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DIVISIÓN DE CIENCIAS BASCAS E INGENIERíA DEPARTAMENTO DE INGENIERíA DE PROCESOS E HIDRÁULICA INGENIERIA HIDROLOGICA

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.-

DIVISIÓN DE CIENCIAS

BASCAS

E INGENIERíA

DEPARTAMENTO DE INGENIERíA DE PROCESOS E HIDRÁULICA

INGENIERIA HIDROLOGICA

. > I

PROYECTO TERMINAL

DESARROLLO DE

LAS

PRESAS

EN

MEXICO

ALUMNO:

FRANCISCO HERNANDEZ SALINAS _. 902224Q "1 v ..,\.,

ASESOR: DR. BRE~,A ii PUYOL

(2)

1. Introducci&?

2 2 5 9 3 9

2. Reseña histdrica

2.1. Presas'de gravedad

2.2. Presas de tierra y enrocamiento 2.2.1. Primera época

2.2.2. Segunda época 2.2.3. Tercera época 2.3. Presas de arco

3. Funciones de una presa

3.1. Introducción

3.2. Aspectos económicos

3.3. Aspectos de documentación y legales 3.4. Objeto y relación costo-beneficio 3.5. Estudios hidrológicos

3.6. Estudios ecológicos

4. Elemen tos estructurales

4.1. Estructuras auxiliares 4.2. Definición de términos

5. Clasificación de las presas

5.1. Clasificación según tipo de material 5.2. Selección del tipo de presa

5.2.1. Clasificación según su uso

5.2.2. Clasificación según su proyecto hidráulico 5.2.3. Clasificación según los materiales

6. Factores físicos que gobiernan la selección del tipo de presa

6.1. Generalidades 6.2. Topografía

7. Condiciones geológicas y cimentación

7.1. Tipos de cimentación 7.2. Materiales disponibles

8. Estudios preliminares

8.1. Aspectos generales 8.2. Forma de la boquilla

8.3. Tipo, cantidad y localización de los materiales 8.4. Acceso a la obra

(3)

8.5 Estudios climatológicos 8.6 Estudios sismológiccs

9. Estado actual de la Presas en México

9.1

Introducción

9.2. Disponibilidad del agua en México

9.3. Programa de Modernización del Manejo de Agua (PROMMA) 9.4. La problemática actual de las presas en operación

9.5. Soluciones para atenuar riesgos

IO. Conclusiones y recomendaciones

BlBLlOGRAFlA

30

31

32 32

32

34 35 36

38

40

(4)

El término “proyecto” asignado a un sistema de aprovechamiento hidráulico, puede ser pequhño o grande, sencillo o complejo, para un objeto o para varios, pero debe de constar de las instalaciones necesarias para obtener el máximo aprovechamiento de los recursos hidráulicos explotados. Los objetivos del proyecto,

los

propósitos y su magnitud, determinan lo que debe de investigarse respecto a las presas. En muchos de los casos, el proyecto tendrá un objetivo doble o múltiple. Por esta razón, las

investigaciones pueden abarcar un gran número de materias, de las cuales, algunas o todas influirán en la selección del emplazamiento de la presa, en el tamaño de la

misma, y en

los

objetos a los que se destine.

Por lo tanto, todo el proyecto debe de considerarse para su estudio como una sola

unidad, antes de establecer definitivamente los requisitos de diseño correspondiente a un solo elemento, como una presa. Cada objeto al que se destina y cada incremento en su tamaño o alcance, deben justificar su inclusión en el proyecto con alguna medida

apropiada de viabilidad o de justificación. Que generalmente se relacionan a los beneficios que producen, la necesidad que remedian, o la inversión que se puede recuperar con o sin intereses.

Ahora bien, al estudiar la viabilidad de las presas y los vasos deben de tomarse siempre en cuenta las posibles objeciones con respecto a la salubridad pública y a los perjuicios que se pueden producir, y se deben hacer

los

esfuerzos necesarios para evitarlos. El fondo de un vaso cuando se vacía, no solo es poco atractivo sino que permite la

proliferación de enfermedades causadas por mosquitos, como la malaria y la encefalitis.

AI secarse los azolves los olores de la vegetación podrida o el polvo que se levanta por causa del viento pueden producir molestias y daños reales en la salud y a las

propiedades.

Por otra parte, muchos de los embalses están situados en regiones afectadas por las sequías y estarán sujetos a avenidas instantáneas. Bajo estas condiciones climáticas, la erosión producida por las avenidas en las cuencas y en las márgenes de las corrientes llenará ésta los sedimentos que quedarán detenidos en los vasos. Está acumulación de sedimentos puede reducir la utilidad del vaso, y finalmente se puede anular su capacidad. Estos problemas que se mencionan se deben de tomar siempre en cuenta en todos los proyectos que se propongan.

La construcción de las obras hidráulicas en México no tiene solución de continuidad desde la época precolombina. Sin embargo, es en

los

últimos 50 años cuando se ha dado un fuerte impulso a este renglón del desarrollo económico del país. Así, mediante presas con alturas hasta de 150 m, se irrigaron en este período 3 millones de hectáreas, se instalaron plantas hidroeléctricas y se extendieron por todo el país

los

beneficios de control de avenidas y abastecimiento de agua potable. Estas obras

(5)

2

Se estima que en el mundo se tienen mil 400 millones de km3 de agua de los cuales el 2.5 % no es salada, pero de este volumen únicamente 7.3 millones de km3 se consideran accesibles para su aprovechamiento y

solo

300 mil km3 corresponde a las aguas superficiales.

La población mundial ha tenido un crecimiento exponencial y la& demandas de uso del agua van en aumento continuamente. Es posible que de no tomarse en cuenta ciertas

medidas en los próximos años, se pueden presentar problemas muy serios por la 4,

competencia del uso del agua.

Se estima que en México se tiene una disponibilidad media anual de 5 O00 m' por habitante y si este valor se compara con la media mundial, estimada en 700 ms por habitante, mostraría a México como un país con agua en abundancia. Sin embargo, la distribución del vital recurso en el país no es uniforme, ni en espacio, ni en tiempo.

