un incremento en la altura de la presa no significa un incremento en el beneficio neto. Esto se explica por el hecho de que no se puede extraer del río más allá de los aportes que suministra en un período determinado.
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APORTE DE SEDIMENTOS AL EMBALSE El aporte de sedimentos a un embalse tiene gran influencia sobre la factibilidad técnica y económica y sobre la operación de proyectos de recursos hídricos. Los sedimentos ocasionan no solamente reducción de la capacidad de almacenamiento sino que también pueden llegar a ocasionar problemas en el funcionamiento de tomas y descargas de agua. La evaluación precisa de esta influencia se hace difícil porque normalmente existen limitaciones significativas en la información básica disponible. Sedimentos son todas aquellas partículas que una corriente lleva por deslizamiento, rodamiento, o saltación, ya sea en suspensión o sobre el fondo del lecho. Los sedimentos tienen su srcen en el lecho, en las laderas del río y en la cuenca hidrográfica. Tres clases de materiales se distinguen en un cauce natural considerando únicamente la resistencia que ofrecen a ser transportados por una corriente: materiales no cohesivos o granulares, materiales cohesivos y rocas. El material granular está formado por partículas sueltas. La fuerza que un líquido debe hacer para mover las partículas es función del peso de cada partícula y del coeficiente de fricción interna. El material cohesivo está formado de partículas muy pequeñas que ofrecen resistencia al flujo de agua. La fuerza de cohesión que impide el transporte de las partículas por una corriente es considerablemente mayor que el peso de la partícula, y por lo tanto, una vez que esta fuerza es vencida, la partícula se puede
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comportar como si fuera granular y ser transportada en suspensión debido a su peso y tamaño reducidos. El material rocoso usualmente no es movido o erodado por una corriente de agua durante el tiempo de vida de una estructura. El material rocoso puede comportarse como granular si está fracturado y la energía del flujo es muy alta. La interacción entre el flujo y el material granular aluvial ha sido más ampliamente estudiada debido a que es el caso más frecuente asociado con problemas en la hidráulica de ríos. Las partículas se mueven generalmente rodando o deslizándose unas sobre otras en velocidades bajas. Sin embargo, cuando las velocidades aumentan, arenas e incluso gravas pueden ser transportadas en suspensión. El transporte de sedimentos se clasifica en dos grandes grupos de acuerdo con su srcen: carga de lecho y carga lavada. La principal diferencia entre el uno y el otro es que la carga de lecho depende de las características hidráulicas del flujo y de las características físicas de los materiales, en tanto que la carga lavada depende más de las condiciones de la cuenca hidrográfica.
Carga de lecho total (Sl T ) Los sedimentos tienen srcen en el lecho del cauce y pueden ser transportados como carga de lecho en el fondo (Slf), o como carga de lecho suspendida (Sls). La carga de lecho es generalmente granular de tipo piedras, gravas, y arenas.
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-
Carga de lecho en el fondo (S l f )
Es el material del lecho que es transportado por la corriente en una capa próxima al fondo ya sea por deslizamiento, rodamiento o saltación, y tiene un espesor aproximado igual a dos veces el diámetro de la partícula considerada. No es fácil su cuantificación pues es complicado distinguir el material que está en el fondo del cauce en movimiento y el que no es arrastrado por la corriente.
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Carga de lecho suspendida (Sl s )
Es el material del lecho que es transportado en suspensión por el flujo de agua debido a su velocidad y turbulencia, que hacen que las partículas del fondo del cauce se levanten. Las partículas se mantienen en suspensión hasta que caen nuevamente al cesar las condiciones de velocidad y turbulencia. Está formada principalmente por material granular tipo arenas y gravas. La carga en suspensión es cuantificable con muestreadores de sedimentos. Una muestra de agua tomada en ríos de cuencas muy bien conservadas que aportan muy poca carga lavada es representativa de la carga de lecho en suspensión.
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Carga lavada (Sl )
Está formada por el material muy fino que transporta la corriente en suspensión. Estos sedimentos tienen su srcen en la cuenca hidrográfica. Todo el sedimento lavado proviene de aguas arriba y no es representativo del sedimento en el fondo del cauce. La carga lavada está formada por partículas muy finas, especialmente limos y arcillas que son mantenidas fácilmente en suspensión, con diámetro menor que 0.062 mm. No es significativa para el dimensionamiento de un embalse pero sí afecta la calidad del agua. Una muestra de carga lavada se puede obtener en tramos del río con velocidades muy bajas, y su cuantificación debe hacerse en laboratorio.
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Carga de sedimentos en suspensión (Ss )
La carga de sedimentos en suspensión está formada por la combinación de carga de lecho suspendida y carga lavada.
Una muestra de agua tomada en una corriente natural es siempre representativa de la concentración de material sólido en suspensión puesto que incluye la carga lavada y la carga de lecho suspendida.
-
Carga total de sedimentos (ST )
La carga total de sedimentos está dada por las siguientes expresiones:
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PROBLEMAS CAUSADOS POR LOS SEDIMENTOS El destino final de un embalse es llenarse de sedimentos determinando así su vida útil. Los sedimentos influyen sobre el cauce del río interceptado y el embalse en diferentes formas: -
Depósitos de sedimentos en los embalses, lo que ocasiona reducción en el volumen útil disponible, obstrucción de tomas, estaciones de bombeo,
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descargas de fondo. Calidad deficiente de las aguas en cuanto a la concentración y al tipo de sedimentos. Esto puede afectar la operación de las plantas de tratamiento y ocasionar desgastes en máquinas y tuberías.
-
Aguas arriba se causa agradación en el río principal y en los tributarios. Aguas abajo se causa degradación pues el agua descargada tiene mayor capacidad de transporte de sedimentos.
La sedimentación en el embalse puede ser o no significativa. En el 95% de los casos el volumen muerto es del orden de un 10% (8% a 12%) del volumen total en un período útil de 50 a 100 años.
