1. Clasificacion De Las Obras Hidraulicas 234h6z

Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras CAPÍTULO 1

Motivación: Llegar al último eslabón del área de hidráulica dentro de la carrera de Ingeniería Civil es estimulante y representa un reto para el futuro ingeniero. Este capítulo trata de hacerle resaltar la importancia que tiene el conocimiento adquirido en el entorno de una profesión que tiene muchas aristas. Se espera que sea el inicio de una carrera exitosa en esta especialidad.

1. Clasificación de las obras hidráulicas 1.1 Obras hidráulicas. Las obras hidráulicas son aquellas estructuras cuyo objetivo fundamental es el aprovechamiento de los recursos hidráulicos o la prevención de las acciones negativas del agua sobre el medio circundante, como inundaciones, erosiones, etc. 1.2 Problemas de la ingeniería hidráulica. Aunque las obras hidráulicas tienen objetivos bien definidos y estratégicos, pareciera que éstos por sí mismos fueran argumentos suficientes para que sin problema alguno se pudiesen construir; sin embargo como afectan a la comunidad, enfrentan diversos problemas no técnicos cuya solución rebasa a la preparación recibida por el ingeniero hidráulico; sin embargo los debe conocer, éstos pueden agruparse como sigue: a) Hidrológicos a.1) cantidad de agua necesaria para un proyecto a futuro (demanda) a.2) cantidad de agua disponible • escurrimiento superficial (oferta) • agua subterránea (oferta) a.3) calidad del agua (análisis) • química • física • bacteriológica b) Legales b.1) prioridades en el uso del agua b.2) zonas federales en ríos y playas de lagunas y océanos b.3) permisos de paso de propiedades

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras c) Estructurales c.1) geología c.2) presas • cortinas • obras de desvío • obras de toma • obras de control y excedencias c.3) conducciones • canales y sus estructuras • túneles • puentes – canal, sifones • tuberías y sus rios • cauces naturales c.4) plantas hidroeléctricas y de bombeo c.5) plantas de tratamiento c.6) exclusas c.7) distribución y drenaje 1.3 Finalidad de las obras hidráulicas. En la práctica se encuentran muchos tipos de obras hidráulicas que cumplen diferentes funciones y que pueden clasificarse en muy diversas formas, atendiendo a diferentes puntos de vista, como a continuación se indica (Zurita, 1972):

Obras en el mar Obras en las playas Obras en los ríos Obras en terrenos pantanosos Obras en el mar: ™ Diques ™ Escolleras Obras en las playas: ™ Muros de sostenimiento

™ ™ ™ ™ ™

Obras en los ríos: Muros de contención Presas Defensa de márgenes (gaviones) Encauzamientos (espigones, escolleras) Erosiones (plantaciones a nivel)

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras Obras en terrenos pantanosos: ™ Drenaje ™ Conducciones: a) Libres (canales) b) Forzadas (tuberías) c) Tuberías sin presión (desagües)

1.4 Clasificación de las obras hidráulicas Obras hidráulicas son aquellas estructuras cuyo objetivo fundamental es el aprovechamiento de los recursos hidráulicos o la prevención de las acciones negativas del agua sobre el medio circundante (por ejemplo: inundaciones, erosiones, etc.). En la práctica se encuentran muchos tipos de obras hidráulicas que cumplen diferentes funciones y que pueden clasificarse atendiendo a diferentes puntos de vista como se muestra a continuación: • •

