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UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

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S HIDR

ULIC

TEMA: EMBALSES Y PRESAS ALUMNOS: MINAYA CARBAJAL, EDISON FLAVIO PEÑA CARBAJAL, EDU PEDROZA ALLAUCA, ANYI SUYO ESPINOZA, ENRIQUE

LIMA - PERU 2019

EMBALSES Y PRESAS

S” 

 

1.  INTRODUCCIÓN En la naturaleza el agua y los seres vivos son dos componentes inseparables; los seres humanos necesitamos este recurso natural y queremos que siempre esté disponible y a la mano. Para cumplir c umplir este propósito de vital importancia, desde los albores de la civilización hemos querido manejar el agua de los cauces, ríos  y lagos, mediante la construcción de canales, presas, embalses. En sus inicios, la humanidad manejó volúmenes pequeños de agua, pero poco a poco fue incrementando su capacidad de almacenar y conducir mayores volúmenes, lo que provocó el desarrollo y afianzamiento de toda una ciencia alrededor del aprovechamiento hídrico, para descubrir, aprender y aplicar los conocimientos orientados a un aprovechamiento racional de este recurso natural. Lo anterior condujo a la necesidad de diseñar, construir y operar un conjunto de estructuras que interactúen con el agua. El sistema de presas más importante del mundo se encuentra en China, donde sólo en los últimos 30 años se han construido 70 000 presas y embalses; si bien en su mayor parte son presas relativamente pequeñas, su capacidad de almacenamiento supera los 300 kilómetros cúbicos. Si el ritmo de construcción continúa, otras 50 000 pequeñas presas se completarán antes de fin de siglo, agregando a la capacidad señalada otros 150 kilómetros cúbicos. China ha enfatizado la construcción de pequeñas presas para reducir costos de construcción y poder hacerlo con tecnologías relativamente sencillas que permiten la incorporación, en su construcción, de las poblaciones locales.  Así pues, Asia tiene el mayor sistema de presas del mundo, lo cual le permite regular el mayor flujo fluj o de agua de todos los continentes: 560 56 0 kilómetros cúbicos por año. Si bien la mayoría de los grandes ríos asiáticos como el Yangtzé, el Mekong, el Brahmaputra, el Ganges, el Indo o el Irrawaddy han sido, en una u otra forma, explotados mediante presas y embalses, principalmente con fines de riego, se considera que Asia tiene aún un enorme potencial hidroeléctrico. La construcción de embalses y presas representa inversiones cuantiosas. A comienzos de los ochenta se calculaba que el costo para retener un kilómetro cúbico de agua mediante una presa era de 120 millones de dólares. En esa misma época se calculaba que la renovación de los sistemas de riego deteriorados o dañados, conjuntamente con sus canales de distribución, costaba 680 dólares por hectárea, y si se incorporaban los mecanismos para corregir los niveles de salinización, había que añadir 240 dólares por hectárea.

 

2.  OBJETIVOS La construcción de presas satisface diversos objetivos. Regula el flujo hídrico, compensando la abundancia de agua en algunas épocas del año con otras de escasas lluvias; al mismo tiempo permite controlar flujos excesivos en épocas excesivamente lluviosas o en zonas de lluvias torrenciales concentradas en pocos meses del año, y evitar avenidas e inundaciones. Al capturar agua de escorrentía que de otro modo iría directamente al mar, se aumenta efectivamente la oferta de agua, el relativamente alto nivel de la presa con relación a la llanura permite regar por gravedad, las presas tienen un objetivo importante como generadoras de energía eléctrica.

3.  MARCO TEORICO 3.1 TIPOS DE EMBALSE SEGÚN SU FUNCIÓN

Presas de almacenamiento Para embalsar el agua en los periodos de sobra y utilizarla cuando esta escasea, los periodos pueden ser estacionarios, anuales, o más largos. Muchas presas pequeñas almacenan los escurrimientos de primavera para usarse en la estación seca del verano. Las presas de almacenamiento se pueden clasificar de acuerdo con el objeto con el almacenamiento, como para abastecimiento de agua, para recreo, para la generación de energía hidroeléctrica, irrigación, etc. El objeto especifico u objetos en los que se va a utilizar el almacenamiento tienen a menudo influencia en el proyecto de la estructura, y pueden determinar conceptos como el de la magnitud de las fluctuaciones del nivel que pueden esperarse en el vaso y el volumen de filtraciones que pueden permitirse.