En el sur y sureste del país se cuenta con una gran disponibilidad del recurso por habitante, mientras que en el centro y norte de México se tienen disponibilidades

menores a

los

2 500 ms / habitante / año, debido a la menor precipitación que se presenta y a la mayor concentración de la población.

Además la concentración de la lluvia a lo largo del año es irregular en todo el país,

(6)

La presa de tierra es posiblemente una de las estructuras más antiguas construidas por el hombre. Se sabe que los chinos antes de la era cristiana, ya tenían bordos de gran longitud y compactaban la tierra con vías de carrizo manejadas por verdaderos ejércitos

humanos.

..

Los hindúes desarrollaron este tipo de obra desde el año 500 a.c. y presa Madduk-Masur, la cual tenia 33 metros de altura.

Los aztecas, bajo la dirección de Netzahualcóyolt, construyeron obras

construyeron la

hidráulicas en el año 1450, en el Valle de México para protegerse de inundaciones, siendo el albarradón que dividía los lagos de Texcoco y Xaltocán una de estas estructuras.

En 1789 quedo terminada la presa Estrecho de Riente, España, de 45 metros de altura; su falla en 1802 desalentó a los ingenieros europeos, que hasta época reciente

solo

recurrían a este tipo de presa en valles anchos y cuando la altura requerida era

relativamente pequeña.

A principios del siglo pasado se empezaron a construir pequeñas presas de tierra en Estados Unidos de Norteamérica, principalmente en la región oeste, para

abastecimiento de agua (San Francisco). En realidad, se popularizan estas

construcciones con la expansión del riego en los últimos 50 años. Una trayectoria semejante se registra en México, a raíz de la creación de la Comisión Nacional de Irrigación en 1926.

México es uno de los países que en las últimas décadas ha tenido un incremento

importante en lo que a la construcción de las presas se refiere, destacándose sobre todo las de tipo de tierra y enrocamiento en la que los ingenieros mexicanos adquirieron una amplia experiencia. Hasta la época de los 60s, se habían construido presas de alrededor de los 150 metros de altura, muchas de las cuales se dotaron de aparatos de medición para observar su comportamiento durante las etapas de construcción y

operación,

lo

cual signifid una importante aportación para los diseños actuales.

Bien puede decirse que la historia de las presas en México se inicia en el año de 1550, cuando las aguas de la laguna de Yuriria en Guanajuato, se confinaron con bordos de 12 metros de alto, para almacenar 221 Mm3 y destinarlos al riego, generación de energía y protección contra las inundaciones.

La historia es larga pero productiva, ya que de acuerdo con el avance que a la fecha registra la base de datos que está integrando la Comisión Nacional del Agua existen en el territorio mexicano más de 4 800 presas, construidas tanto por dependencias

(7)

4

Las presas en México, en general se destinan a usos múltiples y la mayoría tiene por finalidad el riego para el desarrollo de la agricultura, indispensable para afrontar el

problema que plantea el crecimiento demográfico que se registra actualmente en

nuestro país. También el desarrollo hidroeléctrico ha dado origen, en los últimos años, a que se construyeran grandes presas en

los

ríos .que potencialmente presentan ventajas para este aprovechamiento.

" El territorio nacional tiene una extensión de 1,967,183 K m 2 , con relieve variado,

destacando dos grandes cadenas de montañas denominadas Sierra Madre Oriental y Sierra Madre Occidental, que corren de norte a sur, paralelamente a las líneas costeras. El eje neovolcánico, entre

los

paralelos 19" y

20°,

y la franja correspondiente a la Sierra Madre Occidental, donde se localiza una falla de tipo tectónico, son zonas de

considerable sismicidad, por lo que las presas que se localizan en ellas han requerido un estudio minucioso con objeto de garantizar su seguridad.

AI norte del eje neovolc5nico y entre las dos sierras mencionadas se tiene una región denominada el altiplano de México, en donde existen amplias zonas áridas. El clima es muy variado, siendo extremoso en la región norte, templado en las zonas altas, y

tropical o tropical húmedo en la zona sur y sureste. En esta última región se han

presentado problemas en la construcción de presas de tierra debido a que se tiene una precipitación anual de 2,500 mm.

En una gran extensión del país predominan las formaciones de calizas que han motivado problemas importantes en la construcción de presas por su estado de

carsticidad y fracturamiento. También las formaciones de origen volcánico recientes han ocasionado numerosos problemas por su gran heterogeneidad y alto fracturamiento.

El diseño y la construcción de presas han sido acordes con la evolución de la tecnología y la disponibilidad de equipo de construcción, en las diferentes épocas en que esta actividad se ha desarrollado. Durante la época de la Colonia y en el primer siglo de México independiente, el tipo predominante de presas es el de mampostería, con diseño totalmente empírico y que actualmente se encuentran todavía en

funcionamiento.

A principios de los años setenta, se habían sido construido 382 grandes presas que abarcaban prácticamente todos

los

tipos conocidos en el mundo. De este conjunto 133 eran de gravedad, que desde la época colonial y hasta la actualidad, se construyen cuando las condiciones geológicas lo permiten.

Las presas de tierra y enrocamiento sumaban en ese entonces 234 y eran las que más se construían en nuestro país debido a que en general se ajustaban mejor a las

condiciones geológicas y a la disponibilidad de materiales, siendo por lo tanto más económicas que las de otro tipo. Entre estas presas construidas algunas con altura

hasta de 150 metros, cabe mencionar El Infiernillo,~la Angostura y Netzahualcóyoltl.

(8)

construida en el año de 1937, con una altura de 73 metros del tipo Ambursen, que fue en su época la más grande del mundo.

2.7. Presas de gravedad

Las presas de tipo gravedad que se construyeron en el país eran de mampostería y concreto. Las de mampostería por lo general han sido de altura moderada y las de

concreto en algunos casos son de altura importante.

En el año de 1916 fue terminada la construcción de la presa La Boquilla, en el Río Conchos, Chihuahua, por parte de la compañía Agrícola y de fuerza Eléctrica del

Conchos. Es de concreto, con altura de 70 metros, una capacidad de 2,985 hm3 y la mayor del mundo en su época y en la actualidad sigue prestando servicio sin ningún

problema.