EFECTOS AMBIENTALES POTENCIALES DEBIDOS A LA CONSTRUCCIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE UN EMBALSE Los impactos srcinados por el embalsamiento deben ser analizados considerando la respuesta del ecosistema durante las fases de construcción del proyecto y de operación del embalse. Una lista de posibles impactos es la siguiente:
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Fase de construcción Desecho de sedimentos provenientes de la construcción de las obras en la corriente natural.
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Descarga de pesticidas, desechos orgánicos o petroquímicos y otros
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elementos contaminantes. Contaminación del aire con partículas sólidas en suspensión.
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Aumento del ruido como consecuencia de la utilización de maquinaria y de las diversas operaciones necesarias para la construcción de las obras.
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Inestabilidad de taludes por explotación de canteras. En principio, la solución óptima para la explotación de canteras consiste en localizarlas en los terrenos
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correspondientes al vaso del embalse de forma que queden cubiertas por las aguas una vez que se haya puesto al servicio. -
Alteraciones en la morfología del cauce, en la red de drenaje y en el paisaje.
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Alteraciones en la flora y la fauna por las desviaciones del cauce.
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Alteraciones sobre las condiciones de vida humana al presentarse presión sobre el uso de los servicios públicos y en general sobre la población tradicionalmente establecida.
Introducción de vectores de enfermedades.
Fase de operación del embalse
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En la zona inundada
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Pérdida de recursos edáficos al quedar inundado el vaso hidrográfico.
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Impacto en los usos del suelo por inundaciones del terreno, siendo a veces preciso cambiar las prácticas tradicionales.
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Aporte de residuos al embalse por actividades recreativas.
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Contaminación del aire por el tráfico inducido.
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Descomposición orgánica en el embalse.
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Eutroficación. Deficiencias en la cantidad de oxígeno disuelto.
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Cambio de ambiente de río a lago y posible reducción de la diversidad de especies.
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Sedimentación en el embalse, disminuyendo el volumen útil y ocasionando la posible obstrucción de tomas y descargas de agua.
-
Cambio en el paisaje como consecuencia de la desaparición de algunos de sus elementos característicos, o de su modificación por la introducción de obras ajenas al medio.
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Inestabilidad de taludes causada por el oleaje y por la fluctuación de niveles del agua. El desembalse súbito constituye la situación de mayor peligro, no solo para la estabilidad de las laderas del embalse, sino también para la estabilidad
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de la presa especialmente si es de materiales sueltos. Alteraciones sobre el nivel freático.
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Alteraciones de la fauna y de la vegetación por modificaciones en su hábitat natural.
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Erosión de las laderas del embalse por la acción del oleaje.
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Evaporación de embalses e incremento en la humedad atmosférica.
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Efecto del remanso causando, por ejemplo, sedimentación en tributarios.
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Estratificación de temperaturas en el embalse, lo que a su vez es srcen de una gama de cambios sobre la calidad del agua. Estos cambios son de difícil predicción y dependen de la geometría del vaso, del flujo de agua en el embalse, de la velocidad del viento, y de la radiación solar. Probablemente el efecto más grande de la estratificación térmica es la inhibición de transferencia entre el epilimnion rico en oxígeno y el hipolimnion donde el oxígeno se agota debido a la oxidación de residuos orgánicos.
- En la zona aguas abajo -
Erosión en el cauce por la retención de sedimentos aguas arriba.
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Descenso de la fertilidad de los suelos al quedar desprovistos de la aportación de limo.
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Impacto sobre la biota debido a la variación en la calidad del agua. Posible eliminación de nutrientes en el contenido de agua, con efecto sobre los agroecosistemas.
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Impacto sobre los peces, los cultivos, etc. debido al cambio de temperatura de las aguas.
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Descarga de agua con temperaturas inadecuadas para los usos aguas abajo.
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Impacto favorable sobre los usos del suelo al aumentar control de inundaciones y a las posibilidades de irrigación.
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Control de contaminaciones al regular el caudal en épocas de estiajes.
La anterior lista, a pesar de su extensión, no deja de ser incompleta. Cada situación debe ser evaluada integralmente para definir la magnitud, la importancia y la duración de los efectos asociados a cada proyecto de aprovechamiento del recurso agua, y considerando, que algunos pueden ser positivos y otros negativos.
MEDIDAS DE PROTECCIÓN DE UN EMBALSE
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Cultivar las laderas en fajas o terrazas para retrasar el escurrimiento y mermar la erosión de la cuenca con el fin de reducir el aporte de sedimentos al embalse.
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Construir pequeñas presas de retención en las laderas.
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Colocar cubierta vegetal sobre el terreno para amortiguar el impacto de la lluvia.
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Construir trampas de sedimentos en los afluentes al embalse.
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Estabilizar los suelos de los taludes.
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Desmontar y limpiar del vaso.
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Tratar las aguas que llegan al vaso.
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Airear naturalmente el embalse por oscilación de niveles del agua y eventualmente usar aireación artificial, por ejemplo, haciendo inyecciones de oxígeno.
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Controlar de niveles del agua para navegación y recreación.
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Remover de azolves.
DISEÑO DEL EMBALSE Consiste en la determinación del tamaño del almacenamiento incluyendo el volumen muerto, el útil, las pérdidas, volumen de operación, volumen forzado y el borde libre.
OPERACIÓN DE EMBALSES Es la simulación del comportamiento del embalse a través del tiempo. Las reglas de operación que se deducen están afectadas por los datos hidrológicos que son difíciles de predecir, por lo que la regulación que se establezca para el embalse debe ser ajustada o variada de acuerdo con las condiciones reales de funcionamiento que se presenten.
Los estudios se pueden dividir en tres tipos:
-
Determinar
la
descarga
óptima
del
embalse
teniendo
en
cuenta
almacenamientos largos o estacionales (multianuales, anuales, mensuales). -
Hacer la operación del embalse para suplir las fluctuaciones de la demanda en horas picos (regulación horaria, diaria, semanal).