 

Presas De Derivación Se construyen ordinariamente para proporcionar la carga necesaria para desviar el agua hacia zanjas, canales u otros sistemas de conducción al lugar en que se van a usar. se utilizan en los sistemas de riego, para la derivación de una corriente natural hacia un vaso de almacenamiento fuera del cauce natural de la corriente, para usos municipales e industriales.

 

Presas Reguladoras Se construyen para retardar el escurrimiento de las avenidas y disminuir el efecto de las ocasionales. las presas reguladoras se dividen en dos tipos. en uno de ellos, el agua se almacena temporalmente y se deja salir por una obra de toma con un gasto que no exceda de la capacidad del cauce de aguas abajo. En el otro tipo, el agua se almacena al macena tanto tiempo como sea posible y se deja infiltrar en las laderas del valle o por los estratos de grava de la cimentación. a este último tipo se la llama algunas veces de distribución o dique, porque su principal función es recargar los acuíferos. Estas presas también se construyen para detener los sedimentos. A menudo a estas se les llama presas para arrastres.

 

CLASIFICACION SEGÚN SU PROYECTO HIDRAULICO Las presas se pueden clasificar también como presas vertedoras o no vertedoras. LAS PRESAS VERTEDORAS VERTEDORAS:: se proyectan para descargar sobre sus coronas. deben estar hechas de materiales que no se erosionen con tales descargas. Es necesario emplear concreto, mampostería, acero y madera, excepto en las estructuras vertederas muy bajas de unos cuantos metros de altura. PRESAS NO VERTEDORAS: VERTEDORAS: Son las que se proyecta para que no rebase el agua por su corona. Este tipo de proyecto permite ampliar la elección de materiales incluyendo las presas de tierra y las de enroscamiento. Con frecuencia se combinan los dos tupos para formar una estructura compuesta, que consiste en, por ejemplo, una parte vertedora de concreto de gravedad con extremos formados por terraplenes.

CLASIFICACION SEGÚN LOS MATERIALES La clasificación mas común que se usa en la discusión de los procedimientos de construcción se basa en los materiales que forman la estructura. En esta clasificación también se menciona el tipo básico de proyecto como, por ejemplo, presa de concreto de gravedad, o presa de concreto del tipo arco.

Presas de tierra Las presas de tierra constituyen el tipo de presas más común, principalmente porque sus construcciones intervienen materiales en su estado natural que requieren el mínimo de tratamiento. Además, los requisitos para sus cimentaciones son menos exigentes que para los otros tipos. Es probable que las presas de tierra continúen prevaleciendo sobre los demás tipos para fines de almacenamiento, parcialmente, debido a que el número de emplazamientos favorables para las estructuras de concreto está disminuyendo

como

resultado

de

los

numerosos

sistemas

de

almacenamiento de agua que se han emprendido, especialmente en las regiones áridas y semiáridas en las que la conservación del agua para riego es una necesidad fundamental. Aunque dentro de la clasificación de presas de tierra están comprendidos, varios tipos, los adelantos obtenidos en los equipos de excavación acarreo y compactación de materiales terroso, ha hecho el tipo de presas compactadas tan económico que virtualmente ha reemplazado los tipos de terraplenes hidráulicos y semihidraulicos. Lo que es especialmente cierto al tratarse de la construcción de pequeñas

 

estructuras, en las que relativamente pequeña cantidad de material que hay que manejar. Desventaja. - estas presas requieren estructuras complementarias que sirvan de vertedores de demasías. En donde se encuentra el principal problema de este tipo de presa es que, si esta no tiene suficiente capacidad, el vertedor de demasías pueden dañarse y en el peor de los casos destruirse por el efecto erosivo del agua que llegue a rebasarla. También T ambién están sujetas a sufrir serios daños debido a las perforaciones hechas por animales cavadores.

Presas de Enrocamiento Se utiliza roca de todos los tamaños para dar estabilidad a una membrana impermeable del lado de talud mojado, una losa de concreto, un recubrimiento de concreto asfaltico, placas de acero, o cualquier otro dispositivo semejante; o puede ser un núcleo interior delgado de tierra impermeable. Como los terraplenes de tierra, estas presas también están sujetos a daños y destrucción si los rebasa el agua y, por lo tanto, deben tener un vertedor de demasías de la capacidad adecuada para evitar que esto suceda. Una excepción la constituyen las presas derivadoras extremadamente bajas en las que el enrocamiento está especialmente proyectado para soportar los derrames. Las presas de enrocamiento requieren cimentaciones que no estén sujetas a asentamientos de magnitud de suficientes para romper la membrana impermeable. Las únicas cimentaciones adecuadas, por lo general, son la roca o la arena compacta y la grava. Aparte el tipo de enrocamiento se adapta a los emplazamientos remotos, donde abunda la roca buena, donde no se encuentra tierra buena para una presa de tierra, y dónde la construcción de una presa de concreto resultaría muy costosa.