En 1930 se construyó la presa Venustiano Carranza, Coah, de tipo mixto, con sección vertedora de machones de concreto, con cabeza redonda tipo Noetzli. Fue la primera de este tipo en el ámbito mundial.

También puede mencionarse la presa La Esperanza, Gto, construida en 1894, de mampostería con altura de 45 m y capacidad de I .6 hm3.

En la década de los OS, los gobiernos de México y Estados Unidos de Norteamérica diseñaron y construyeron conjuntamente la presa internacional La Amistad, en el Río Bravo del Norte. Es una presa compuesta de varias secciones, sobresaliendo la sección central la cual es de gravedad, de concreto, de 88 m de altura máxima, formada por 40 monolitos con longitud total de 665 m, de la cual 290 m corresponden a la porción vertedora, localizada sobre el cauce del río. En ambas márgenes se tienen diques de tierra, de alturas de 40 m, con longitud en el lado mexicano de 6,560 m y en de Estados Unidos de 2,589 m

2.2. Presas de tierra y enrocamiento

Ampliando lo dicho anteriormente acerca de la preferencia de este tipo de presas en

nuestro país, se hará una descripción de su evolución, dividida cronológicamente en 3 épocas que a su vez corresponden con niveles notables en el desarrollo de métodos de cálculo y procedimientos de construcción.

2.2.7.

Primera epoca

Esta primera época, en que el diseño es empírico, se inicia en el año de 1927 con la presa Venustiano Carranza, en el Río Salado, Coahuila, que es de tipo mixto: su

sección de tierra es homogénea, de 35 m de altura y 987 m de longitud, construida en capas de 0.50 m de espesor, compactadas con rodillo liso; en

el

paramento aguas arriba esta provisto de una pantalla rígida de concreto reforzado.

"

(9)

6

el control de calidad en la colocación de

los

materiales del terraplén, verificando los pesos volumétricos alcanzados. El mismo año se construye la presa Cointzio en el

estado de Michoacán, de tierra, con 46 m de altura y 300 de longitud. En la construcción del terraplén de esta obra se emplea por primera vez un rodillo pata de

cabra y se inicia el control de las terracerías usando la prueba Proctor.

En 1936 principia la construcción de la presa Lázaro Cárdenas (El Palmito) en el Estado de Durango, que fue en su época la más importante de su tipo, en México y en el mundo, por su altura y capacidad. Consiste en una sección de tierra con amplio corazón impermeable y respaldos de materiales permeables con chapa de roca en los paramentos. La altura total de esta presa es de 95 metros y la longitud de la corona de 330 m con capacidad de almacenamiento de 4,055 hm3. La construcción del corazón impermeable se hizo bajo la vigilancia de un laboratorio de campo, empleando, el

concepto de humedad óptima en la prueba Proctor, para colocación de arcilla. El diseño de esta presa fue empírico, sin embargo, al estar finalizando su construcción en 1946, se revisó su estabilidad mediante el uso del método de superficies de falla cilíndricas

con aplicación del método sueco, con los parámetros de esfuerzo cortante determinados en la arcilla de corazón.

’,

2.2.2.

Segunda época

Se caracteriza por la aplicación de la mecánica de suelos en el diseño y construcción de presas de tierra y enrocamiento. El cambio básico fundamental de -esta época consiste en establecer criterios generales de diseño para garantizar la seguridad de las obras durante su construcción y operación, tales como la estabilidad de

los

taludes, limitación de la magnitud de las deformaciones en terraplenes y previsiones contra efectos de tubificación.

La estabilidad de los taludes de la cortina se revisa considerando superficies de falla cilíndricas, con aplicación del método sueco, o bien considerando superficies de falla planas o una combinación de estas con superficies curvas, empleando el método de la cuña. El análisis sísmico se realiza en condiciones estáticas y los parámetros de esfuerzos cortantes para suelos cohesivos se determinan mediante pruebas de

laboratorio, considerando los esfuerzos totales y para suelos no cohesivos se utilizan los esfuerzos efectivos.

Son muchos los ejemplos que pueden mencionarse de obras construidas en esta etapa; sin embargo, solo se mencionaran algunas de las más importantes.

Se tiene la presa Manuel Avila Camacho (Valsequillo), en el Estado de Puebla, que se inició en el año de 1941 , tiene 85 m de altura y 425 m de longitud. Es una presa de corazón impermeable central amplio y respaldos de enrocamiento. La boquilla, labrada en un conglomerado calizo formado por clastos de caliza y pedernal, presentan una serie de grietas conjugadas, casi verticales, que en las cercanías del cañón del cauce fueron ampliadas por abrasión, dando origen a veces a pequeñas cavernas. Por las condiciones geológicas de esta boquilla fue necesario efectuar un tratamiento de la

(10)

mediante una pantalla de inyecciones de lechada de cemento y un tapete de inyecciones someras para consolidar la zona de desplante de la cimentación.

Una de las obras más importantes de esta época es la presa Presidente Alemán

(Temascal), en el Río Tonto, Oaxaca, apoyada en formaciones de calizas cavernosas, .

construida en el año de 1944. Es de tipo de enrocamiento, con un corazón de arcilla I:,

impermeable central, cubierto en ambos paramentos con filtros de grava y arena

continuando con respaldos de roca. La presa tiene 76 m de altura máxima, con 830 m de longitud y está diseñada para una capacidad de almacenamiento de 9,000 hms. *

Durante la construcción del corazón impermeable, se presentó el problema de colocar 5,000,000 m3 de arcilla leterítica de alta plasticidad con un contenido de agua 4%

superior al óptimo de la prueba Proctor, debido a que la lluvia anual en esa zona alcanza alturas promedio de 2,400 mm.

2.2.3.

Tercera época

Abarca de la década de los sesenta en adelante y se caracteriza por la realización de presas de tierra y enrocamiento de gran altura. Estas estructuras se han diseñado con base en estudios minuciosos, desarrollados en México, sobre todo en lo que refiere a las propiedades del esfuerzo cortante de los materiales que se emplean en la

construcción.