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Dar las reglas para la operación del embalse en épocas de sequía o de precipitaciones extremas.
La operación del embalse se hace para cualquiera de los siguientes casos:
-
Determinar el volumen necesario a embalsar para suplir la demanda. Determinar el consumo máximo que se puede garantizar si se tiene como limitante el volumen del embalse.
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Optimización del embalse en proyectos multipropósito.
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La operación de embalses está regulada por las siguientes ecuaciones básicas:
Ecuación de continuidad DV = Ventra - Vsale DV = cambio en el almacenamiento durante un período dado (semana, mes). Ventra = aportes al embalse durante un período dado (semana, mes). Vsale = caudales de demanda, vertimiento, pérdidas durante un período dado. Las pérdidas en el embalse pueden ser por evaporación o por filtración. DV = Vf -Vi Vf = almacenamiento al final del período Vi = almacenamiento al inicio del período
La operación de embalses se hace para un ciclo. Un ciclo se considera formado por el número de años para los cuales existen datos hidrológicos. Para la mayoría de estudios se buscan datos de mínimo 20 años. Para el caso de muchos pequeños proyectos la información disponible es solo la que se puede recoger durante los estudios.
Para realizar la operación de embalses se asume que el caudal que ha ocurrido en el pasado se repite en el futuro.
Teóricamente se puede construir una presa en cualquier sección de un curso de agua pero no siempre resulta práctico hacerlo de modo que resulte segura, económica y de capacidad suficiente para suplir las necesidades de los usuarios. Se puede dar el caso de que la demanda de agua exceda la capacidad disponible del vaso. En estos casos, toca por ejemplo, aumentar la altura de la presa y a veces también se hace necesario la construcción de diques para aumentar la capacidad de almacenamiento.
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN ÚTIL
Para determinar el volumen útil del embalse se consideran los siguientes criterios: -
Se busca tener el embalse lleno la mayor parte del año.
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La operación del embalse se inicia considerándolo lleno al inicio del ciclo.
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El embalse se considera lleno cuando el volumen de almacenamiento es cero y desocupado para un volumen igual al máximo valor absoluto.
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-
Rebose solo se presenta cuando el embalse está lleno y cuando el volumen que entra al embalse sea mayor que el volumen que sale del embalse.
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Al finalizar la operación del embalse se debe chequear que el almacenamiento al final de la operación sea igual al almacenamiento al inicio de la operación. Este implica que se siga con la operación del embalse hasta que logre el ajuste.
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El volumen útil requerido es el mayor valor absoluto de la operación del embalse.
El período crítico es el número de períodos de tiempo desde que el embalse está lleno hasta que se desocupa.
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La operación del embalse se puede hacer para períodos semanales, mensuales, anuales, o multianuales, con la limitación de que los aportes medios del río al embalse en un período dado deben superar la demanda media en el mismo período.
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN MUERTO DEL EMBALSE Para el dimensionamiento de embalses, se requiere contar con estimativos suficientemente precisos del tipo, magnitud y variación a través del tiempo del transporte de sólidos por las corrientes de agua que llegan al embalse. Esta información es útil para planear medidas de control de erosión en la cuenca del embalse y anticipar los efectos de modificaciones en la hoya sobre la producción de sedimentos. Es frecuente que la información histórica sobre transporte de sedimentos sea muy deficiente en cuanto a su calidad, representatividad y duración. En muchos casos no hay datos y la información disponible es la que se obtiene durante el tiempo de estudio del proyecto. Este problema no es solo de Colombia pues también ocurre en países desarrollados.
La ausencia de información se traduce en la dificultad para decidir sobre la factibilidad de un proyecto, especialmente cuando depende de la apreciación correcta del acarreo de sedimentos al embalse.
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Los factores principales que afectan el transporte de sedimentos a un embalse son:
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Características hidráulicas del cauce.
-
Características de los materiales del cauce.
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Factores hidrometeorológicos que afectan el proceso erosivo.
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Factores topográficos, especialmente importantes en zonas de montaña que en combinación con lluvias copiosas generan crecientes rápidas con alto potencial
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de arrastre. Factores geológicos causantes de problemas principalmente en la zona andina de Colombia con frecuentes inestabilidades de los taludes y cañones de los ríos y quebradas. Estas inestabilidades generan la formación de depósitos de sedimentos poco consolidados que a su vez constituyen aporte de sedimentos a los cauces.
-
Factores erosivos agravados por reforestación.
-
Mal manejo de materiales sobrantes de obras de ingeniería civil.
La toma de datos de sedimentos en nuestro país se inició hace unos 30 años, habiéndose
limitado
especialmente
a
los
ríos
con
proyectos
de
centrales
hidroeléctricas importantes. La escasez de información ha ocasionado serias dificultades en la operación de algunos embalses. Caso típico es el del Bajo Anchicayá que se colmató en pocos años después de su construcción y se ve sometido a permanentes operaciones de dragado.
Es posible calcular teóricamente la capacidad de transporte de material de lecho de un río aplicando principios de mecánica de fluidos, pero la dificultad está en la adquisición de la información necesaria. La determinación teórica del material suspendido es difícil, y se hace preciso recurrir a la toma directa de muestras de campo. El material suspendido usualmente es predominante y sobre todo es alto en épocas lluviosas. El material de lecho usualmente se considera como un 25% del suspendido.
Ante la necesidad de contar con registros de sedimentos suficientemente largos y bien distribuidos a lo largo de la cuenca del cauce en estudio, es fundamental considerar las estaciones automáticas de muestreo continuo y muestreadores de sedimentos para aguas altas.
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En resumen, para el dimensionamiento del volumen muerto de un embalse, se requiere contar con información de caudales máximos y de aporte y calidad de los sedimentos que llegan al embalse.
