Obras hidráulicas

Hidrología. Presas. Aliviadores. Construcciones hidrológicas. Canales

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OBRAS HIDRÁULICAS

PRESAS

E una construcción que tiene por objeto contener al agua del cauce natural de un rió. Objetivos: elevar su nivel y la creación de un embalse. Términos:

  • Máx. nivel normal de embalse: nivel máx. Que la superficie puede alcanzar.

  • Máx. Nivel de embalse en crecidas máx. Nivel que la superficie pueda alcanzar en las mayores crecidas posibles, funcionando el aliviadero sin limitar su capacidad de desagüe por las compuertas.

  • Cota de coronación: cota mas elevada de la estructura resistente de la presa.

  • Altura de la presa: diferencia entre la cota de coronación y el punto mas bajo de la superficie general de cimientos.

  • Altura sobre el cauce: diferencia entre la cota de coronación y el punto mas bajo del cauce del rió.

  • Capacidad de embalse: volumen de agua que puede almacenar la presa con el máx. Nivel normal.

  • Avenida máx. Aquella cuyo periodo de retorno es de 500 años

  • Avenida normal periodo de retorno máx. 50 años

  • Periodo de retorno: intervalo de tiempo que según estadística se producirá la siguiente avenida.

ESTUDIO DEL TERRENO

  • Estudio topográfico: 1. recopilación de la cartografía, 2. inspección ocular, 3. recogida de datos, 4. realización de u plano topográfico.

  • Estudio geológico: características y composición del terreno para conocer la resistencia e impermeabilidad de la zona.

  • Prospecciones sísmicas: información sobre la rigidez de las distintas zonas, profundidad a la que se alcanza la decomprensión de la roca. Se hace explosionando en un punto y recogiendo los datos con sismógrafos.

  • Prospecciones eléctricas: naturaleza del terreno y grado de humectación es distinto con el paso de la corriente eléctrica así se sabe la constitución del terreno.

  • Sondeos: corte geológico del terreno que determina su constitución.

Una vez decidida la ubicación se hacen sondeos a lo largo del eje trasversal del rió para definir la profundidad de cimentación con el conocimiento de la roca en cada punto.

CONDICIONES DEL TERRENO PARA LA CIMENTACION

Condiciones:

  • resistente: debe ser resistente para soportar cualquier eventualidad

  • estable: las deformaciones del terreno deben ser menores que las que pueda absorber la estructura.

  • estanqueidad: para que las fugas no produzcan un mal aprovechamiento del agua.

  • TRATAMIENTOS PARA LA MEJORA DEL TERRENO

    • Inyecciones: para rellenar huecos y aumentar la permeabilidad

    • Tratamiento de diaclasas: extraer material que rellenan las litoclasas y sustituirlo por lechada de cemento que aumenta la resistencia.

    • Tratamiento con cables y bulones: crear una armadura de acero para dar la resistencia adecuada.

    ESTUDIO HIDROLOGICO

    Se debe conocer:

    • Caudales que se esperan para determinar la capacidad del embalse. Se puede obtener por aforos directos o por estudios en cuencas próximas.

    • Avenidas que puedan presentarse con cálculos estadísticos.

    CLASIFICACION DE PRESAS

    En función de la probabilidad de acumulación de embalse:

    • Depósitos de acumulación diaria o semanal: volumen aproximado a las aportaciones diarias o semanales.

    • Depósitos estacionales el volumen es del orden de magnitud de las aportaciones en la estación de grandes caudales.

    • Depósitos hiperanuales: el volumen de embalse es> a las aportaciones anuales.

    Atendiendo a la normativa:

    • Gran presa: mas de 15m de altura o entre 10-15m (capacidad de embalse>100000m³, características excepcionales de cimientos)

    • Especial: por la forma de construirla, debe justificarse que su seguridad no es< que la norma establece.

    Según el material que las forma:

    • Presas de fábrica: material unido por conglomerante que da consistencia, uso de hormigón donde el cemento es el conglomerante.

      • De gravedad: resisten el empuje del agua por su propio peso, el sistema de fuerzas actuante para por el núcleo central, las tensiones en los puntos son de compresión o nulas. Tipos:

        • Macizas: llenas de hormigón en toda su sección transversal

        • Aligeradas: con huecos, si están por debajo del talud aguas abajo se denominan `de contrafuerte' así se disminuye el peso y no agravar la estabilidad del vuelco y al deslizamiento. Se puede conseguir:

            • Aumentando el talud de aguas arriba

            • Disminuyendo el valor de la supresión mediante drenes en el interior de la presa que evacuen el agua filtrada.

