Represa

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La presa de las Tres Gargantas situada en el curso del río Yangzi, en China, es la más grande del mundo en extensión y capacidad instalada.
La represa de Itaipú, entre Brasil y Paraguay, es la de mayor producción de energía del planeta.
La presa de Asuán, en el río Nilo, Egipto, acabó con las inundaciones que se producían como consecuencia del repentino aumento en el caudal del Nilo y desató una importante campaña de rescate de restos arqueológicos.
La presa romana de Cornalvo, en Extremadura, España, lleva en funcionamiento casi 2000 años.

En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada de piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río o arroyo. Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para elevar su nivel con el objetivo de derivarla, mediante canalizaciones de riego, para su aprovechamiento en abastecimiento o regadío, en eliminación de avenidas (evitar inundaciones de aguas abajo de la presa) o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética y esta nuevamente en mecánica y que así se accione un elemento móvil con la fuerza del agua. La energía mecánica puede aprovecharse directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.

Términos usados en represas

  • El embalse: es el volumen de agua que queda retenido por la presa.
  • El dique: es una pared artificial ó natural que detiene a un cuerpo de agua.
  • El vaso: es la parte del valle que, inundándose, contiene el agua embalsada.
  • La cerrada o boquilla: es el punto concreto del terreno donde se construye la presa.
  • La presa o cortina: propiamente dicha, cuyas funciones básicas son, por un lado garantizar la estabilidad de toda la construcción, soportando un empuje hidrostático del agua, y por otro no permitir la filtración del agua. A su vez, en la presa se distingue:
    • Los paramentos, caras o taludes: son las dos superficies más o menos verticales principales que limitan el cuerpo de la presa, el interior o de aguas arriba, que está en contacto con el agua, y el exterior o de aguas abajo.
    • La coronación o coronamiento: es la superficie que delimita la presa superiormente.
    • Los estribos o empotramientos: son los laterales del muro que están en contacto con la cerrada contra la que se apoya.
    • La cimentación: es la parte de la estructura de la presa, a través de la cual se transmiten las cargas al terreno, tanto las producidas por la presión hidrostática como las del peso propio de la estructura.
  • El aliviadero o vertedero: es la estructura hidráulica por la que rebosa el agua excedente cuando la presa ya está llena.
  • Las compuertas: son los dispositivos mecánicos destinados a regular el caudal de agua a través de la presa.
  • El desagüe de fondo o descargador de fondo: permite mantener el denominado caudal ecológico aguas abajo de la presa y vaciar la presa en caso de ser necesario (por ejemplo, durante emergencias por posible fallo de la presa).
  • Las tomas: son utilizadas para extraer agua de la presa para un cierto uso, como puede ser abastecimiento a una central hidroeléctrica o a una ciudad.
  • Las esclusas: permiten la navegación "a través" de la presa.
  • La escala o escalera de peces: permite la migración de los peces en sentido ascendente de la corriente (en algunos casos se instalan ascensores para peces).

Tipos de represas

Los diferentes tipos de represas 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 y los materiales empleados en la construcción. Las presas hinchables, basculantes y pivotantes suelen ser de mucha menor entidad.

Según su estructura

La represa Willow Creek, en Oregon, Estados Unidos, de tipo gravedad, realizada con hormigón compactado con rodillo.
La presa Gordon, en Tasmania, Australia, del tipo presa en arco.
La presa de Almendra, en Castilla y León, España, de tipo bóveda.
La presa Hoover, en la frontera entre los estados de Arizona y Nevada, EE.UU. de tipo arco-gravedad.
La presa Daniel-Johnson, en Quebec, Canadá, de contrafuertes.
Las presas de materiales sueltos se construyen a veces en lugares donde es difícil la elaboración de otros materiales. En la imagen la presa de Kajaki, en Afganistán.
El Pontón de la Oliva, en Madrid, España, hecha de sillería.
La presa Redridge, en Michigan, Estados Unidos, fue construida de madera en 1894 y substituida por una de acero en 1901.