Para

los

materiales no cohesivos, que actualmente ocupan el mayor volumen de las presas de tierra y enrocamiento, se ha puesto especial atención en la investigación y desarrollo de métodos para la determinación cada vez más precisa de sus propiedades de esfuerzo cortante y comportamiento, para lograr cada día diseños más seguros y obras más económicas.

En el Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México, se

disponía de una cámara de compresión triaxial, para la determinación de

los

parámetros de esfuerzo cortante, en las que se ensayaban especímenes de 1 .O6 m de diámetro y 2 m de altura y fragmentos de roca de hasta 25 cm; las presiones de confinamiento llegaban hasta 30 kg/cm2. Para verificar la deformabilidad de

los

materiales no cohesivos desarrollaron un consolidómetro de 1.14 m de diámetro y I .O0 m de altura, en el que se podían aplicar presiones de hasta 56 kg/cm2.

Se emplearon para los análisis de estabilidad de tierra y roca, métodos estáticos y métodos de elementos finitos. Este último tiene por finalidad investigar los estados

particulares del esfuerzo y deformación en las zonas señaladas del cuerpo de la presa y verificar su comportamiento a

lo

largo del período de operación, con base en

los

datos

aportados por los instrumentos previamente instalados.

Las obras más importantes que se realizaron en esta época han sido instrumentadas

(11)

8

extensómetros eléctricos y celdas de presión. Invariablemente se instalaron en las presas testigos superficiales para observar sus movimientos.

2.3.

Presas de arco

De este tipo

si.,

habían construido 9 hasta el año de 1965, pudiendo mencionar entre ellas la presa Calles, en el Estado de Aguascalientes, que data del año de 1926, con altura de 64 m y longitud de la corona de 283 m y la presa La Angostura, en Sonora, construida en 1936, con altura de 91 m y longitud de corona de 178 m.

Asimismo se construyó la presa La Soledad (Apulco), en el Estado de Puebla, en el año de 1962, con 92 m de altura y 154 m de longitud; la presa Manuel M. Dieguéz (Santa Rosa), en el año de 1964, en el Estado de Jalisco, con una altura de 114 m y 150 m de longitud, y en ese mismo año, la presa Plutarco Elías Calles (El Novillo), en Sonora con altura de 134 m y longitud de corona de 188 m. En estas presas se aplicó tecnología más moderna, tanto en el diseño como en el control de calidad de los concretos elaborados.

Con la experiencia adquirida, disponiendo de cada vez de más y mejores herramientas para diseño y contando con la maquinaria de construcción en constante evolución, se inició el auge en la construcción de presas. Así que revisando el registro de las

principales presas terminadas, ordenando cronológicamente, se observa que entre 1946 y 1982, se terminaron de construir 31 presas de. gran altura, con capacidad conjunta de almacenamiento de 105 mil millones de m3 , entre las que destacan 6 de ellas, cuyas características se observan en la tabla 2.1.

Tabla 2. l . Grandes presas construidas

enfre

1949-1982

A partir de 1983 y hasta 1995, el panorama que se presenta es diferente y está caracterizado por la construcción de un gran número de presas de mediana altura y

moderada capacidad de almacenamiento, destinadas en su gran mayoría al riego de tierras con extensiones medianas y pequeñas.

(12)

ellas y del total de las 105 presas solamente 8 rebasan los 80 m. La tabla 2.2 presenta las características de las presas principales construidas durante el periodo comprendido entre 1983 y 1995.

Tabla 2.2. Grandes presas construidas entre 7983-1 993

Nombre

1

Río

Ing. Guilletmo Blake El Sabinal Aguilar (El Sabinal)

Carlos Ramírez Ulloa Balsas (Caracol)

Angel Albino CORO Grijalva (Peñitas)

Constitución de Cupatizio

Apatzingán (Chilatán) Miguel de la Madrid Santo

Hurtado (Cerro de Oro) Domingo

Gral. Ramón Corona Ayuquila Madrigal (Trigomil) Trojes Solidaridad Barreras

(Trojes)

El Cuchillo Solidaridad

(El Cuchillo) San Juan

Aguamilpa Solidaridad Barreras

Solosio Munieta

Estado

I

Tipo

I

Altura,

I

. CaDacidad

m To&, MmS

Sinaloa 448 81 Tierra-roca

Guerrero 1,628 53 Tierra-roca Chiapas 1,860 1 26 Tierra-roca Michoacán 5,380 60 Tierra-roca Oaxaca

806 103 Tierra-roca

Jalisco 1,785 44 Tierra-roca Tamaulipa 294 87 Tierra-roca Jalisco

324 107

Gravedad

S

Jalisco Enrocamiento 187 5,71 O

Hidalgo

4,566 160

(13)

3.

Funciones de una presa

-

3.1. Introducción

Es evidente que la función de una presa es un factor determinante de las

dimensiones de la cortina y de las obras de excedencias, pero también afecta las condiciones de diseño o tratamiento de la cimentación, de los empotramientos y del talud de aguas arriba, principalmente. En efecto, las perdidas de agua por flujo a través de la cimentación y de los empotramientos, que son aceptables en un caso, pueden ser excesivas en otro, dependiendo de la finalidad de la presa (almacenamiento o derivación).

Además, la función de la obra, al determinar el régimen hidráulico de operación, influye en las medidas que han de adoptarse para el diseño del talud de aguas arriba por lo que toca a su estabilidad ante el vaciado rápido del embalse.

En general se puede decir que las funciones de una presa son:

a) Almacenar agua (presas de almacenamiento), b) Levantar el nivel del agua (presas de derivación), c) Ambas funciones

Para almacenar el agua se cierra el paso a un río y se obliga a que el agua se acumule sobre el valle aguas arriba; este mismo echo provoca un remanso que facilita la derivación del agua para el uso deseado.

Los objetivos de una presa se pueden agrupar en dos grandes áreas:

a) Aprovechamiento

1. 2.

3.

4.

5. 6. 7.

Riego o Regadío

Abastecimiento de agua

Producción de energía eléctrica Navegación

Esparcimiento Acuacultura Entarquinamiento

b) Defensa

(14)

3.2. Aspectos económicos

El costo de la obra es importante, en relación con los beneficios que de ella se esperan. Es conveniente realizar un estudio económico de las alternativas

técnicamente factibles y escoger la que tenga un costo total mínimo esperado, si todas ellas pueden producir

los

mismos beneficios.