Por su posición geográfica; pueden ser: pluviales, marítimas, subterráneas, lacustre, etc. Por la función principal que desempeña:

a) Obras de elevación: Su función es elevar los niveles naturales de la corriente. Estas obras son: Cortinas, bordos, diques, etc. b) Obras de toma: Su finalidad es tomar o extraer el agua en los volúmenes requeridos, desde la fuente de abastecimiento (río, embalse, lago, etc.) c) Obras de conducción: Son aquellas que conducen el agua hasta el sitio de aprovechamiento. Estas obras son generalmente: Tuberías, canales, túneles, etc. d) Obras de excedencias: Su función es desalojar los gastos excedentes en forma organizada. e) Obras de regulación: Se construyen para la corrección del curso de alguna corriente, para la protección de los márgenes del cauce contra la acción de la propia corriente o del oleaje, etc. Estas obras por lo general son: espigones, gaviones, etc. f) Obras internas en sistemas de riego y drenaje: Estas obras son obras de conducción (canales, túneles, etc.), obras de regulación (Tomas, bifurcaciones, compuertas, etc.), estructuras de cruce y defensa (sifones, puentes-canales, alcantarillas, pasos superiores e inferiores, etc.), estructuras disipadoras de energía (rápidos, tanques amortiguadores, escalones, etc.).

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras •

Por su periodo de funcionamiento:

a) Permanentes: Son aquellos que son explotados durante toda la vida útil de la obra. b) Temporales: Son las estructuras auxiliares que se emplean únicamente para la construcción de las obras permanentes.

•

Por los materiales empleados en su construcción: Pueden ser de:

a) b) c) d) e) f)

Tierra Enrocamiento Concreto Mampostería Acero Madera, etc.

•

Por su uso:

a)

Obras de uso común: Son aquellas que generalmente se encuentran presentes en la mayoría de los aprovechamientos hidráulicos. Tales estructuras son: cortinas, conducciones, tomas, obras de regulación, etc. Obras de uso especial: Son las que se emplean para realizar algún aprovechamiento particular y pueden ser: • Obras para riego y drenaje: canales y sus estructuras, plantas de bombeo, etc. • Obras para generación de energía eléctrica: plantas hidroeléctricas, pozos de oscilación, derivaciones, etc. • Obras para abastecimiento de agua potable: Plantas de bombeo, tanques elevados, cárcamos, etc. • Obras para transportes fluvial: esclusas, muelles, rompeolas, canales, etc. • Obras de acuacultura: Pozos de pesas, cultivo de pesas, etc. • Obras para el aprovechamiento de aguas subterráneas: pozos, galerías, etc.

b)

1.4 Elementos constitutivos de un aprovechamiento superficial Los elementos que forman un aprovechamiento hidráulico son, en general, siete, los que se agrupan y relacionan en la figura 1.1.

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Figura 1.1 Esquema de un aprovechamiento hidráulico. (Torres, 1989)

1)

Área de captación o cuenca hidrológica

Es la proyección horizontal de aquella línea que marca el parteaguas, es una de las características más importantes de un aprovechamiento. 2)

Almacenamiento.

Formado por una presa, en un sitio previamente escogido, es donde se cambia el régimen natural del escurrimiento, al régimen artificial de la demanda, de acuerdo con el fin a que se destine. 3)

Derivación.

En donde, a través de una presa, se deriva el escurrimiento del río hacia el sistema de conducción, el que, frecuentemente se localiza a niveles superiores a los del lecho del río. 4)

Sistemas de conducción.

Puede estar formado por conductos abiertos o cerrados y sus estructuras, a través del cual se conduce desde el punto de derivación hasta la zona de aprovechamiento.

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras * En agua potable son las tuberías de conducción. * En distritos de riego son la red principal de canales. * En las hidroeléctricas son las tuberías de presión o canales de fuerza. 5)

Sistemas de distribución.

El cual se constituye de acuerdo con el fin específico del aprovechamiento. Por ejemplo: * En los distritos de riego son la red de canales secundarios * En agua potable es la red de agua potable de distribución * En las hidroeléctricas son las tuberías a presión 6)

Utilización directa del agua.

La cual se efectúa también a través de elementos específicos del fin de que se trate. Así, se tiene: * En centrales hidroeléctricas las turbinas. * En agua potable las tomas domiciliarias. * En los distritos de riego la toma granja. 7)

Eliminación de volúmenes sobrantes.