 

 

Presas de concreto del tipo de gravedad. Las presas de gravedad de concreto se adaptan a los lugares en los que se dispone de una cimentación de roca razonablemente sana, aunque las estructuras bajas se pueden establecer sobre cimentaciones aluviales si se construyen los dados adecuados. Se adaptan bien para usarse como cresta vertedora y, debido a esta ventaja, a menudo se usan formando la parte vertedora de las presas de tierra y enrocamiento o de una presa derivadora.  Al empezar el siglo XX, algunas de las presas de gravedad se construyeron de piedra. sin embargo, la cantidad de mano de obra requerida en esta operación ha sido la causa del uso exclusivo que se hace del concreto y la construcción de las presas modernas de gravedad. Las presas de gravedad pueden tener planta curva o recta. La planta curva puede proporcionar algunas ventajas en lo que respecta al costo y a la seguridad. además, ocasionalmente, la curvatura hacia aguas arriba puede situar esa parte de la presa en una cimentación más elevada de roca.

 

PRESAS DE CONCRETO DEL TIPO DE ARCO Las presas de concreto del tipo de arco se adaptan a los lugares en los l os que la relación de la distancia entre los arranques arra nques del arco a la altura no es grande y dónde la cimentación en estos mismos arranques es roca sólida capaz de resistir el empuje del arco debido a que el proyecto de una presa del tipo de arco es una especialidad.

Presas de concreto del tipo de contrafuertes Las presas de tipo de contrafuertes comprenden las de losas y las de arcos, requieren aproximadamente el 60% menos de concreto que las presas macizas de gravedad, pero los aumentos debido a los moldes y el esfuerzo de acero necesario, generalmente contrarrestan las economías en concreto. Se construyeron presas contrafuertes la década de los 30 cuando la relaciónvarias del costo de de la mano de obra alencosto de los materiales era comparativamente baja.  baja.  Este tipo de construcción no puede competir generalmente con los otros tipos de presas cuando la mano de obra es cara. La presa de contrafuertes se basa en el conocimiento y criterio que se adquiere solamente por la experiencia especializada en este tipo de obras.

 

Otros tipos de empresas Son poco usuales o son de naturaleza experimental en pocos casos se ha usado hacer estructural para la pantalla de aguas arriba y en armadura de soporte en las presas en los años veinte se construyeron numerosas presas de madera especialmente en el noroeste .La cantidad de mano de obra necesaria la construcción de presas de madera combinada con la corta vida de la estructura hace que este tipo sea antieconómico en la construcción moderna este y otros tipos poco comunes no se tratan en el texto.

3.2 CLASIFICACION DE LAS REPRESAS  REPRESAS  A)  POR SUS MATERIALES Una represa puede construirse con diferentes materiales, los más utilizados son: las tierras, escolleras y el hormigón, por tanto, las clasificaciones de las represas según el material son: RESPRESAS DE MATERIALES SUELTOS Las represas de materiales sueltos son las que se construyen con gravas rocas yy tener tierrasuna naturales, ser homogéneas o heterogéneas pantalla pueden impermeable asfáltica o de hormigón.

 

Dentro de las represas de materiales sueltos en función de la disposición de los materiales dentro de la misma podremos distinguir varias tipologías. HOMOGENEAS: están ejecutadas con un único material   REPRESAS HOMOGENEAS:



que debe ser impermeable y resistente al mismo tiempo.

 



REPRESAS HETEROGENEAS HETEROGENEAS: : También al contrario, a las anteriores tienen diferentesllamados m ateriales,de materiales, pornúcleo, una parte, tienen un material resistente normalmente escollera, pero debido a su permeabilidad se requiere de otro material para realizar una función impermeabilizadora generalmente arcillas, a este último se le llama núcleo y suele estar en la parte central del cuerpo de la represa, pudiendo ser vertical o inclinado.