3.3. Aspectos de documentación y legales

Aunque no compete directamente al ingeniero hacer consideraciones de tipo legal, es muy conveniente que sepa que existe un conjunto de leyes que rigen la prioridad en el uso del agua, las zonas federales en los ríos y en las playas de las lagunas y océanos, así como las áreas susceptibles de ser empleadas como vaso de almacenamiento.

Para que un proyecto sea financiable internacionalmente, e inclusive con la banca nacional, la documentación tiene que conformarse con la legislación mexicana y también con normas internacionales para “Financiamiento de Proyectos”.

Muchos temas que competen a éstos, como son la asignación de contratos,

cambios de Ley, Impuestos, competitividad del producto a corto y mediano plazo, etc. Aunque se analizaban, no eran de tal importancia ya que si el tomador de la deuda era una institución gubernamental, como es el caso de la CNA o CFE, se traduce a un riesgo político y/o crédito Soberano de la Nación. Sin embargo, para créditos a proyectos toman una importancia vital para poder realizar

financiamiento con riesgo de proyecto.

3.4. Objeto y relaci6n costo-beneficio

Considerando el objeto para el cual va servir una presa, con frecuencia se deduce el tipo más adecuado como, por ejemplo, cuando su función principal es

proporcionar un almacenamiento continuo y seguro de agua para riego, energía eléctrica, o uso domestico; para controlar las avenidas por detección; para regular el gasto de las corrientes; o para que sirva de presa de derivación o levantadora sin almacenamiento.

(15)

12

La justificación de una obra para recreo debe de basarse en una comparación de la población que resulte beneficiada, la ubicación de otros proyectos de la misma clase, y la tendencia de crecimiento en el distrito (apreciativa y despreciativa), todo en relación con el costo del proyecto y del dinero disponible. En el caso en que la necesidad sea grande pero el número de gente limitado, el aprovechamiento de un emplazamiento costoso puede resultar injustificado. En otros casos, la necesidad actual puede ser grande, pero existe la tendencia hacia la disminución de la población y de

los

valores de la propiedad. Lo que tiene que tomarse en cuenta. En ambos casos, la obra debe hacerse tan barata como sea posible,

probablemente con una presa baja con pequeña capacidad de almacenamiento.

3.5. Estudios hidrol6gicos

Se llevan a cabo estudios hidrológicos que son necesarios para el proyecto de una presa con el objeto de proporcionar

los

datos del proyecto, tales como:

capacidades (de azolves, muerta, útil, de control de avenidas, de regularización sin control o superalmacenamiento), niveles (muerto mínimos y máximos de operación) y gastos de diseño (de las obras de toma, de desvío, de control de

avenidas y de desagüe de excedencias). También se llevan a cabo

los

estudios sobre el nivel freático en la boquilla y en el vaso, el agua subterránea y calidad del agua.

Se debe de hacer la estimación más precisa posible del volumen de agua que exceda de la aportación a

los

derechos hidráulicos adquiridos con anterioridad como base del almacenamiento justificable. El agua almacenada en el vaso completará el gasto natural de la corriente durante

los

períodos en que es insuficiente. La aportación segura del vaso será la cantidad de agua que puede entregarse sobre una base firme en el período critico de las aguas mínimas con una capacidad determinada del vaso. Las capacidades del vaso y las aportaciones de seguridad pueden obtenerse de las curvas masa de la aportación de la corriente natural en relación con las demandas fijas de agua o de estudios detallados sobre la operación del vaso, dependiendo del detalle que se justifique en el estudio.

La evaporación del vaso y otras pérdidas incidentales deben de tomarse en cuenta antes de calcular las aportaciones netas del vaso. El período crítico de las aguas mínimas puede ser de 1 año de sequía o una serie de años secos durante el

período registrado de la historia del agua. Las escaseses del agua no se deben de tomar en cuenta cuando se trate de agua para uso industrial o municipal. Para

(16)

3.6. Estudios ecolbgicos

Un ecosistema puede definirse comc el conjunto de organismos vivos y factores abióticos (no vivos) contenidos en un :área o volumen dado en la naturaleza, que interactúan de tal manera que no hay un flujo continuo de energía dentro del conjunto. Por lo común los ecosistemas se encuentran en situación de equilibrio, cada especie tiene relaciones bien definidas con los demás y las tramas y

cadenas alimenticias están bien establecidas.

Es conveniente mantener el equilibrio de los ecosistemas ecológicos que nos benefician, poreso es muy importante realizar un estudio cuantitativo y cualitativo del proyecto de acuerdo a los objetivos de la presa, tratando de observar dicho equilibrio.

(17)

4.

Elementos estructurales

4. l . Estructuras auxiliares

Una presa esta constituida por un conjunto de estructuras auxiliares, mencionando a continuación sus características de mayor importancia:

Cortina. Obstáculo construido al paso de la corriente.

Obra de torna. Estructura que permite la extracción de agua del embalse para los fines deseados.

Obra de excedencias: Estructura que permite que los excedentes de agua pasen de nuevo a la corriente, sin peligro para la presa.

Obra de confrol. Permite el manejo de los excedentes, para proteger las obras zonas aguas abajo.

Obra de desvio. Son obras de carácter temporal, que tienen por objeto controlar adecuadamente la corriente durante la construcción de la presa.

4.2. Definici6n de términos

En las presas es común utilizar un conjunto de términos que describen los aspectos relevantes de estas estructuras hidráulicas. Para tener una idea de su significado a continuación se describen aquellos términos de uso más común.

Boquilla o sitio. Lugar escogido para construir la cortina.

Sección de la cortina. En general es cualquier corte transversal de la presa; pero a menos que se especifique la estación o cadenamiento de dicho corte, es la sección de máxima altura de

la

cortina.

Altura de la cortina. Se define como la distancia vertical máxima entre la corona y la cimentación la cual no necesariamente coincide con la medida desde el cauce del río, por la presencia de depósitos aluviales.

Corona o cresta. Es la superficie superior de la cortina que, en ciertos casos,

puede alojar a una carretera o vía de un ferrocarril; normalmente, es la parte de la protección de la presa contra oleaje y sismo, sirve de acceso a otras estructuras.