* En el caso de agua potable, a través de sistemas de alcantarillado. * En las hidroeléctricas, a través de las estructuras de desfogue. * En los distritos de riego, a través del drenaje agrícola. Por lo general para realizar algún aprovechamiento hidráulico es necesario construir varias obras hidráulicas. Al conjunto de obras hidráulicas que se construyen con un mismo objetivo, que deben operar en forma coordinada y que se localizan una cerca de otra, se denomina complejo hidráulico (Vera, 1994). Los complejos hidráulicos pueden ser especializados como los que se dedican al riego o con fines de generación de energía hidroeléctrica, entre otros; o bien los complejos hidráulicos pueden ser de propósitos múltiples. Son este tipo de complejos hidráulicos los que aprovechan en forma más racional los escasos recursos hidráulicos existentes en nuestro país. Finalmente Sistema Hidráulico se le llama al conjunto de complejos hidráulicos que pueden encontrarse separados a distancias relativamente grandes pero que funcionan en conjunto. Por ejemplo, sobre una misma corriente pueden construirse toda una serie de complejos hidráulicos formando una cascada de plantas hidroeléctricas unidas en un mismo sistema eléctrico, sistema hidroeléctrico Grijalva, figura 1.2 es un ejemplo. Igualmente pueden ser especializados o de propósitos múltiples, como en el caso de los complejos hidráulicos.

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Figura 1.2 Sistema hidroeléctrico sobre el río Grijalva, C. F. E.

Hace tiempo, las obras hidráulicas se construían para una finalidad aislada; actualmente, se considera necesario, desde un punto de vista económico (Thuesen, 2001) y ambiental (Semarnat), el tomar en cuenta en cada caso, la posibilidad que las obras sean orientadas para satisfacer dos o más objetivos simultáneamente, estudiando el funcionamiento adecuado de las mismas, promediando los costos que deban cargarse a cada finalidad y analizando el impacto ambiental que pueda causar.

1.5 Obras de defensa

Obras de Defensa en los Márgenes de los Ríos Para evitar totalmente o reducir la erosión lateral que se presenta en las márgenes de los ríos, y con mayor frecuencia en las orillas exteriores de las curvas, se utilizan espigones, muros y diques longitudinales. Algunas diferencias entre estos tipos de obras consisten en que los muros longitudinales evitan por completo los corrimientos laterales de las márgenes, tanto en tramos rectos como en las curvas más forzadas, o sea fijan completamente las márgenes, mientras que los espigones permiten que la orilla entre ellos pueda ser ligeramente erosionada inmediatamente después de su construcción. Por otra parte, los muros longitudinales son más costosos y requieren mayor cuidado en su proyecto y construcción. Además cuando falla una parte de un muro longitudinal puede extenderse esa falla y destruirse toda la obra, sobre todo si la avenida tiene varios días de duración. En cambio, los espigones permiten que la obra en su conjunto continúe trabajando aunque uno o dos de los espigones hayan sido socavados en sus extremos o destruidos y separados de la margen. Por último, el costo de su mantenimiento disminuye con el tiempo.

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras Las principales desventajas de los espigones consisten en que disminuyen el área hidráulica y aumentan la rugosidad de las orillas. Por otra parte, no se pueden utilizar en curvas de radio de curvatura muy reducido.

Espigones. Son estructuras en forma de diques o pantallas interpuestas a la corriente y empotradas en uno de sus extremos a la orilla. Sirven para alejar las líneas de corriente de la orilla con lo cual las partículas de la misma no pueden ser erosionadas.

Figura 1.3 Localización en planta de una obra de defensa con espigones. Manual de Ingeniería de Ríos. Capítulo 16.

Muros y diques longitudinales Son estructuras apoyadas directamente en la margen de un río a fin de evitar que la corriente del agua esté en o con el material de la margen que protegen. Cuando el recubrimiento no se puede apoyar directamente sobre la orilla por presentarse la necesidad de llevar la protección alejada de la orilla actual o por ser la orilla muy irregular y

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras desear construir una defensa continua y regular, se construyen diques, con el talud en o con la corriente debidamente protegido.