 

PANTALLA: o llamado también diafragma, al igual que   REPRESAS DE PANTALLA:



las anteriores tienen un elemento diferenciador que permite garantizar la impermeabilidad, pero en este caso no se trata de un material natural, sino que cuentan con una pantalla, y esta suele colocarse en el paramento de aguas arriba, aunque también puede ser interior, suele ejecutarse con material bituminoso u hormigón, aunque estas últimas tienen el inconveniente de su posible fisuracion ante los asientos.

  REPRESAS DE HORMIGON O DE FABRICA



Se construyen completamente de hormigón y se pueden clasificar según la forma de resistir los empujes, em pujes, a diferencia de los de materiales m ateriales sueltos permiten que se vierta agua sobre el cuerpo de la represa, pero son más caras y requieren de una buena cimentación.

Dentro de las represas de hormigón podemos establecer una nueva clasificación tipológica según su forma de resistencia.

 

GRAVEDAD:   REPRESAS DE GRAVEDAD:



Su propio peso es el que aguanta los empujes hidrostáticos, dentro de ella podemos establecer una sub clasificación según si son macizas o aligeradas; las macizas tienen un perfil triangular o con forma de trapecio, y pueden ser de hormigón vibrado o compactado, las aligeradas distribuyen la masa de hormigón de forma que se logre un mayor momento mom ento de inercia en la sección pantalla plana.horizontal y pueden ser de contrafuertes o de

ARCO: son represas que tienen curvatura porque   REPRESAS DE ARCO:



resisten transmitiéndolos los empujes de agua a las laderas de la cerrada, pueden tener curvaturas solo horizontales (represas de bóveda), o curvatura vertical y horizontal conocido como (represas cúpula).

 

 

  REPRESAS ARCO



– 

GRAVEDAD : Son una tipología entre las dos anteriores, se utiliza cuando la acción de la curvatura no es suficiente para resistir los empujes.

 

MULTIPLES: Son represas de contrafuertes   REPRESAS DE BOVEDAS MULTIPLES:



en las que la pantalla tiene forma de bóveda o cúpula, lo que permite una mayor separación entre contrafuertes y emplear un menor volumen de hormigón.

 

B) SEGÚN LA NORMATIVA  Además de las clasificaciones anteriores, anteriores, la normativa establece otras para tratar de forma diferente a efectos normativos y de seguridad a cada una de las represas. Según su tamaño o dimensiones. GRAN REPRESA: REPRESA: Se considera gran represa a aquella cuya altura es superior a 15m, y la que teniendo una altura comprendida entre 10 y 15m tenga una capacidad d embalse superior a 1 hectómetro cubico, equivalente a un millón de metros cúbicos. PEQUEÑAS REPRESAS: REPRESAS: las que n no o cumplen la definición de gran represa, osea aquellas que están muy debajo de los estándares de gran represa. SEGÚN EN FUNCION INCORRECTO

DE

ROTURA

O

FUNCIONAMIENTO

Igualmente, según el riesgo asociado a la rotura se pueden distinguir en:   CATEGORIA A: A:



son las represas cuya rotura o funcionamiento incorrecto pueden afectar gravemente a núcleos urbanos o a servicios esenciales, o producir daños materiales o medioambientales muy importantes.

 

  B:   CATEGORIA B:



son las represas cuya rotura o funcionamiento incorrecto puede ocasionar daños materiales o medioambientales importantes o afectar a un número reducido de viviendas.

  CATEGORIA C:  C:  son las represas cuya rotura o funcionamiento



incorrecto puede producir daños materiales de moderada importancia, y solo incidentalmente pérdidas de vidas humanas, en todo caso a esta categoría pertenecerán todas las represas no incluidas en las categorías Ay B.

 

3.3. PARTES DE LA REPRESA

 

CORONACION Es la parte superior de la represa, esta suele s uele tener una carretera que permite cruzar de un margen a otro.

ESTRIBOS Son los laterales de una represa que se encuentran en contacto con la cerrada en la que se apoya.

 

CIMENTACION Es la parte que se encuentra en contacto con el terreno de forma directa y que trata de transmitir el peso propio de las represas y el provocado por el agua al suelo.

ALIVIADERO Es la estructura hidráulica por la que rebosa el agua que excede a la capacidad máxima del embalse.

 

DESAGUE DE FONDO Son conductos que permiten realizar desembalses, aunque la represa no esté llena, ya sea por previsión de avenidas para cumplir con el caudal ecológico aguas abajo o para vaciar el embalse en caso de ser necesario.

COMPUERTAS Son equipos hidromecánicos que permiten regular el caudal de agua que se desembalsa, podemos encontrarlas tanto en el aliviadero como en los desagües.