Y

(18)

cateto horizontal y el vertical;

cotangente del ángulo que forma

por ejemplo, un talud 3.51 , significa que la el plano o traza con la horizontal es de 3.5

Corazón impermeable. También llamado núcleo de tierra, es el elemento de la presa que cierra el valle al paso del agua contenida en el embalse o vaso.

Respaldos permeables. Son las masas granulares que integran, con el corazón impermeable, la sección de la cortina. Pueden estar formados, por filtros,

transiciones y enrocamientos.

NAME. Abreviación del nivel de aguas, máximo extraordinario; es la elevación del agua en el vaso cuando la presa está llena y además funciona el vertedor a su máxima capacidad. Hay otros niveles usuales en presas, como son el de

operación, el mínimo de operación el máximo de azolves. La diferencia entre la elevación de la corona y el NAME es el bordo libre.

Ahora bien, para ilustrar las estructuras auxiliares de una presa y aquellos términos que se utilizan comunmente en las presas, la figura 4.1 muestra un

(19)

16

e

Eje de la cortina

"

(20)

5.

Clasificacibn de /as

presas

’ , Existen varias clasificaciones de las presas: atendiendo a su altura, a sus

funciones o a otras características, sin embargo la clasificación más común es de acuerdo a sus materiales de construcción y su concepción estructural.

5.1. Clasificación según tipo de material

1. Tipo a: Materiales sueltos (tierra y roca)

-

Tierra: Relleno hidráulico; sección hornogenea compacta

-

Materiales graduados

-

Enrocamiento

2. Tipo b: Materiales cementados (concreto y mampostería)

-

Gravedad: Masiva; aligerada

-

Contrafuertes: Machones; losas planas; arcos o bóvedas múltiples

-

Arco y bóveda

5.2. Selección del tipo de presa

Las presas se pueden clasificar en un número de categorías diferentes, que

depende del objeto de la clasificación. En este Proyecto Terminal consideraremos tres consideraciones de acuerdo con el uso, el proyecto hidráulico, o los materiales que conforman la estructura.

5.2.1. Clasificación según el uso

Las presas las podemos clasificar de acuerdo con la función más general que van a desempeñar, como de almacenamiento, de derivación, o regulación. Podemos precisar más las clasificaciones cuando consideramos sus funciones específicas.

Presas de almacenamiento

-

Se construyen para embalsar el agua en los períodos en que sobra, para

utilizarla cuando escasea. Estos períodos pueden ser estacionales, anuales o más largos. Muchas presas pequeñas almacenan los escurrimientos de la primavera para usarse en la estación seca del verano. Las presas de

(21)

18

almacenamiento, como para abastecimiento de agua, para recreo, para la cría de peces y animales salvajes, para la generación de energía hidroeléctrica, irrigación, etc. El objeto específico u objetos en

los

que se va utilizar el almacenamiento tienen a menudo influencia en 01 proyecto de la estructura, y pueden determinar proyectos como el de la magnitud de las fluctuaciones del nivel que pueden esperarse en el vaso y el de volumen de filtraciones que pueden permitirse.

Las presas de derivación

-

Se construyen ordinariamente para proporcionar la carga necesaria para desviar el agua hacia las 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 el vaso de almacenamiento fuera del cauce natural de la corriente, para usos municipales e industriales, o para una combinación de

los

mismos.

Las 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 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 se le llama algunas veces de distribución o dique, porque su principal objeto es recargar

los

acuíferos. Las presas reguladoras también se construyen para detener

los

sedimentos. A menudo estás se les llama presas de arrastres.

-

Aunque no es muy frecuente que se utilicen para varios usos como las presas grandes, con frecuencia sirven para más de un fin. Cuando son para varios

usos, se reserva un volumen separado del vaso para cada uno de ellos. Existe una combinación de usos relativamente frecuente en la que entran el

almacenamiento, el control de avenidas y para deportes.

5.2.2. Clasificación según su proyecto hidr4ulico

Las presas se pueden clasificar en presas vertedoras o no vertedoras.

Las presas vertedoras

-

Se proyectan para descargar sobre sus coronas y en general se deben

(22)

Presas no vertedoras

-

Son las que se proyectan para que el agua no rebase por la corona. Este tipo de proyecto permite ampliar la elección de los materiales incluyendo las presas de tierra y las de enrocamiento.

-

Con frecuencia se combinan los dos tipos para formar una estructura

compuesta, que consiste de por ejemplo, una parte vertedora de concreto de gravedad con extremos formados por terraplenes.

5.2.3. Clasificación según los materiales

La clasificación más común 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 del proyecto como, por ejemplo, presa de concreto de gravedad, o presa de concreto del tipo de arco.

Presas de tierra

-

Las presas de tierra constituyen el tipo de presas más común, principalmente por su construcción ya que intervienen materiales en su estado natural que

requieren el mínimo de tratamiento. Además,

los

requisitos para sus

cementaciones 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 esta disminuyendo como resultado de los numerosos sistemas de almacenamiento de agua que se han

emprendido, especialmente en las regiones Bridas y semiáridas en las que la conservación del agua para riego es una necesidad fundamental.

-

Aunque dentro de la clasificación de las presas de tierra están comprendidos

varios tipos,

los

adelantados obtenidos en

los

equipos de excavación, acarreo y compactación de materiales terrosos, ha hecho el tipo de presas de tierra

compactada tan económico que virtualmente ha reemplazado los tipos de terraplenes hidráulicos y semihidráulicos. 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, impide la instalación de la planta de grandes dimensiones que es necesaria para la eficiencia de las operaciones hidráulicas. Las presas de tierra compactada se subdividen en presas de un solo material,

o

de varios, o con diafragmas.

-

Las presas de tierra requieren estructuras complementarias que sirvan de

(23)

20

-

A menos que el emplazamiento de la presa quede fuera del cauce de la corriente, se deben de tomar medidas para desviar la corriente durante la

construcción a través del emplazamiento por medio de un conducto, o alrededor del mismo por medio de un túnel. De otra manera, se deben

incorporar en el proyecto medidas especiales que permitan que el agua pase

sobre el terraplén durante la construcción. Este tipo de derivación solamente ”

debe usarse cuando se disponga de personal experimentado en este trabajo.