Las gravas finas, arenas, limos y arcillas constituyen el mayor porcentaje de sedimentos que contribuyen a la formación del embalse muerto. El mayor porcentaje de aporte de sedimentos se da cuando se presenta una creciente en el río por lo que los caudales máximos son los que se consideran para la determinación del volumen muerto. Dos formas para calcular el volumen muerto se van a considerar a continuación, teniendo en cuenta si se tienen o no información sobre caudal y sedimentos.
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PRESAS De la definición de presa se desprende que las presas son estructuras cuya razón de ser se funda en la condición de que el agua que retienen se utilice con dos finalidades alternativas o simultáneas:
-
Elevar su nivel para poder conducirla.
-
Formar un depósito que retenga los excedentes hídricos, para poder compensar luego los períodos de escasez, o para amortiguar (laminar) las crecidas.
Esa condición de producir un embalse, hace que el agua retenida ejerza un empuje de gran entidad sobre la estructura, siendo ésta la mayor solicitación para la que debe diseñarse la obra. Desde el punto de vista resistente, el problema fundamental que debe resolverse es la forma en que la presa absorberá la presión que le transmite el agua sin romperse y sin transmitir al terreno
natural
más
carga
de
la
que
éste
puede
soportar.
Todos sabemos que una corriente de agua posee una "fuerza" que es tanto más incontrolable cuanto mayor es su caudal y la pendiente del río. En el mismo sentido se incrementa su potencial destructivo. Al oponerle un obstáculo para embalsarla, la estructura llamada presa tiene que poder asimilar tal empuje de forma permanente, para cualquier condición de carga y transferirlo a la tierra. Tanto la forma en que la estructura resiste ese empuje, como la manera en que la transmite a tierra, determinarán el tipo de presa que el proyectista elija. La fundación o cimentación, a su vez, debe ser capaz de soportar la presión a que la someterá la presa una vez lleno el embalse, cualidad que suele denominarse como "capacidad portante" y que depende del tipo de suelo y/o roca que la conforma, es decir de la geología del emplazamiento.
La otra característica básica a considerar en el diseño de una presa, es que el agua penetra en todos los intersticios provocando presiones indeseadas dentro de la misma estructura, las que deben ser localizadas para diseñar la presa de manera que pueda resistirlas, y/o disipar el exceso de presión que esta condición genera, y/o buscar los mecanismos para que las partes de las obras
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que puedan ser dañadas resulten aisladas, protegidas o impermeabilizadas.
Otra importante condición la constituye la necesidad de lograr las premisas técnicas precedentemente enunciadas a un costo que permita la construcción económica de la obra, con esquemas factibles y aceptables para el mercado financiero. Esta búsqueda de alternativas económicas posibles, ha llevado en los últimos años a la incorporación de nuevos diseños y sistemas constructivos para las presas. Dos de ellos han tenido amplia difusión desde mediados de la década de 1980 hasta el presente debido a que, sin resignar condiciones de resistencia y durabilidad, se ha logrado disminuir los costos y los tiempos de construcción. Se trata de los sistemas conocidos como presa de materiales sueltos con cara de hormigón aguas arriba (sus siglas en inglés son C.F.R.D.) y presa de hormigón compactado a rodillo (sus siglas en inglés son R.C.C), las que son descriptas más adelante.
TIPOS DE PRESAS: Los diferentes tipos de presas responden a las diversas posibilidades de cumplir la doble exigencia de resistir el empuje del agua y evacuarla cuando sea preciso. En cada caso, las características del terreno y los usos que se le quiera dar al agua, condicionan la elección del tipo de presa más adecuado. Existen numerosas clasificaciones, dependiendo de:
si son fijas o móviles (hinchables, por ejemplo)
su forma o manera de transmitir las cargas a las que se ve sometida
los materiales empleados en la construcción
Dependiendo de su forma pueden ser:
de gravedad
de contrafuertes
de arco simple bóvedas o arcos de doble curvatura
mixta, si está compuesta por partes de diferente tipología
Dependiendo del material se pueden clasificar en:
de hormigón (masivo convencional o compactado con rodillo)
de mampostería
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de materiales sueltos (de escollera, de núcleo de arcilla, con pantalla asfáltica, con pantalla de hormigón, homogénea)
Las presas hinchables, basculantes y pivotantes suelen ser de mucha menor entidad.
POR SU ESTRUCTURA:
1) Presas de gravedad: Las presas de gravedad son estructuras de hormigón de sección triangular; la base es ancha y se va estrechando hacia la parte superior; la cara que da al embalse es prácticamente vertical. Vistas desde arriba son rectas o de curva suave.
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 quela presión en el fondo del
embalse es mayor que en la superficie, de esta forma, el muro tendrá que soportar más presión en el lecho del cauce que en la superficie. La inclinación sobre la cara aguas arriba hace que el peso del agua sobre la presa incremente su estabilidad. La estabilidad de estas presas radica en su propio peso. Es el tipo de construcción más duradero y el que requiere menor mantenimiento. Su altura suele estar limitada por la resistencia del terreno. Un ejemplo de este tipo de presas es la presa Grande Dixence, en Suiza (1962), la cual tiene una altura de 284 m y es una de las más grandes del mundo.
Dentro de las presas de gravedad se puede tener:
Escollera: Tierra homogénea, tierra zonificada, CFRD (grava con losa de hormigón), de roca.
De hormigón: tipo RCC (hormigón rodillado) y hormigón convencional.
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Presa de gravedad del embalse de Rosarito
Presa de tipo gravedad.
Sección esquemática de una presa de tipo gravedad.
2) Presa de arco: Es aquella en la que su propia forma es la encargada de resistir el empuje del
agua. Debido a que la presión se transfiere en forma muy concentrada hacia las laderas de la cerrada, se requiere que ésta sea de roca muy dura y resistente. Constituyen las represas más innovadoras en cuanto al diseño y que
menor cantidad de hormigón se necesita para su construcción. La primera presa de arco de la que se tiene noticia es la presa de Vallon de Baume, realizada por los romanos cerca de Glanum (Francia).