 

TOMAS Son estructuras hidráulicas utilizadas para extraer agua de las represas para su uso, generalmente con menor capacidad que los desagües de fondo, pero que tiene la ventaja de que toman el agua a diferentes alturas o profundidades, dependiendo de las necesidades que se tengan en cada momento o del nivel del embalse.

GALERIAS Y FILTROS Su misión es retener las partículas finas que pudieran ser arrastradas permitiendo solo el paso del agua.

 

DRENES Son orificios verticales donde se concentra el agua filtrada para reducir las presiones intersticiales en el resto de la represa, suele finalizar en una galería para canalizar el agua y tener un control del nivel de filtración.

3.4. Sedimentación Uno de los principales problemas de las presas y embalses es la sedimentación. Los sedimentos son recogidos por el flujo de agua en su recorrido por la cuenca y se mantienen en suspensión mientras el agua está en movimiento, pero tan pronto como el agua deja de fluir y se asienta en el lago artificial, los sedimentos se acumulan en el fondo. Si estos sedimentos no se remueven, la presa termina por colmatarse. Hay soluciones para el colmataje de presas: se puede elevar la presa, dragarla o construir una presa secundaria aguas arriba con el fin específico de capturar los sedimentos, pero todas éstas son soluciones caras. Por otra parte, es preciso tener presente que la mayor parte de los sedimentos arrastrados y que se depositan en la presa, representan tierras erosionadas de la cuenca, es decir, tierra que se pierde por fenómenos de erosión. De allí entonces que, parece obvio, la mejor manera de evitar el colmataje prematuro de presas y embalses es una práctica adecuada de suelos en la cuenca y el control de los procesos de deforestación, muchas veces originados por la propia construcción de la presa, y de la erosión.

 

Los ejemplos de entarquinamiento de presas son, desgraciadamente, frecuentes: recuérdese que la presa de Ambuklao, al norte de Luzón, vio reducida su vida útil de sesenta años a sólo 32 años debido a la sedimentación originada por la deforestación en la parte alta de la cuenca; la erosión y deforestación en los faldeos del Himalaya y la consiguiente sedimentación redujo igualmente la vida útil del proyecto Ram Ganga de 150 a sólo 45 años. La década de 1970 presenció en América Latina una fuerte actividad en construcción de embalses y presas, la mayoría para uso energético. Esa actividad disminuyó en los ochenta aun cuando la capacidad de embalse de las nuevas presas es considerablemente mayor. Estas actividades se concentraron en pocos países: Brasil y Argentina concentran 62% y 19%, respectivamente, del total de la capacidad de presas y embalses construidos entre 1970 y 1984. Del total almacenado, 33% se utiliza para regadío, en su mayor parte en el norte y centro del país, y 37% para la generación de energía hidroeléctrica, principalmente en el sur y el sureste; 15% se utiliza para el control de avenidas en épocas de lluvia, y 15% corresponde a capacidad muerta. La reducción de la vida útil es causada por la acelerada erosión de las cuencas de captación, con lo cual las presas tienden a colmatarse por acumulación de sedimentos a tasas muy superiores a las previstas. El problema es particularmente serio en América Central, donde los ríos son relativamente cortos y los emplazamientos posibles para los embalses, escasos. En estos casos la construcción de presas ha ido asociada a fuertes procesos de deforestación y posterior erosión. En Guatemala la central hidroeléctrica de Pueblo Viejo Quixal enfrenta el riesgo de un próximo colmatamiento, con lo cual dejaría de generar energía. Siempre en Guatemala, el río Montagua ha visto reducida su capacidad de carga en 50% entre 1960 y 1980 debido al fuerte proceso de sedimentación en su cauce. La sedimentación de los lagos Gatun y Alajuela, que proveen energía y permiten operar al Canal de Panamá, es otros de los casos graves resultante de la creciente sedimentación de las presas. Al cumplir diez años, la presa de  Achicaya, en Colombia, estaba en tres cuartas partes de su capacidad ocupada con lodo del proceso de erosión. Los embalses y presas mexicanos recibían, en 1988, alrededor de 166 millones de toneladas de sedimentos originados por los fenómenos de erosión que afectan al país.  Al margen de los l os impactos ecológicos, los efectos económicos son también muy serios; así, por ejemplo, se ha calculado que a causa de la sedimentación

 

las pérdidas en la producción de energía hidroeléctrica de una sola planta de Costa Rica oscilan entre 133 millones y 274 millones de dólares al año.