    Supresión es la presión hidráulica en el contacto del cimiento con la presa, debido a la corriente de agua que circula, desde el embalse, por los poros y fisuras tanto del hormigón como del terreno.

    JUNTAS:

    Necesarias tanto longitudinal como transversalmente para evitar el agrietamiento y asegurar la permeabilidad. Tipos:

    • De construcción: horizontales. El hormigonado realizado por tongadas y subtongadas, entre las distintas capas se extiende un mortero de hormigón.

    • Funcionales: pueden ser transversales y longitudinales con el fin de dividir en bloques independientes el conjunto de la presa. Las trasversales están en contacto con el paramento aguas arriba por lo que se tiene que impermeabilizar.

    • De arco: por su forma geométrica resisten y transmiten las cargas tanto a los cimientos como a los estribos (también de bóveda o cúpula simples o múltiples).

    • De arco-gravedad: gravedad de planta suficientemente curva como para permitir reducir el perfil transversal, considerando en el cálculo el efecto arco.

    • Presas de materiales sueltos: materiales de la naturaleza. Tipos:

        • Homogéneas: mismo material con impermeabilidad para soportar por si solo el paso del agua.

        • De diafragma impermeable: una lamina de H. armado o en masa, mezclas asfálticas…

          • De pantalla impermeable: el diafragma se coloca en el paramento de a/a

          • Diafragma interior en los demás casos.

            • Presas heterogéneas: (núcleo impermeable, formado por materiales diferentes

            • Presas de relleno hidráulico: el material se draga en un lugar adecuado y se transporta por medio de tuberías. El proceso de formación del relleno tiene lugar por sedimentación del material.

    IMPERMEABILIZACION

    Sistemas:

    • Material que forme la presa sea impermeable

    • Núcleo impermeable. Pueden ser:

      • Verticales (centro de la presa)

      • Inclinado (colocados cerca de a/a)

    • Pantalla impermeable: colocada en el paramento de a/a para asegurar la impermeabilidad de la presa. Ventajas: exterior (facilita la revisión y reparación), construcción (no depende del clima y es mas rápida).

    DRENAJES

    Alturas >6m utilización de drenes para controlar la línea de saturación y efecto de filtraciones. Dimensiones, deben permitir desaguar en perfectas condiciones. Funciones: reducir la presión intersticial a/abajo para aumentar la estabilidad al deslizamiento; controlar la filtración y observar si hay arrastre de material.

    CIMENTACION

    Prolongar el núcleo de la pantalla hasta la roca, también son adecuados en terrenos con poca posibilidad de asientos.

    FACTORES EN LA ELECCIÓN DEL TIPO DE PRESA

    Elegir el lugar de ubicación y el tipo, se ubica en un paraje llamado `cerrada' (zona mas estrecha) si el cauce es ancho será conveniente una presa de gravedad o materiales sueltos. El sitio mas estrecho no siempre es el mejor porque la roca puede estar deteriorada o la excavación es mas difícil, también es conveniente mirar la disponibilidad de materiales en las cercanías. General: presa flexible deberá encajarse en cimentación de terrenos naturales, la presa rígida sobre cimentación de fábrica.

    ALIVIADEROS Y DESAGÜES

    Las presas deben estar provistas de aliviaderos que son una serie de dispositivos capaces de evacuar una serie de caudales.

    ALIVIADEROS DE SUPERFICIE

    Colocados en el nivel superior, evacuan las aguas que no caben en el embalse. Partes:

    • Vertedero: situado en la parte a/a controla el agua, acelerarla y establecer el régimen rápido. Partes:

      • Embocadura: canaliza la entrada de agua.

      • Vertedero: sin compuertas ( no hay servicio que las accione), con compuertas (para caudales importantes), mixto (umbral para vertido libre a cota alta y con otra compuerta a cota inferior)

    • Canal de fuerte pendiente para mantener la velocidad o aumentarla.

    • Obra final que restituye el agua al cauce natural. Se debe conseguir la disipación de energía y se realiza en un punto mediante un súbito frenado del caudal. Formas de conseguirlo:

      • Cuenco amortiguador: estructura que produce el resalto hidráulico.