Presa Hoover
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resa de Arco
Sección esquemática de una presa bóveda
Sección esquemática de una presa bóveda
3) Presa de bóveda o de doble arco: Cuando la presa tiene curvatura en el plano vertical y en el plano horizontal,
también se denomina de bóveda. Para lograr sus complejas formas se construyen con hormigón y requieren gran habilidad y experiencia de sus constructores que deben recurrir a sistemas constructivos poco comunes.
Presa Hoover, una presa de tipo arco-gravedad
Presa de bóveda en el embalse de Almendra
Presa de bóveda.
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4) Presa de arco-gravedad: Combina características de las presas de arco y las presas de gravedad y se considera una solución de compromiso entre los dos tipos. Tiene forma curva para dirigir la mayor parte del esfuerzo contra las paredes de un cañón o un valle, que sirven de apoyo al arco de la presa. Además, el muro de contención tiene más
espesor en la base y el peso de la presa permite soportar parte del empuje del agua.Este tipo de presa precisa menor volumen de relleno que una presa de gravedad.
Presa del embalse de Santa Eulalia
Presa Hoover, una presa de tipo arco-gravedad
5) Presas de contrafuertes: Las presas de contrafuertes tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base. Hay varios tipos de presa de contrafuertes: los más comunes son de planchas uniformes y de bóvedas múltiples. Estas presas precisan de un 35 a un 50% del hormigón que necesitaría una de gravedad de tamaño similar aunque a pesar del ahorro de hormigón las presas de contrafuertes no son siempre más económicas que las de gravedad, ya que el costo de las complicadas estructuras para forjar el hormigón y la instalación de refuerzos de acero suele equivaler al ahorro en materiales de construcción. Este tipo de presa es necesario en terrenos poco estables.
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6) Presa de bóveda múltiple: Es una derivación particular de la presa de arco simple y también se le conoce como presa de arco de doble curvatura. La presa de bóveda emplea curvaturas complejas tanto en los planos verticales como en los horizontales. Es la más sofisticada de las presas de concreto y su estructura es en esencia un dono o concha, sumamente económica en concreto. La estabilidad de los estribos es importante para la integridad estructural y la seguridad de este tipo de presa.
Presa Coolidge
Presa Daniel-Johnson (Manic-5)
POR SU APLICACION:
Presas filtrantes o diques de retención: Son aquellas que tienen la función de retener sólidos, desde material fino, hasta rocas de gran tamaño, transportadas por torrentes en áreas montañosas, permitiendo sin embargo el paso del agua.
Presas de control de avenidas: Son aquellas cuya finalidad es la de laminar el caudal de las avenidas torrenciales, con el fin de que no se cause daño a los terrenos situados aguas abajo de la presa en casos de fuerte tormenta.
Presas de derivación: El objetivo principal de estas es elevar la cota del agua para hacer factible su derivación, controlando la sedimentación del cauce de forma que no se obstruyan las bocatomas de derivación. Este tipo de presas son, en general, de poca altura ya que el almacenamiento del agua es un objetivo secundario.
Presas de almacenamiento: El objetivo principal de estas es retener el agua para su uso regulado en irrigación, generación eléctrica, abastecimiento a poblaciones, recreación o navegación, formando grandes vasos o lagunas artificiales. El mayor
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porcentaje de presas del mundo, las de mayor capacidad de embalse y mayor altura de cortina corresponden a este objetivo.
Presas de relaves o jales (México): Son estructuras de retención de sólidos sueltos y líquidos de desecho, producto de la explotación minera, los cuales son almacenados en vasos para su decantación. Por lo común son de menores dimensiones que las presas que retienen agua, pero en algunos casos corresponden a estructuras que contienen enormes volúmenes de estos materiales. Al igual que las presas hidráulicas tienen cortina (normalmente del mismo tipo de material), vertedero, y en vez de tener una obra de toma o bocatoma poseen un sistema para extraer los líquidos.
SEGÚN SUS MATERIALES:
Presas de hormigón: Son las más utilizadas en los países desarrollados ya que con éste material se pueden elaborar construcciones más estables y duraderas; debidas a que su cálculo es del todo fiable frente a las producidas en otros materiales. Normalmente, todas las presas de tipo gravedad, arco y contrafuerte están hechas de este material. Algunas presas pequeñas y las más antiguas son de ladrillo, de sillería y de mampostería. En España, el 67% de las presas son de gravedad y están hechas con hormigón ya sea con o sin armaduras de acero. Presas de materiales sueltos: Son las más utilizadas en los países subdesarrollados ya que son menos costosas y suponen el 77% de las que podemos encontrar en todo el planeta. Son aquellas que consisten en un relleno de tierras, que aportan la resistencia necesaria para contrarrestar el empuje de las aguas. Los materiales más utilizados en su construcción son piedras, gravas, arenas, limos y arcillas aunque dentro de todos estos los que más destacan son las piedras y las gravas. En España sólo suponen el 13% del total. Este tipo de presas tienen componentes muy permeables, por lo que es necesario añadirles un elemento impermeabilizante. Además, estas estructuras resisten siempre por gravedad, pues la débil cohesión de sus materiales no les permite transmitir los empujes del agua al terreno. Este elemento puede ser arcilla (en cuyo caso siempre se
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ubica en el corazón del relleno) o bien una pantalla de hormigón, la cual se puede construir también en el centro del relleno o bien aguas arriba. Estas presas tienen el inconveniente de que si son rebasadas por las aguas en una crecida, corren el peligro de desmoronarse y arruinarse. En España es bien recordado el accidente de la Presa de Tous conocido popularmente como la “Pantanada de Tous”.