Obras de Defensa contra Erosión Local Se diseñarán específicamente para el tipo de obra que se desea proteger. Así habrá algunas destinadas a proteger pilas o estribos de puente, espigones, tuberías, etc. A continuación se explicarán las más importantes y frecuentes.

Protección contra socavación al pie de pilas Las protecciones que aquí se mencionan sirven para cualquier obra que quede dentro del cauce de un río y sea rodeada totalmente por la corriente.

Protección contra la erosión bajo tuberías Se ha probado una protección que consiste en un pedraplén cuya dimensión mínima, se indica. Si la tubería ya se ha descubierto parcialmente, conviene colocar sobre ella y el fondo el volumen tal de material que permita rellenar la posible socavación, ya que de todos modos esta se ha de producir. El tamaño de los elementos del pedraplén se obtiene de la tabla.

Obras de Protección contra Inundaciones Cuando se desea evitar que las zonas adyacentes a los ríos sean inundadas año con año durante la época de lluvias, se construyen obras que interfieren directamente con los escurrimientos permitiendo su almacenamiento o desvío o encauzamiento. Las principales de protección que se pueden construir son: 1. Bordos perimetrales a poblaciones o construcciones de importancia. 2. Bordos longitudinales a lo largo de una o ambas márgenes de un río. A medida que se desarrolla y puebla una región, los daños ocasionados por las inundaciones son mayores que los beneficios; por tanto, se tiende a reducirlas o evitarlas. Para ello, se pueden tomar acciones de dos clases: indirectas o directas. -

Acciones Indirectas para el control de inundaciones: Son aquellas que no interfieren

con los escurrimientos de un río ni lo modifican, permiten avisar con el tiempo a los moradores de las áreas afectadas a fin de evitar la pérdida de vidas humanas, animales y daños materiales.

-

Las principales acciones indirectas consisten en: o

Instalación de un sistema de alarma mediante pluviógrafos y estaciones de radio.

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras o o

1.6

Cálculo del tránsito de las avenidas a lo largo del río. Complementa la primera acción. Delimitación de las zonas adyacentes a los ríos en función de la frecuencia que se presentan las inundaciones.

Estudios para el diseño de una obra hidráulica

El proyecto de cualquier obra hidráulica debe cumplir, fundamentalmente con las siguientes condiciones: a) Que el proyecto satisfaga una necesidad social o económica, presente o futura. b) Que el proyecto cumpla con las funciones para las que se diseña y que los beneficios que se esperan obtener de su realización justifiquen los costos de su construcción. Para que un proyecto cumpla con las condiciones anteriores deben realizarse estudios e investigaciones lo suficientemente profundas que permitan determinar la factibilidad de la construcción de la obra y diseñarla óptimamente. Los estudios son de índole muy variada y contemplan aspectos tan importantes como: la situación socio-económica de la región, las condiciones climatológicas y el régimen hidrológico de la corriente, la topografía del terreno, la geología e hidrogeología del subsuelo, vías de , etc. Sobre la base de los estudios realizados se determina el sitio idóneo para la construcción de la obra, los niveles del agua, los parámetros de diseño de las diferentes estructuras, la ubicación de los bancos de préstamo, vías de , abastecimiento de energía, etc., así mismo se determinan las inversiones de capital necesaria y la plantación de la obra. Obviamente entre mayor sea la calidad y la cantidad de estos estudios mayor será también la calidad de proyecto. Los estudios es una fase muy costosa de un proyecto y su elaboración requiere un tiempo relativamente prolongado y además pueden indicar que la obra no sea factible, técnica o económica. Es por esto que los estudios se programan de tal forma que se realizan en el menor tiempo posible y en el menor costo. Dependiendo de la magnitud de la obra, los estudios pueden programarse hasta en 3 etapas. En el caso de concreto la programación se hace en 2 etapas, que son:

1ª etapa: Estudios preliminares En esta etapa se investigan las características mas generales de la región, se recopilan todos los materiales de interés existentes (planos, cartas topográficas, información climatológica e hidrológica, etc.) se determina el posible sitio de la obra, se hacen anteproyectos de las obras a construir, etc.