Presa de gravedad

Artículo principal: Presa de gravedad

La presa de gravedad es aquella en la que su propio peso es el encargado de resistir el empuje del agua. El empuje del embalse es transmitido hacia el suelo, por lo que este debe ser suficientemente estable para soportar el peso de la presa y del embalse. Constituyen las represas de mayor durabilidad y que menor mantenimiento requieren.

Dentro de las presas de gravedad existen:

  • De escollera o materiales sueltos: de tierra o suelo homogéneo, tierra zonificada, CFRD (enrocado con losa de hormigón) y otros.
  • De hormigón: tipo HCR (hormigón compactado con rodillos) y hormigón convencional.

Su estructura recuerda a la de un triángulo isósceles ya que su base es ancha y se va estrechando a medida que se asciende hacia la parte superior aunque en muchos casos el lado que da al embalse es casi vertical. 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 que la 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.

Presa de arco

La 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 esta 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 situada en Vallon de Baume, realizada por los romanos cerca de Glanum (Francia).[1]​[2]​

Presa de bóveda

La presa de bóveda, doble arco, o arco de doble curvatura es aquella que 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 de arco-gravedad

La presa de arco-gravedad es aquella que 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-puente

La presa-puente combina dos características, por un lado está la presa y sobre esta un puente elevado. Este tipo de presa-puente fue propuesta en el contexto de un proyecto megalómano para unir Europa y África a través del estrecho de Gibraltar.

Presa de contrafuertes o bóveda múltiple

Cuando los taludes están demasiado separados, o cuando el material local es tan compacto que es casi imposible extraerlo, el diseño con contrafuertes permite crear un dique con un gran ahorro de material.

Uno de los ejemplos más destacados de este tipo es la presa Daniel-Johnson, en Quebec, Canadá, terminada en 1968 como parte del proyecto Manic-Outardes. Con 214 m de altura y 1312 m de ancho, la presa, diseñada por André Coyne, se apoya en dos contrafuertes centrales separados 160 m en su base. Los 13 arcos laterales forman medios cilindros inclinados separados 76 m. Más allá de las consideraciones estéticas, la empresa constructora eligió construir una presa con contrafuertes por razones económicas. Según los estudios de diseño, la construcción de la estructura requirió algo más de 2,2 millones de m³ de hormigón, cinco veces menos que una presa pesada.

Según sus materiales

Presas de hormigón

La presas de hormigón son las más utilizadas en los países desarrollados ya que con este material se pueden elaborar construcciones más estables y duraderas; debido 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.

La presa de las Tres Gargantas situada en el curso del río Yangzi, en China, es la planta hidroeléctrica y de control de inundaciones más grande del mundo. Se terminó en el año 2009. Una docena de ciudades y miles de pueblos fueron engullidos por las aguas, obligando a desplazarse a más de un millón y medio de personas.

Pueden ser de hormigón masivo convencional o compactado con rodillo.

Presas de materiales sueltos

Artículo principal: Presa de materiales sueltos

Las 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 solo 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 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.

Existen de escollera, de núcleo de arcilla, con pantalla asfáltica, con pantalla de hormigón o homogénea.

Presas de enrocamiento con cara de hormigón

Este tipo de presas en ocasiones es clasificada 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 utilizado entre 1940 y 1950 en cortinas de alturas intermedias y cayó en desuso hasta finales del siglo XX, cuando fue retomado por los diseñadores y constructores al disponer de mejores métodos de realización y equipos de construcción más eficientes.

Presas de sillera o mampostería

Véanse también: Sillería y Mampostería.

Son aquellas construidas mediante la colocación manual o a máquina de los elementos que las componen, denominados sillares o mampuestos.