Presas de enrocamiento con cara de hormigón: Este tipo de presas en ocasiones es clasificado entre las de materiales sueltos; pero su forma de ejecución y su trabajo estructural son diferentes. El elemento de retención del agua es una cortina formada con fragmentos de roca de varios tamaños, que soportan en el lado del embalse una cara de hormigón la cual es el elemento impermeable. La pantalla o cara está apoyada en el contacto con la cimentación por un elemento de transición llamado plinto, que soporta a las losas de hormigón. Este tipo de estructura fue muy utilizada entre 1940 a 1950 en cortinas de alturas intermedias y cayó en desuso hasta finales del siglo XX en que fue retomado por los diseñadores y constructores al disponer de mejores métodos de realización y equipos de construcción eficientes. Presas aligeradas:
En las presas aligeradas, para resistir el empuje del agua, se reemplaza la utilización de hormigón en grandes masas por un cuerpo resistente más liviano integrado por elementos estructurales tales como columnas, losas y vigas. La presión del agua, distribuida a lo largo de una superficie, se transforma en fuerzas concentradas y se "conduce" a los apoyos de la presa mediante elementos planos y lineales.
Las presas del tipo aligeradas más conocidas son las de contrafuertes verticales. Los contrafuertes son especies de costillas estructurales perpendiculares al eje de la presa, que se unen hacia aguas arriba con losas de hormigón que "sostienen" el agua, reciben su empuje y lo "transmite" a los contrafuertes, los que a su vez trasladan los esfuerzos a las fundaciones de la presa
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ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS
PLANTA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA:
Para
2005
principalmente
laenergía
hidroeléctrica,
proveniente
de
presas,
aportaba el 19 % de la energía eléctrica total del mundo, y más del 63 % de toda la energía renovable. Gran parte de esta energía es producida en grandes presas, aunque China use generación a pequeña escala,
el
conjunto
total
del
país
representa el 50 % de toda la energía
Sección transversal de una central
hidroeléctrica producida en el mundo. La
mayor
parte
de
la
energía
hidroeléctrica
proviene
de
laenergía
potencial proveniente del agua embalsada que es conducida a una turbina hidráulica y ésta a su vez transmite la energía mecánica a ungenerador eléctrico. Con el fin de impulsar al fluido y mejorar la capacidad de generación de la presa, el agua se hace correr a través de una gran tubería llamada tubería de carga especialmente diseñada para reducir las pérdidas de energía que se pudieran producir. Existen centrales que son capaces de retornar el agua hacia la presa mediante bombas, o mediante la misma turbina funcionando como bomba, en los momentos de menor demanda eléctrica e impulsar posteriormente esta agua en los momentos de mayor demanda eléctrica. A estas centrales se les denomina centrales hidroeléctricas reversibles o centrales de bombeo.
ALIVIADEROS:
Toda presa tiene que tener un sistema para evacuar el agua en caso de lluvias torrenciales que puedan llenarla hasta límites peligrosos.
Aliviadero en la presa Llyn Brianne, Gales
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IMPACTO HUMANO Y SOCIAL El impacto de las presas en las sociedades humanas es significativo. Por ejemplo, la presa de las Tres Gargantas en el Río Yangtze en China creará un embalse de 600 km de largo. Su construcción implica el desplazamiento de más de un millón de personas, la pérdida de muchos sitios arqueológicos y culturales de importancia y un cambio ecológico importante. Se estima que hasta el momento, entre 40 y 80 millones de personas en todo el mundo han sido desplazadas de su hogar a causa de la construcción de presas. En muchos casos la población afectada por las presas no es debidamente consultada. En agosto de 2010 la organización en defensa de los derechos de los pueblos indígenas Survival International publicó un informe sobre el impacto de la construcción de presas sobre esos pueblos y su medioambiente, criticando duramente importantes proyectos en fase de planificación o construcción en todo el mundo.
RIESGO QUE SUPONE LA CONSTRUCCIÓN DE UNA PRESA
Como en el caso de todas obras estructurales, existe el riesgo de que la presa falle e inunde poblaciones ubicadas cercanas al curso de agua, aguas abajo del cierre. La ingeniería civil se encarga de reducir al mínimo la posibilidad de la rotura del dique mediante un análisis exhaustivo del comportamiento de la obra ante situaciones extremas, calculando la estabilidad de la presa tomando en consideración sismos, lluvias torrenciales y otras catástrofes.
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PRESAS EN EL PERU: Las obras hidráulicas tienen una milenaria y admirable presencia en el Perú, a través de muchas culturas pre-Incas y posteriormente con el Imperio Incaico. Antes que arribaran los españoles a América, ningún tipo de infraestructura hidráulica fue implementado en otra región sudamericana más que en el Perú, siendo estas obras desarrolladas con propósitos de irrigación.
Desarrollo histórico
En la parte norte del Perú, en la Cordillera de los Andes hasta alcanzar los 3500 msnm, donde se encuentra ubicado la divisoria continental, alrededor de los 1500 años A.C. fue construido en formaciones naturales de roca el acueducto de Cumbemayo, de una longitud aproximada de 9 km. La obra de conducción colectaba las aguas de la Cuenca del Atlántico y las redireccionaba en su camino hacia la cuenca del Océano Pacífico hasta alcanzar un reservorio excavado en roca de 25 m x 35 m. De hecho, el primer almacenamiento hídrico en el nuevo continente construido por los antiguos peruanos, sin utilizar una presa. En la costa norte la cultura Sicán entre los años 1000 a 1400 construyó un canal de conducción el cual permitió derivar las aguas del río Huarmaca hacia La Rita, cerca de Malanguitas en Piura, también se tiene la presencia de canales aguas abajo de la actual presa de Poechos. El paso de canales de derivación de una cuenca hacia otra vecina justo en la cota más baja de la línea divisoria continental de aguas fue una solución de alta ingeniería desarrollada por los Incas, lo cual dejó a los españoles asombrados. Una tradición de Ricardo Palma dice que el Inca Pachacutec ante la petición de una mujer proveniente del valle de Ica, da la orden de construir con cuarenta mil guerreros a su disposición el “Canal de La Achirana” en el año de 1412, el cual se encuentra hasta la fecha en servicio. Un sin número de estructuras hidráulicas efectuadas por los Incas tales como Tipón, Piquillakta, etc, comprendieron acueductos, canales de conducción y vertederos. Sin embargo, los Incas no construyeron obras de almacenamiento de agua. En vez de construir presas, los Incas llevaron a cabo un aprovechamiento regulado de las aguas de lagos mediante ventanas o aperturas en cascadas sobre los diques naturales que cierran los lagos para el control de las descargas conforme a las demandas en los valles agrícolas ubicados aguas abajo. Es realmente increíble la organización alcanzada por los antiguos peruanos que con una población estimada por unos y
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otros entre 10 a 20 millones de habitantes hayan contado con una satisfacción efectiva de las demandas de agua sin la disposición de embalses, para un país que hoy en día con aproximadamente 27 millones de habitantes no logra satisfacer. Los españoles describen que a su llegada al Perú el panorama era completamente distinto al actual. Grandes áreas de la costa estuvieron totalmente irrigadas. Pocas décadas después del arribo de los europeos fueron suficientes para dejar las tierras secas.