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras La etapa preliminar comprende los siguientes estudios: a) Visita de inspección b) Estudios socioeconómicos c) Estudios técnicos: se componen de estudios hidrológicos, agrológicos y de mecánica de suelos.

topográficos,

geológicos,

d) Anteproyectos y conclusiones En esta etapa se determina la factibilidad económica y técnica de la construcción de la obra. Si es favorable esta etapa prácticamente se aprueba la construcción de la obra y se pasa a la segunda etapa.

2ª etapa: Estudios definitivos

1.6 Tipos de cortinas, definición, clasificación y dimensiones de su altura hidráulica.

Generalmente, en el aprovechamiento de los recursos hidráulicos de cualquier corriente natural, la cortina es la estructura de mayor importancia. En principio, la cortina es una obra hidráulica que se construye sobre el cauce de la corriente y cuya finalidad es elevar los niveles del agua formando de esta manera un embalse. Los criterios más generales para clasificar las cortinas son: a) Por su altura pueden ser: • Altas, cuando su altura es mayor de 100 m (H >100m) • Medianas, cuando 30 < H < 100m • Pequeñas, si H < 30m

b) Las cortinas pueden ser vertedoras o no vertedoras. Las cortinas vertedoras cumplen a su vez las funciones de vertedor de excedencias, o sea, tienen la posibilidad de descargar sobre su presa los volúmenes de agua en exceso. Por lo general estas cortinas se construyen de concreto. En las cortinas no vertedoras no se permite bajo ninguna circunstancia el paso de flujo sobre ellas ya que esto lo podría llevar a su destrucción. c) Por los materiales: empleados en su construcción las cortinas se dividen en rígidas y flexibles. Las cortinas flexibles se construyen de tierra y enrocamiento y debido a esto, experimentan ciertas deformaciones (previstas en el diseño) durante su periodo

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras de construcción y servicio, este tipo de cortinas son generalmente no vertedoras. Las cortinas rígidas se construyen con materiales prácticamente indeformables tales como el concreto y la mampostería. Las deformaciones en este tipo de cortinas pueden conducir a su falla total. Cabe mencionar que las cortinas pueden ser mixtas, es decir, la parte vertedora se construye de concreto y el resto con materiales flexibles. d) Las cortinas rígidas pueden clasificarse atendiendo en la forma en que garanticen su estabilidad y a la forma como transmiten las cargas de cimentación. Estas cortinas pueden ser : •

Cortinas de gravedad: Son aquellas que garantizan su estabilidad con su peso propio, es decir, el empuje hidrostático ejercido sobre la cortina es contrarestado por las fuerzas de fricción que se desarrollan entre la cimentación y la base de la cortina como resultado del peso propio de la estructura.

•

Cortinas de machones o contrafuertes: estas cortinas transmiten las cargas a la cimentación a través de la base de los contrafuertes o machones, como se muestra en la figura. El paramento mojado de este tipo de cortinas se diseña inclinado para aprovechar el máximo peso del agua ya para garantizar su estabilidad con un volumen de concreto relativamente reducido.

•

Cortinas de arco: A diferencia de los otros tipos de cortinas de concreto, las presas de arco transmiten las debidas fuerzas al empuje del agua directamente a las laderas de la corriente.

Este tipo de cortinas se construyen en secciones acañonadas donde la forma de la boquilla permita el empotramiento de los estribos de la cortina. La sección debe estar formada por rocas de gran resistencia. Entre todos los tipos de cortinas mencionados son las presas de materiales flexibles las que se construyen con mayor frecuencia en la práctica. Figura 1.4. 1.6.1 Cortinas de tierra y enrocamiento. Las presas de tierra y enrocamiento son las cortinas más antiguas que existen y que en la actualidad se construyen con mayor frecuencia. En las últimas décadas el diseño y la construcción de cortinas de tierra y enrocamiento han tenido un desarrollo impresionante, en la actualidad existen cortinas que rebasan los 300 m de altura. Este desarrollo se debe fundamentalmente a 2 factores: 1.