      • Trampolín: la corriente se lanza al aire y produce un cambio brusco de la dirección de la corriente.

    ALIVIADORES DE FONDO Y/O SEMIFONDO

    Colocados sobre el nivel normal del embalse. Conductos o galerías que funcionan en carga en toda o en parte de su recorrido. Funciones: control-evacuación de avenidas, vaciado del embalse, control y descenso del nivel del embalse, evacuación de sedimentos, desvió del río durante construcción, desagüe.

    AUSCULTACION

    Los dispositivos deberán ser suficientes para: medir, movimientos, temperatura, supresiones en presa y terreno, movimientos entre juntas, filtraciones en presas y terreno, otras mediciones especiales.

    AUSCULTACIONES MINIMAS:

    • Hidráulica (filtraciones y sus efectos)

    • Medición de deformaciones

    • Estimación del estado tensional

    • Alteración de los materiales

    • Sistemas de desagüe.

    Los aparatos para medirlos pueden ser internos embebidos en el cuerpo de la presa, no accesibles), externos.

    CANALES

    Estructura hidráulica, por donde circula una corriente liquida, con superficie sometida a la presión atmosférica. El movimiento del agua se origina por la pendiente del canal y por la superficie del agua, puede ser: permanente o estacionario (la velocidad no varia con el tiempo con velocidad constante o variable) y variable (la velocidad de un punto a otro y también en cada instante).

    SECCION TRANSVERSAL

    Elementos:

    • Área: sección transversal de la corriente que conduce un canal.

    • Perímetro mojado: longitud de la línea de intersección.

    • Radio hidráulico relación entre áreas/perímetro mojado

    • Profundidad: máxima profundidad del agua en la sección transversal (calado).

    • Profundidad media: área de la sección transversal/ancho superior (calado medio)

    Un canal puede variar su sección a lo largo del recorrido. La sección semicircular es la mejor en ella el radio hidráulico es máximo para la sección disponible. Lo normal es utilizar secciones trapeciales, con taludes inclinados 2/5 y 1/10 e incluso verticales cuando el terreno esta en roca.

    TRAZADO

    Es fundamentalmente lineal midiendo la pendiente en %oo o en %ooo. La pendiente tiene que ir en descenso para que el líquido se traslade por gravedad. Para el trazado se debe tener en cuenta:

    • No deberán cruzarse terrenos permeables ni corredizos, se tratara de acoplar la pendiente del canal a la pendiente natural del terreno, se debe huir siempre de terraplenes, por los asientos que producen.

    Si la única solución en el perfil longitudinal es el terraplén hay que prever un buen drenaje inferior. También se puede acudir a las obras singulares para salvar la depresión y no tener que hacer terraplén. Puede ser un puente acueducto (continua con el caudal en régimen de lamina libre sin discontinuidad, solo la del cambio de sección) o sifón (se cambia el régimen de lamina libre por el de presión). Si el trazado es difícil podemos hacer un túnel que permite un trazado con gran libertad, puede llevarse el canal por el camino mas corto y seguro. Condiciones: evitar las zonas poco consistentes y llevarlo por la traza más económica.

    REVESTIMIENTO

    Hay que compensar el costo del revestimiento con el de la perdida de agua. Condiciones del material de revestimiento: ser impermeable, lo mas liso posible, resistente a la erosión y no ser costoso. Materiales que se utilizan: Hormigón (mejor se adapta, barato, velocidad de circulación de hasta 4m/sg), mampostería y sillería (caro), chapa de acero (muy bueno pero caro, se usa para altas presiones y velocidades rápidas), arcilla (muy erosionable), material bituminoso (flexible, se adapta bien, impermeable y resistente).

    JUNTAS

    • Transversales: retraen el H. en la fase de construcción, se colocan cada 8-10m.

    • De construcción: según el sistema elegido pueden ser: solera-cajero, cajero-solera.

    CONSTRUCCIONES ADICIONALES

    Tomas (donde se deriva el agua para introducirla en el canal), aliviaderos (elimina agua que sobra), desagües de fondo (vaciado del canal y quitar sedimentos), rápidas (para no cambiar la pendiente del canal), caminos de servicio y rampas de acceso (para inspecciones), pasos (para dar continuidad a los pasos cortados), defensas-cerramiento del canal (alambrado para evitar caídas).