Fig. 1. Obras hidráulicas prehispánicas: [1.4] Acueducto de Tipon construido en mampostería, Cuzco; [2] Vertedero de Tipon hecho en mampostería Cuzco; [3,6] Acueducto de Cumbemayo excavado en roca Cajamarca; [5] Acueducto de Piquillakta / Prehispanic hydraulic structures: 1-4 Aqueduct of Tipon,constructed of masonry, Cuzco; (2) weir of Tipon, made of masonry, Cuzco; (3,6) Aqueduct of Cumbemayo excavated in rock, Cajamarca; (5) Aqueduct of Piquillakta.
Las presas en el Perú empiezan a ser implementadas en las décadas de 1860 y 1870. Durante éste período alrededor de seis presas de gravedad de albañilería son construidas en la serranía de Lima, en el valle del río Santa Eulalia, un tributario del río Rimac, tal década es la más importante de las grandes obras del siglo XIX del Perú en conjunto con la construcción de los ferrocarriles y la llegada de muchos profesionales venidos de Europa y Norte América, como resultado del incremento del comercio y
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para el desarrollo del país. La más alta de todas estas presas fue la presa de Carpa, una presa de arco de gravedad de 16 m de altura. Las referencias históricas indican que entre 1910 y 1930 algunas importantes presas empiezan nuevamente a ser construidas en la cordillera andina de Lima y Junín como consecuencia del incremento de la presencia de actividades mineras y el requerimiento de abastecimiento de energía a la ciudad de Lima, así como también a los centros de operación minera. Entre tales presas la más grande de las construidas fue la presa de Pomacocha de 22 m de altura completada en 1914, una presa de tierra homogénea sobre el río Yauli. En la década de 1910, en la costa norte del Perú, en el valle del río Piura, son construidos muchos diques de regular tamaño para el control de inundaciones y encauzamiento del río, para protección de las áreas de irrigación después de la avenida del Fenómeno de El Niño. En 1936 fue construida sobre el río Mantaro con fines de aprovechamiento hidroeléctrico la séptima presa más alta del mundo en los años 30, la presa de enrocado de Malpaso de 76 m de altura. La década de 1930 marca la declinación en la construcción de presas de albañilería de gravedad y el avance de las presas de tierra, tal como se muestra en la Figura 6. La primera presa derivadora o barraje de concreto es culminada en 1935 en el valle del río Ica con propósitos de irrigación. El pique y la declinación en la construcción de presas de tierra y de albañilería se ubican entre los años de 1960 y 1970, ver Figura 8. Sin embargo, la última presa de gravedad de albañilería, la presa de Viconga de 27 m de altura es construida en 1982. Algunas altas y grandes presas de tierra son construidas en las décadas de 1950 y 1960 tales como las presas de Poechos (ver Figura 4) y Tinajones. Una presa de arco de gravedad, de gran altura, la presa de El Frayle, de 74 m de altura es culminada sobre el río Blanco en 1958. Presas de enrocado son también construidas, pero no en gran cantidad en comparación con las presas de tierra, especialmente bajo consideración de las condiciones geológicas de los Andes Peruanos. Así mismo se implementan nuevas técnicas en la construcción de presas, para poner un ejemplo, para el control de filtraciones; éste es el caso de la presa de Aguada Blanca, una presa de enrocado culminada en 1972, con una protección o pantalla impermeabilizante de acero sobre el espaldón de aguas arriba, ver Figura 5. En los años 70 se construye en el Perú una de las presas más alta de arco, de gravedad, de concreto, la presa de Tablachaca de 77 m de altura, ver Figura 7, es construida sobre el río Mantaro en 1973. La presa de tierra más alta en Sudamérica en la década de los 80, es culminada en 1987, la presa de Gallito Ciego de 114 m de altura sobre el río Jequetepeque, ver Figura 6. Dos años antes una presa grande de
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enrocado es finalizada, la presa de Condoroma sobre el río Colca de 101 m de altura. También en las décadas 1980-1990 muchas presas derivadoras entran en operación tales como Los Ejidos, Chavimochic (o también llamada 452) y Sullana. Los últimos 40 años es una etapa muy desarrollada en la construcción de presas bajo la diligencia de los gobiernos para incrementar las irrigaciones, el abastecimiento de agua para el habitante, así como el potencial hidroeléctrico; sin embargo los almacenamientos, los embalses y capacidad de agua creados no alcanzan para satisfacer las demandas poblacionales. A pesar de ello se crea una cultura de ingeniería hidráulica peruana en la construcción de presas, siendo esta reconocida en el extranjero como resultado del trabajo que se complementa en los múltiples proyectos con ingenieros foráneos. Con el desarrollo de esta cultura, las nuevas tecnologías son también aplicadas en la construcción de presas, las cuales son observadas en la presa de CCR de Antacoto (presa de concreto compactado rolado), la primera de tales características y finalizada en 1999; la presa de enrocado con pantalla impermeabilizante de concreto sobre el espaldón de aguas arriba de Antamina de 135 m de altura en Ancash o la presa de Torata de similares características de 130 m de altura, siendo estas dos últimas presas construidas para propósitos mineros y concluidas en los años 2002 y 2001 respectivamente. La presa de gravedad de concreto de Huallamayo de 70 m de altura es concluida sobre el río Paucartambo en el año 2003 con fines de aprovechamiento hidroeléctrico. Hoy en día una presa de tierra zonificada de grandes dimensiones está siendo construida con fines de irrigación y aprovechamiento hidroeléctrico en Olmos, la presa Limón de 43 m de altura en su primera etapa y que alcanzará en su segunda etapa una altura máxima de 85 m, y capacidades de almacenamiento de volumen útil de 40 y 160 x 106 m3. También, la primera presa de arena ciclonada sobre el espaldón de aguas abajo, la presa de Quebrada Honda, ha sido culminada en el año 2000. Definitivamente, presas de muchos tipos y altura han sido construidas en el Perú basados en las nuevas tecnologías que han sido desarrolladas.