A los avances logrados en los estudios e investigaciones en la mecánica de suelos y en la mecánica de rocas que sirven de marco teórico para diseño seguro de presas de gran altura.

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras 2. Al diseño y construcción de potente maquinaria de construcción y principalmente el de mecanismos de excavación, transporte y compactación que permiten mover grandes volúmenes de tierra o ritmos acelerados y gran rendimiento, aumentando la calidad de la construcción y abatiendo costos.

Figura 1.4 Tipos de cortinas: de Gravedad, de Arco, de Machones y de Enrocamiento, (Mays, 2005)

Por otro lado, las cortinas de tierra y enrocamiento tienen un conjunto de grandes ventajas en comparación con las cortinas de concreto, entre las que se destacan las siguientes: a) En calidad de material de construcción se puede utilizar cualquier tipo de suelo y roca (salvo algunas excepciones) que se encuentren cerca del sitio de la obra sin ninguna transformación posterior. b) Se pueden construir sobre cualquier tipo de cimentación e incluso sobre aquellas en las que no es posible construir una cortina de concreto.

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras c) Su construcción es posible en regiones de alta sismicidad. d) Son generalmente las de menos costo y su construcción es simple. e) Las propiedades de los materiales no se pierden con el tiempo y requieren de un mantenimiento mínimo durante su periodo de servicio, etc. Sin embargo, las cortinas de tierra y enrocamiento tienen una desventaja d gran importancia en comparación con las cortinas de concreto que es la imposibilidad de verter sobre su cuerpo los gastos excedentes. Esto conduce a la necesidad de construir vertedores de excelencias fuera del cuerpo de la cortina y que generalmente resultan ser obras muy costosas (en los últimos años se han hecho algunos intentos de verter sobre las cortinas de enrocamiento los volúmenes excedente, sin embargo esto se ha hecho en presas de poca altura y las medidas constructivas tomadas elevaron considerablemente los costos de la obra).

1.6.2 Clasificación de las presas de tierra

A las presas de tierra y enrocamiento se le da el nombre de pesas flexibles, debido a la naturaleza de los materiales empleados en su construcción con el paso del tiempo se dan ciertos asentamientos a diferencia de las presas rígidas o de concreto. De acuerdo a su procedimiento de construcción las presas son de 2 tipos: Presas de relleno hidráulico y presas de materiales compactados. •

Presas de relleno hidráulico.- Se caracterizan porque los materiales utilizados en su construcción, generalmente suelos granulares homogéneos, son conducidos desde los bancos de préstamo hasta el cuerpo de la cortina por una corriente de agua. El material es atacado en la cantera por monitores o chiflones que lanzan un chorro de agua a gran velocidad y posteriormente la corriente de agua ya saturada de tierra es conducida hasta el cuerpo de la cortina a través de canales especiales. Ya en la cortina los materiales se distribuyen más o menos en forma uniforme de acuerdo con el tamaño de los granos. Este tipo de presas son muy económicas pero limitadas por las desventajas que presentan. En México fueron construidos algunas presas de este tipo (La Laguna, Los Reyes, Nexapa, Encasa, y Tenango), sin embargo debido a la falla ocurrida en la presa Necaxa ya no se construyen este tipo de presas.

•

Presas de materiales compactados.- Se dividen en :

a) Cortinas de Tierra: En su construcción se emplean fundamentalmente suelos granulares y cohesivos. b) Presas de enrocamiento: Su construcción es de enrocamiento a volteo con un elemento impermeable de material no terroso, o bien de mampostería.