Presas de enrocamiento

-

En las presas de enrocamiento se utilizan rocas de todos

los

tamaños para dar estabilidad a una membrana impermeable. La membrana puede ser una capa de material impermeable del lado del talud mojado, una loza de concreto, un recubrimiento de concreto asfáltico, placas de acero o cualquier otro dispositivo semejante; o puede ser un núcleo interior delgado de tierra impermeable.

-

Como

los

terraplenes de tierra, los de roca están sujetos a daños y destrucción si los rebasa el agua y, por lo tanto, deben de 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 soportan los derrames.

-

Las presas de enrocamiento requieren cimentaciones que no estén sujetas a

asentamientos de magnitudes suficientes para romper la membrana

impermeable. Las únicas cimentaciones adecuadas, por

lo

general, son la roca o la arena compactada y la grava.

-

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 donde la construcción de una presa de concreto resultaría muy

costosa.

Presas de concreto de tipo gravedad

-

Las presas de gravedad, o 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

datos adecuados. Se adaptan bien para usarse como cresta vertedora y, debido a esta ventaja, a menudo se usan formando una parte

vertedora de

las

presas de tierra y enrocamiento o de una presa derivadora.

(24)

-

Las presas de gravedad pueden tener planta curva o recta. La planta curva puede proporcionar algunas ventajas en

lo

que respecta a éI 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 de tipo arco

-

Las presas de concreto de tipo arco se adaptan a los lugares en los que la relación de la distancia entre los arranques del arco a la altura no es grande y donde 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, no se incluye en este texto una discusión detallada de este tipo de proyecto.

Presas de concreto de fipo contrafuertes

-

Las presas de tipo contrafuertes comprenden las de losas y las de arcos. Requieren aproximadamente el 60% menos del concreto que las presas

macizas de gravedad, pero los aumentos debidos a los moldes y al refuerzo de acero necesario, generalmente contrarrestan las economías en concreto. Se construyeron varias presas de contrafuertes en la decena de los 30, cuando la relación del costo de la mano de obra al costo de los materiales era comparativamente baja. Este tipo de construcción no puede competir

generalmente con otros tipos de presas cuando la mano de obra es cara.

-

El proyecto de presas de contrafuertes se basa en el conocimiento y criterio que adquiere solamente por la experiencia especializada en este tipo de obras. Debido a esta circunstancia y a la limitada aplicación de las presas de

contrafuertes en las condiciones actuales, el proyecto de este tipo de estructuras no se incluye en este texto.

Otros tipos de presas

-

Se han construido presas de otros tipos aparte de

los

mencionados, pero en la mayor parte de los casos satisfacen requisitos poco usuales o son de naturaleza experimental. En pocos casos se ha usado acero estructural para la pantalla de aguas arriba y en armaduras de soporte en las presas. Antes de 1920, se construyeron numerosas presas de madera especialmente en el noroeste. La cantidad de mano de obra necesaria en la construcción de las

presas de madera, combinada con la corta vida de la estructura, hace que este tipo sea antieconómico en la construcción moderna.

(25)

22

I Tubería de conduccibn 2 Estanque

3 Relleno hidraulico 4 Corazón impermeable 5 Material colocado en seco

Fig : I . I Construccibn de una presa de relleno hidráulico

(26)

6.

Factores

fisicos que gobiernan

la

seleccidn del

tipo de presa

6. l. Generalidades

En este aspecto se puede decir que solamente en circunstancias excepcionales

los

ingenieros especializados pueden afirmar que solo un tipo de presa es e¡ conveniente o el más económico para un lugar determinado. Excepto en los casos en los que la selección del tipo es evidente, se encontraran necesarios proyectos preliminares y presupuestos para varios tipos de presas antes de poder demostrar cual es el más económico.

Por lo tanto es importante insistir en que el proyecto puede resultar indebidamente caro, a menos que las decisiones con respecto a la selección del tipo se basen en estudios adecuados, después de consultar a ingenieros competentes.

En numerosos casos, el costo excesivo de las protecciones contra las descargas del vertedor de demasías, las limitaciones en la obra de toma, y el problema de de viar,la a v i e n t e dura te I .con trucci n t’e e una im ort nte inf u ncia en a sekcaon e tipo puede%m&en Jepen8er de?a mano l e o%ra y defequlpo

d

e que se pueda disponer.

Ahora bien, un elemento importante involucrado en la selección de una presa es el factor tiempo. Lo inaccesible del lugar puede tener una influencia importante en la selección y además otro factor importante para determinar la elección final del tipo de presa será el costo de la construcción.

En los párrafos siguientes se discuten algunos aspectos relacionados con la topografía del lugar que se selecciona para construir una presa.

6.2. Topografía

La topografía en gran parte dicta la primera elección del tipo de presa. Una

corriente angosta corriendo entre desfiladeros de roca sugiere una presa vertedora. Las llanuras, bajas, onduladas, con la misma propiedad, sugieren una presa de tierra con vertedor de demasías separado. Cuando las condiciones son intermedias las consideraciones toman mayor importancia, pero el principio

general de la conformidad con las condiciones naturales sigue siendo la guía principal.

(27)

24

7.

Condiciones geológicas

y cimentación

Las condiciones de la cimentación dependen de las características geológicas y del espesor de los estratos que van a soportar el peso de la presa; de su

inclinación, permeabilidad, y la relación con los estratos subyacentes, fallas y fisuras. La cimentación limitará la elección del tipo en cierta medida, aunque estas

limitaciones se modifican con frecuencia al considerar la altura de la presa propuesta. Se discuten enseguida las diferentes cimentaciones comúnmente encontradas.

7.1. Tipos de cimentación

Cimentaciones de roca sólida

-

Debido a su relativamente alta resistencia a las cargas, y su resistencia a la

erosión y filtración, presentan pocas restricciones por lo que toca al tipo de presa que puede construirse encima de ellas. El factor decisivo será la economía que se pueda obtener en los materiales o en el costo total. Con frecuencia será necesario mover la roca desintegrada y tapar las grietas y fracturas con inyecciones de cemento.