Presas de madera

Las presas de madera se utilizaron ampliamente en la primera parte de la revolución industrial y en las zonas fronterizas debido a la facilidad y rapidez de su construcción. Rara vez se construyen en los tiempos modernos debido a su vida útil relativamente corta y a la altura limitada a la que pueden ser construidas. Las presas de madera deben mantenerse constantemente húmedas para mantener sus propiedades de retención de agua y limitar el deterioro por putrefacción, similar a un barril. Los lugares en los que resulta más económico construir presas de madera son aquellos en los que la madera es abundante, el cemento es costoso o difícil de transportar, requiere una presa de desviación de baja altura y la corta vida útil no es un problema. Las presas de madera fueron en su día bastante numerosas, especialmente en el oeste de América del Norte, pero la mayoría han acabado desapareciendo, se han ocultado bajo terraplenes de tierra o han sido reemplazadas por estructuras totalmente nuevas.

Presas de acero

Una presa de acero es un tipo de presa con el que se experimentó a principios del siglo XX y que utiliza chapa de acero (en ángulo) y vigas de carga como estructura. Destinadas a ser estructuras permanentes, las presas de acero fueron un experimento, que podría decirse que fracasó, para determinar si se podía concebir una técnica de construcción más barata que la mampostería, el hormigón o los movimientos de tierra, pero más resistente que las presas de madera.

Según su aplicación

Presa de derivación en el río Mosa, Alemania. La estructura crea un pequeño represamiento para garantizar el funcionamiento de la bocatoma, en la margen derecha.

Presas filtrantes

Artículo principal: Presa filtrante

La 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

Las 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

Las presas de derivación son aquellas cuyo 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

Las presas de almacenamiento son aquellas cuyo 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 porcentaje de presas del mundo, las de mayor capacidad de embalse y mayor altura de cortina corresponden a este objetivo.

Presas de relaves

Las 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.

Elementos constructivos

Planta de generación de energía

Sección transversal de una central hidroeléctrica.
Aliviadero de la presa Llyn Brianne, en Gales, Reino Unido.
Artículo principal: Central hidroeléctrica

Para 2005 la energía hidroeléctrica, principalmente proveniente de presas, aportaba el 19 % de la energía eléctrica total del mundo, y más del 63 % de toda la energía renovable.[3]​ 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 hidroeléctrica producida en el mundo.[3]​

La mayor parte de la energía hidroeléctrica proviene de la energía potencial proveniente del agua embalsada que es conducida a una turbina hidráulica y esta a su vez transmite la energía mecánica a un generador 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

Artículo principal: Aliviadero

Toda presa tiene que tener un sistema para evacuar el agua en caso de lluvias torrenciales que puedan llenarla hasta límites peligrosos.

Impacto humano y social

El impacto de las represas 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.[4]​

Riesgo que supone la construcción de una presa

Artículo principal: Rotura de presa

Como en el caso de toda obras estructural, 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.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Key Developments in the History ofArch Dams (en inglés). SimScience. Consultado el 18 de mayo de 2011.
  2. ↑ Chanson, Hubert; James, Patrick. Historical Development of Arch Dams. From Cut-Stone Arches to Modern Concrete Designs (en inglés). Barrages.org. Consultado el 18 de mayo de 2011.
  3. ↑ a b Renewables Global Status Report 2006 Update, REN21, published 2006, accessed 2007-05-16
  4. ↑ Presos del Desarrollo - Informe de Survival International

Bibliografía

  • Manuale dell'Ingegnere. Edición 81. Editado por Ulrico Hoepli, Milano, 1987. ISBN 88-203-1430-4
  • Handbook of Applied Hydraulics. Library of Congress Catalog Card Number reg.67 25809.
  • Engenharia de Recursos Hídricos. Ray K.Linsley & Joseph B. Franzini. Editora da Universidade de Sao Paulo e Editora McGraw-Hill do Brasil, Ltda. 1978.
  • Handbook of Applied Hydrology. A Compendium of Water-resources Tecnology. Ven Te Chow, Ph.D., Editor in Chief. Editora McGraw-Hill Book Company. ISBN 07-010774-2 1964.
  • Hidráulica de los Canales Abiertos. Ven Te Chow. Editorial Diana, México, 1983. ISBN 968-13-1327-5

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