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras c) Presas de Tierra y enrocamiento: Conocidos como presas de materiales graduados. En estas presas el elemento impermeable (generalmente corazón central) se construyen de suelos cohesivos poco permeables y los respaldos de suelos granulares o rocas. Desde el punto de vista de su construcción existe un tercer tipo de cortinas relativamente nuevo cuya construcción es por medio de una potente explosión dirigida y controlada. Sin embargo tiene cierta desventaja relacionada con la imposibilidad de realizar los trabajos de mejoramiento de la cimentación, y se espera que su empleo en los próximos años sea más frecuente. 1.6.3 Terminología Las cortinas de tierra o enrocamiento son un terraplén compactado de forma trapecial. Los elementos más importantes de este tipo de cortinas se muestran en la figuras 1.5 y 1.6: 1. 2. 2’. 3. 4. 5. 6. 7. H.

Corona Talud aguas arriba Talud aguas abajo Corazón impermeable Filtros y zonas de transición Enrocamiento Trinchera Pantalla de inyecciones Altura de la presa

1. Corona de la cortina: Es la parte mas elevada de la sección y generalmente forma parte de la protección de la presa contra el oleaje, además de servir para el tránsito de vehículos. 2. Taludes: Son los planos inclinados que limitan el cuerpo de la cortina. Las cortinas tienen dos taludes de diferente inclinación conocidos como: talud aguas arriba ó paramento, y talud aguas abajo ó paramento seco. 3. Corazón ó Núcleo impermeable: Es el elemento que ocupa la posición central y que garantiza la impermeabilidad de la cortina. 4. Filtros invertidos: Elemento que se emplea para evitar la tubificación del material adyacente. Zona de transición: Material granular permeable que sirve de transición entre el material fino del corazón y el enrocamiento de los taludes y que ocupan la mayor parte del cuerpo de la cortina. También se les llama RESPALDOS DE LA CORTINA. 5. Enrocamiento: Material de roca que sirve de protección al resto de los materiales de la cortina contra el oleaje y contra los agentes atmosféricos.

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras 6. Trinchera: Elemento que se emplea frecuentemente para evitar el paso del flujo de filtración a través de los suelos granulares. 7. Pantallas de inyecciones: Elemento que sirve para impedir el paso del flujo de filtración a través de las grietas en las cimentaciones rocosas. En adelante se entenderá por altura de la cortina la distancia vertical desde su corona hasta su desplante.

Figura 1.5 Disposiciones de taludes del núcleo impermeable, (Mays, 2005)

Figura 1.6 Elementos más importantes de presas de tierra y enrocamiento (Mays, 2005)

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1.6.5 Presas de tierra

Son aquellas que se construyen fundamentalmente con suelos cohesivos (arcillas, limos, etc.) y con suelos granulares (arenas, gravas, etc.). En estas presas es frecuente el uso de elementos impermeables de materiales no terrosos como son: concreto, concreto asfáltico, polímeros, etc. Las presas de Tierra son generalmente de materiales compactados y se pueden clasificar de acuerdo con el tipo de suelos empleados en su construcción y de acuerdo con el tipo de elementos impermeables utilizados. Los principales tipos de presas de tierra son los siguientes: a) Presas de materiales homogéneos: Se construyen casi exclusivamente de un solo tipo de material (arena, limo, etc.) y al menos deben tener una protección contra el oleaje en el talud aguas arriba. Este tipo de presas son generalmente de poca altura y resultan convenientes cuando los materiales empleados en su construcción tienen un índice de filtración relativamente bajo. En presas de mayor altura se emplea en la actualidad una variante de estas presas conocida como presa homogénea con filtros. Este tipo de presas se muestra en la figura 1.7: La idea fundamental de colocar filtros en el interior del terraplén es bajar la posición de la línea de saturación para que esta no cruce el talud aguas abajo y evitar la falla de la presa. Además el empleo de filtros permite hacer mas compacta la sección de la presa. Los filtros se forman con arenas limpios bien graduados, y en su construcción se lleva un riguroso control de calidad, ya que la falla del filtro puede conducir a la falla de la presa. Las dimensiones generales de los filtros así como su composición susceptibles de diseño.