Los proyectos de embalses deben contemplar la producción y movilización de sedimentos en las cuencas, con la finalidad de adoptar diseños adecuados para los efectos de la sedimentación en dichos embalses, especialmente en cuencas con tasas significativas de erosión. En las próximas décadas los embalses van a sufrir una pérdida de capacidad significativa por la cantidad de sedimentos que están llegando a sus vasos. Según las previsiones, el volumen de sedimentos se duplicará para 2050, con respecto al volumen de sedimentos estimado en 2003, es decir, en 47 años. Es importante realizar una labor de control y seguimiento de la evolución de los sedimentos en los embalses. Puede establecerse un control del volumen de sedimentos almacenado en un embalse cada diez años, así como controles extraordinarios después de crecidas extraordinarias.

 

DISEÑO DE EMBALSE Consiste en la determinación de almacenamiento, los cuales son:  

Volumen muerto

 

Volumen útil

 

De crecidas

 

Las pérdidas

 

Borde Libre,

 Así mismo, del diseño de obras para su mantenimiento mantenimiento  

Vertedero

 

Obras de Toma

 

Orificios de Purga

Operación de embalses: Es la simulación del comportamiento del embalse a través del tiempo. 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). •  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.

•  Optimización del embalse en proyectos

multipropósito. La operación de embalses está regulada por las siguientes ecuaciones básicas: ECUACIÓN DE CONTINUIDAD

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. Altura de la Presa La altura de la presa, puede estar implícitamente controlada por la topografía y las condiciones geológicas del sitio de cierre del río. Los datos básicos necesarios que se deben tener en cuenta, una vez seleccionado el sitio, para poder calcular la altura de una presa son (Fattorelli & Fernandez, 2011): -  Mapas topográficos del vaso que permitan determinar las relaciones

de cota- volumen y cota-área. Para vasos grandes la escala adecuada puede ser 1:25.000 y 1:10.000 o menor para vasos medianos o

 

pequeños. Igualmente, las curvas de nivel deberán tener un espaciamiento tal que permita obtener mapas de los sectores del vaso para alturas sucesivas con buena precisión. •  Datos de caudales o volúmenes anuales y mensuales de series

históricas o generadas.  

• Datos de aporte de sedimentos en el río. •  Datos de demandas estimadas a nivel anual y mensual. •  Datos climáticos de lluvias (si son importantes), evaporación y

vientos. •  Datos de crecientes. •  Curvas de superficie libre del río aguas abajo de la presa para

diferentes descargas y áreas inundables correspondientes corres pondientes a las mismas.

 

1.1.  Determina Determinación ción del Volumen Muerto 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. Los factores principales que afectan el transporte de sedimentos a un embalse son: a)  Características hidráulicas del cauce. b)  Características de los materiales del cauce. c)  Factores hidrometeorológicos que afectan el proceso erosivo. d)  Factores topográficos, especialmente importantes en zonas de

montaña que en combinación con lluvias copiosas generan crecientes rápidos con alto potencial de arrastre.  

e) 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. f)  Factores erosivos agravados por reforestación.

manejo de materiales sobrantes de obras de ingeniería civil. g)  Mal manejo

Considerando información del caudal y sedimentos:

 

  1.1.1.  Considerando volumen útil del embalse Se considera un 8% o 12% del volumen útil. 1.2.  Determinación del nivel mínimo para turbinas Cuando la presa tiene turbinas existe una altura de carga mínima que asegura el buen funcionamiento de las mismas. Conocido ese valor, en base a las especificaciones de las turbinas a colocar, se calcula con las curvas de superficie libre (perfiles de flu flujos) jos) del río de aguas abajo de la presa, el nivel que tendrá el mismo para la máxima descarga normal. Esta cota más la altura de carga mínima mínim a de las turbinas dará la cota del nivel mínimo a que puede llegar el embalse durante su operación. Este nivel determina en realidad un verdadero volumen muerto adicional que a veces es muy significativo con respecto al volumen total de embalse.

1.3.  Determinación de Volumen Útil Para determinar el volumen útil del embalse se consideran los siguientes criterios: -  Se busca tener el embalse lleno la la mayor parte del año. -  La operación del embalse se inicia considerándolo lleno al inicio

del ciclo.   El embalse se considera lleno cuando el volumen de

almacenamiento es cero y desocupado para un volumen igual

 

al máximo valor absoluto. -  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. -   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 implica que se siga con la operación del embalse hasta que logre el ajuste. -  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. -  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.