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Tipología de las presas peruanas
La mayoría de las presas peruanas, el 44% de ellas son presas de tierra (E), el 14% son barrajes de concreto o presas derivadoras (CB-DS), el 14% son presas de concreto de gravedad (CG) y el 13% son presas de albañilería de gravedad (MG). Sin embargo estas tres últimas clasificaciones pueden ser agrupadas en una, es decir presas de concreto o albañilería, que en conjunto hacen un 41% del total de las presas construidas e inventariadas en ésta investigación. En menor escala continúan las presas de enrocado que en conjunto son el 10% de las presas construidas, de las cuales el 5% son presas de enrocado propiamente dicho (R); el 4% son presas de enrocado con pantalla de impermeabilización de concreto (CFR) y de las cuales 3 han sido construidas en los últimos 5 años, estas son las presas de Torata (año 2001, h = 130 m), de Antamina (año 2002, h = 135 m) y Pillones (año 2006, h = 25 m); y el 1% presa de enrocado con pantalla de impermeabilización de acero (SFR), la presa de Aguada Blanca (año 1972, h = 45 m). Cabe aquí mencionar, que éstas presas de enrocado con pantalla de impermeabilización de concreto en el espaldón de aguas arriba están marcando una nueva tendencia en la construcción de presas en el Perú, la cual se hace posible debido a la disponibilidad de material de roca de canteras, lo cual abarata el costo de construcción de dichas presas. Finalmente, se tiene un 4% con un grupo de 5 presas de concreto rolado compactado (RCC) existentes, habiendo sido construida la primera en el Perú en el año 1999, la presa de Antacoto con una altura de 17 m, siendo la presa de Río Grande (2004) la más alta de éste tipo construida en el país, que alcanza los 60 m de altura; y un 1% con una presa de cola y única hecha de arena ciclonada en el espaldón de aguas abajo (T-DSS) (Quebrada Honda, año 2000, h = 85 m). El detalle de la tipología de las presas peruanas se presenta en la Figura 9. Con respecto a la manera como la tipología de las presas peruanas ha evolucionado en los últimos 130 años, en la Figura 10 se aprecia que hasta inicios de la década de 1930 las presas de albañilería fueron el tipo más común en la construcción de presas y posteriormente se inicia su declive, pues súbitamente se ven alcanzadas en la tendencia por la mayor construcción de presas de tierra. A mediados de la década 1960-1970 la construcción de presas de tierra alcanza su cúspide, mientras que para las presas de albañilería significaría casi su completa desaparición en la implementación de éste tipo de presas, debido principalmente a que las presas de tierra eran mucho más económicas y más rápidas de implementar en el tiempo. El período comprendido entre los años 1980 y 1995 va a significar la equiparidad de la construcción en el tipo de presas en el Perú, esto es presas de tierra con presas de gravedad de concreto y barrajes de concreto o presas de derivadoras.
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Sin embargo en éste punto es importante mencionar que tanto las presas de tierra como las presas de gravedad van a significar grandes volúmenes de almacenamiento, mientras que las presas derivadoras sólo dispondrán de un volumen mínimo de pondaje. Es en éste punto de equiparación que aparecen las presas de enrocado con pantalla de impermeabilización de concreto sobre el espaldón de aguas arriba como una alternativa importante a las presas de tierra y presas de gravedad, siempre teniendo en cuenta diversos factores como geológico, sísmico, disponibilidad de material de cantera, percolación, altura y longitud de coronación de la presa. La tipología actual de las presas en el Perú en los últimos 12 años se encuentra determinada por las presas de tierra (E), presas de enrocado con pantalla de impermeabilización de concreto sobre el espaldón de aguas arriba (CFR), ver Figura 11, y presas de concreto rolado compactado (RCC).
Fig. 9. Tipos de presas en el Perú
Tipo de presas / Type of dams: E: Presas de tierra / Earthfill dams; R: Presas de enrocado / Rockfill dams; SFR: Presas de enrocado con espaldón de acero / Steel face rockfill dams; CFR: Presas de enrocado con espaldón de concreto / Concrete face rockfill dams; MG: Presas de albañilería de gravedad / Masonry gravity dams; CG: Presas de gravedad de concreto / Concrete gravity dams; RCC: Presas de gravedad de concreto rolado compactado / Roller gravity compacted concrete dams; CB-DS: Barrajes de concreto - Presas derivadoras / Concrete barrajes Diversion dam spillways; T-DSS: Presas de relaves, de espaldón de arena ciclonado / Tailing dams - downstream cycloned sand dams.
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Fig. 10. Evolución de los tipos de presas en el Perú
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Ejemplos de Presas:
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ANEXOS
Presa Poechos, concluida en 1976
Aguada Blanca. Presa de enrocado con pantalla de impermeabilización de acero
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Presa / Dam Gallito Ciego
Tablachaca (1973). Presa de arco de gravedad
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Presas de tierra y enrocado
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Presas de gravedad de concreto
Presas derivadoras con reservorio paralelo al río
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Presas derivadoras
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