granulométrica son

b) Presas de materiales graduados Es el tipo de presas que ha tenido la mayor difusión en la práctica, junto con las presas de enrocamiento. Se construye con tierras de diferentes tipos, colocándose en el cuerpo de la cortina de acuerdo con el siguiente principio: los materiales finos poco permeables se colocan al centro de la presa, a sus lados se colocan los filtros que generalmente son de arenas bien graduadas, posteriormente van las zonas de transición y finalmente sobre estas últimas se colocan los enrocamientos que sirven de protección de los taludes.

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La parte medular de una presa de materiales graduados en su elemento impermeable gracias al cual es posible la elevación del agua en el vaso. El elemento impermeable puede ser un corazón central vertical o inclinado o bien una pantalla, ambos construidos con arcillas ó limos poco permeables. En algunos casos aislados, en presas de poca altura, elementos impermeables de materiales no terrosos como es el caso del empleo de diafragmas de concreto o metálicos o corazones formados por medio de inyecciones.

Figura 1.7 Línea de saturación a través de una cortina homogénea modificada: (a) con pedraplén; (b) Con filtro horizontal; (c) Con galería de drenaje (U.S. Bureau of Reclamation (1987)).

Es necesario tomar las medidas pertinentes para garantizar la impermeabilidad de su cimentación. Las medidas a tomar dependen del tipo de la cimentación.

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Obras Hidraúlicas M.I Juan José Muciño Porras Si la cimentación de la presa está formada por roca, que generalmente se encuentren agrietados en menor o mayor grado, su impermeabilización se consigue a través de una pantalla de inyecciones de mezclas de cimiento, como se muestra en la figura. Cuando la cimentación de la presa está formada por depósitos aluviales, el tratamiento que se le da puede ser de diferentes tipos dependiendo de la profundidad del estrato permeable: •

Si la cimentación de la presa es de un depósito aluvial de poca profundidad (menor de 20 m) y se localiza sobre un estrato impermeable, entonces las soluciones más económicas son las siguientes:

a) Una trinchera de arcilla compactada que en principio es la prolongación del corazón, que atraviesa todo el depósito aluvial hasta insertarse en el estrato impermeable. b) Una trinchera vertical de poco espesor en la cual se sustituye el material original por mezclas de lodos. c) El empleo de diafragmas metálicas o de concreto que interceptan el peso del flujo de filtración. d) En algunos casos se han empleado incluso una combinación de los métodos anteriores como es el caso del empleo conjunto de trincheras de arcillas compactadas con diafragmas metálicas o de concreto.

1.7 Galería de presas

Figura 1.8 Presa Roosevelt de arco sobre el río Salado en Arizona, vertedores operando en enero 1993. (Cortesía del U.S. Bureau of Reclamation, fotografía de J. Madrigal, Jr. (1993). (Mays, 2005)

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Figura 1.9 Presa Ataturk sobre el río Eúfrates en Turquía. Al fondo, el vertedor de excedencias (Mays, 2005).

Figura 1.10 Cortina de la central hidroeléctrica Ángel Albino Corzo (Peñitas, Chis.). C. F. E.

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Figura 1.11 Cortina de la central hidroeléctrica Ing. Carlos Ramírez Ulloa (El Caracol, Gro.) C. F. E.

Bibliografía Chin D A, Water – Resources Engineering, Prentice Hall. 2nd Edition, 2006. Comisión Nacional del Agua. Manual de Ingeniería de Ríos, 1996. Mays L, Water Resources Engineering, John Wiley & Sons 2nd Edition, 2005. Torres H F. Obras Hidráulicas. Limusa Noriega. 1993. Thuesen Gerald J. “Engineering Economy”. Prentice Hall, Ninth Edition, 2001 Vera O, Obras Hidráulicas I, Apuntes. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, 1994.

U. S. Bureau of Reclamation. Design of Small Dams. Third Edition, 1987. Libro electrónico

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