1.4. 

Pérdidas de agua en el embalse

1.4.1.  Evaporación Para estimar las pérdidas por evaporación hay necesidad de conocer los requisitos y el tamaño de la superficie libre del embalse. El volumen de agua evaporada del embalse se puede calcular mediante la fórmula: Vev = 10A*Ev*C Vev =  A =

volumen de agua evaporada [m3]

superficie media del embalse [ha] A = (A1 + A2  /2

 A1

= área correspondiente al

embalse lleno  A2

= área correspondiente al embalse vacío

 

Ev

=

evaporación promedia

[mm/mes] C =

número de meses correspondientes al período crítico

contados desde que el embalse está lleno hasta que esté vacío

Tanto las pérdidas por evaporación como por infiltración se calculan para un período de tiempo igual al del déficit continuo de mayor duración.

1.4.2.  Infiltración  Aunque existen fórmulas y métodos matemáticos matemáticos para el cálculo de la infiltración a través de la presa, fondo y contorno del embalse, la información necesaria no siempre está disponible, por lo que para pequeños almacenamientos, se puede tomar como un porcentaje del volumen útil del embalse así: SUELOS DEL EMBALSE

INFILTRACIÓN MENSUAL ( )

Impermeable

1

Regular impermeabilidad Permeabilidad

1.5 2a5

Valores de infiltración mensual.

La Figura muestra un resumen de la distribución del agua en un embalse:

 

1.5. 

Cálculo del volumen de crecidas (V C)  El dimensionamiento del volumen de crecidas implica el cálculo previo de la creciente de diseño. Sí se cuenta con el hidrograma de la creciente de proyecto, la metodología a seguir es la l a siguiente: - 

Se realiza un diseño preliminar de los descargadores y del vertedero de crecidas.

- 

Se selecciona la descarga máxima posible.

- 

Se efectúa la curva de descarga de la presa para diferentes niveles del embalse.

- 

Finalmente, se simula el tránsito de la creciente del proyecto  y se calcula el nivel máximo preliminar del embalse.

1.6. 

Cálculo del borde libre (BL)  Como se muestra en la Figura 20, la presa debe tener una altura superior al nivel máximo que puedan alcanzar las aguas. Este nivel que no se ocupa con agua, se llama borde libre, evita que por efecto de olas o movimientos en la superficie libre del embalse el agua derrame por encima de la presa. Esta situación sería altamente indeseable principalmente en presas de tierra y material mixto. En el cálculo del borde libre (BL) intervienen: la acción del viento, la inclinación de la superficie del embalse, el choque de las olas en la presa, revanchas y el asentamiento de la presa.

 

1.6.1.  Acción del Viento

1.6.2.  Sobre elevación de la superficie libre del embalse Bajo la acción de vientos continuados en una misma dirección se produce un efecto de “marea” o ascenso de la superficie libre

del agua sobre la costa del embalse, orientada de frente a la dirección del viento. 1.6.3.  Asentamiento En los diques de tierra también se debe considerar su asentamiento, el cual debe ser calculado por el proyectista de la presa. 1.6.4.  Revancha Corresponde a la diferencia entre la cota de coronamiento del muro y la altura máxima del agua, considerando los temporales de lluvias y viento asociados. Esta revancha debe ser superior a 0,9 m. Algunos Alg unos autores consideran esta altura como la altura de seguridad para los eventuales asentamientos en el muro, y la consideran igual a 0,2 % de la altura máxima del muro, con un mínimo de 0,60.

 

2. 

Aliviadero 2.1. Determinación de la crecida del proyecto. Se propone una metodología para la determinación del hidrograma de la avenida extraordinaria con base en el Método Racional. La metodología se calibró especialmente para pequeñas cuencas dentro del territorio uruguayo, y se recomienda su aplicación solamente para áreas de aporte menores de 1000 km2. 2.2. Laminado de la crecida del proyecto: Determinación del caudal máximo de la obra de descarga y diseño del vertedero/aliviadero.

3. 

Obras de Toma Las obras de toma para las presas pequeñas de almacenamiento se construyen cerca del nivel del cauce, generalmente porque normalmente no se dispone de un almacenamiento permanente, excepto para la retención de limo. (Estas obras de toma pueden construirse sin compuertas para retardar las descargas, cuando el vaso almacena temporalmente el grueso del escurrimiento de la avenida, o pueden tener compuertas para regular las descargas de las aguas temporalmente almacenadas). Si el objetivo de la presa es únicamente elevar y derivar el agua que llega, la obra de toma principal es generalmente una estructura de toma o de

 

regulación a un nivel elevado, y se construye un conducto o una pequeña derivación de salida, para surtir de agua al río aguas abajo o para dar salida al agua de la presa durante las estaciones en que no es necesario almacenarla.

4. 

Orificios de Purga De acuerdo con los apuntes del curso: “Diseño de obras hidráulicas”

(DOH), los embalses debido a la sedimentación natural que ocurre aguas arriba de la presa, deben limpiarse cada cierto período de tiempo (puede ser anualmente o un tiempo estimado que evite la colmatación de sedimentos en el embalse). 4.1.  Criterio de diseño En las alternativas que contemplen orificios de purga, éstos deben estar situados a una altura mayor del nivel de agua para condiciones naturales del río (caudal decamilenario), por experiencia se recomienda por lo menos a 10 metros por encima del fondo. Este criterio se basa en que los niveles de agua y sedimentos aguas debajo de la descarga de los orificios no obstruya su salida.

 

    La

toma estará ubicada a una cierta altura por encima del nivel del

techo de los orificios de purga, de existir éstos.   La

toma debe tener dimensiones suficientes para captar el caudal de diseño.

g arantizada una debida sumersión de carga para la   La toma debe tener garantizada captación del caudal de diseño  

Mantener el embalse útil por lo menos 50 años. purgas anuales de los sedimentos de arrastre y suspensión.

  Realizar   No

generar erosiones desmedidas desmedi das en el río agu aguas as abajo de la presa.

  No

generar destrucciones en el e l paramento aguas abajo abajo de la presa.

  Permitir

operar la presa ante la variación de caudales en el río de una

manera simple.   La

cota de fondo absoluta de la presa está fijada por la cota topográfica

de la sección. 4.2.  Pre dimensionamiento Se ha realizado un dimensionamiento de los orificios de d e purga, en base a las fórmulas teóricas conocidas, experiencia en obras y a investigaciones en modelos físicos. 4.3.  Análisis de Purga El funcionamiento de la presa durante los procesos de purga anuales se analizará con el caudal máximo anual, equivalente al de período de retorno establecido y también se debe analizar mediante modelación numérica y su capacidad de arrastre. 5. 

Modelos Existen muchos modelos que simulan las operaciones de los embalses y entre ellos, los principales que se encuentran a disposición son: HEC-1 y HMS; HEC–ResSim (Reservoir System Simulation) Dambrk; Breach; FLdwav, Hec-RAS, TELEMAC.

a. 

Modelo HEC-1: Tiene una una rutina de tránsito por embalses que qu e trabaja con la ecuación de continuidad. Este modelo fue superado por el HMS.

b. 

Modelo HEC-RESSIM (Reservoir System Simulation):  Simulation):  Este modelo, para simular operación de embalses, es de la serie de “new

 

generation” del HEC. La última   versión (software y el manual del

usuario) se encuentra disponible en internet en la página del HEC (www.hec.usace.army.mil).. (www.hec.usace.army.mil) c. 

Modelo HEC-RAS versión 4.0: (marzo 2008) incluye opciones de rotura de presas y de terraplenes y márgenes.

d. 

SSIIM (Sediment Simulation In Intakes With Multiblock Option): modela la zona de estudio por medio de una malla y parámetros como topografía, caudal, rugosidad, entradas y salidas de agua, etc. y arroja resultados de velocidades horizontales, verticales, de corte, parámetros de turbulencia, tirantes de agua, etc.

e. 

Telemac: TELEMAC-MASCARET, es un programa de modelación hidráulica

basado en el método del elemento finito, el cual se combina con otras herramientas para realizar análisis más específicos

 

  CONSLUSIONES 1.  Es necesario la construcción de embalses en zonas rurales de altura al tura ya que los pobladores necesitan el agua para sus cosechas, que son en gran parte el sustento de la familia. 2.  Los proyectos de embalses deben contemplar la producción y movilización de sedimentos en las cuencas, con la finalidad de adoptar diseños adecuados para los efectos de la sedimentación en dichos embalses, especialmente en cuencas con tasas significativas de erosión  

3. Si el embalseeles de gran y se tiene queserá inundar u namas una amplia zonaen geográfica, costo serátamaño muy elevado, ya que colocar material la construcción del embalse. 4.   Al construir la presa con un pendiente que beneficio cierta área de embalse considerando una altura de embalse menor de 300m.