Cimentaciones de grava

-

Si está bien compactada, es buena para construir presas de tierra, de

enrocamiento, y presas de concreto. Como las cimentaciones de grava son con frecuencia muy permeables, deben de tomarse precauciones especiales

construyendo dados efectivos o impermeabilizantes.

Cimentaciones de limo o de arena fina

-

Se pueden utilizar para apoyar presas de gravedad de poca altura si están bien proyectadas, pero no sirven para las presas de enrocamiento. Los principales problemas son los asentamientos, evitar las tubificaciones, y las perdidas excesivas por filtración, y la protección en el pie del talud seco, contra la erosión.

Cimentaciones de arcilla

-

Se pueden usar para apoyar las presas pero requiere un tratamiento especial. Como pueden producirse grandes asentamientos de la presa si la arcilla no está consolidada y la humedad es elevada, las cimentaciones de arcilla,

generalmente no son buenas para la construcción de las presas de concreto del tipo de gravedad, y no deben de usarse para las presas de escollera.

(28)

par determinar las características de consolidación del material y su capacidad para soportar la carga que va a sostener.

Cimentaciones irregulares

-

Ocasionalmente pueden ocurrir situaciones donde no será posible encontrar cimentaciones razonablemente uniformes que correspondan a alguna de las

clasificaciones anteriores y que obligará a construir sobre una cimentación irregular formada de roca y materiales blandos. Estas condiciones

desfavorables pueden a menudo resolverse empleando detalles especiales en los proyectos. Cada lugar, sin embargo, presenta un problema que deben de

tratar ingenieros experimentados, y no se intenta tratar problemas tan poco frecuentes.

7.2. Materiales disponibles

Los materiales disponibles para la construcción de las presas son de varios tipos y pueden encontrarse algunas veces cerca o en el lugar donde se pretende edificar una presa.

Una clasificación general sobre los diferentes tipos de materiales que se puede utilizar en la construcción de las presas es:

a) Suelos para los terraplenes.

b) Rocas para

los

terraplenes y para enrocamiento.

c) Agregados para concreto (arena, grava, piedra triturada).

La eliminación o reducción de los gastos de acarreo de los materiales de construcción, especialmente de los que se utilizan en grandes cantidades,

reducirán considerablemente el costo total de la obra. El tipo más económico de la presa será con frecuencia aquél para el que se encuentren materiales en

suficiente cantidad y dentro de las distancias razonables del lugar.

Poder disponer de buena arena y de grava para el concreto localmente, y a un costo razonable y, además, dentro de la propiedad que se adquiere para el

proyecto, es un factor favorable para emplear una estructura de concreto. Por otra parte, si se pueden encontrar suelos buenos para una presa de tierra en bancos de préstamo cercanos, la presa de tierra puede resultar la más económica. Deberán aprovecharse todos los recursos locales para reducir el costo de la obra sin sacrificar la eficiencia y la calidad de la estructura final.

Tamaño y situación del vertedor de demasías. El vertedor es un elemento vital de una presa. Con frecuencia su tamaño y tipo y las restricciones naturales en su

(29)

26

de la corriente, independientemente de las condiciones del lugar del tipo o tamaño de la presa. La selección de los tipos específicos de vertedores dependerá de las magnitudes de las avenidas que tengan que verterse. Así, puede verse que en corrientes con gran potencial de avenidas, el vertedor se convierte en la estructura dominante, y la selección del tipo de presa puede quedar en segundo término.

El costo de la construcción de un gran vertedor con frecuencia constituye una

porción considerable del costo total del sistema. En estos casos, combinando la presa y el vertedor para que formen una sola estructura puede resultar

conveniente, y resultaría indicada la adopción de una presa vertedora de concreto. En algunos de los casos, cuando el material excavado de los canales del vertedor separado se puede utilizar en la presa de tierra, este tipo puede resultar ventajoso. El que sea necesario un vertedor de demasías pequeño, con frecuencia favorece la selección de los tipos de presas de tierra o de enrocamiento, aún en los lugares angostos.

La conveniencia o costumbre de construir vertedores de demasías de concreto sobre presas de tierra o de roca a disminuido por las especificaciones más

conservadoras que deben emplearse y el mayor cuidado que debe de tenerse en prevenir las fallas. Los problemas inherentes asociados con estos proyectos son: asentamientos desiguales de la estructura debido a las consolidaciones

diferenciales del terraplén y de la cimentación después de que se aplican las cargas del vaso, la necesidad de precauciones especiales para impedir el

agrietamiento del concreto o la abertura de las juntas que podrían permitir

filtraciones del canal al terraplén, con la correspondiente tubificación o deslave del material circundante; y los retrasos en la construcción necesarios por la necesidad de haber completado y madurado la presa antes de la construcción del vertedor.

La consideración de los factores anteriores, asociados con el aumento de los costos que provienen del aumento de la seguridad de los detalles de construcción, como el aumento arbitrario del espesor de los revestimientos, aumentos en el acero de refuerzo, dentellones, tratamientos en las juntas, drenaje, precargado,

han tenido por resultado generalmente la selección de otras alternativas para el proyecto de los vertedores de demasías, como la colocación de la estructura sobre o a través del material natural de

los

arranques de la presa o debajo de la presa como un conducto.

Una de las disposiciones comunes es la utilización de un canal excavado en uno o en ambos arranques fuera de los límites de la presa, o en algún punto alejado de la presa. Cuando se adoptan estas situaciones, la presa puede ser del tipo que no es vertedor

lo

que amplia la posibilidad de elección a las estructuras de tierra y de enrocamiento. Inversamente, cuando no se puede encontrar un lugar adecuado para construir un vertedor de demasías alejado de la presa, requiere la selección de un tipo de presa que pueda llevar vertedor. La descarga del vertedor puede

entonces conducirse de modo que solamente ocupe una porción del cauce del río principal en cuyo caso el resto de la presa puede ser de tierra, roca o concreto.

(30)

8.

Estudios preliminares

8.1. Aspectos generales

Una vez que los estudios hidrológicos permitan recomendar la construcción de una presa, se deben de considerar dos aspectos importantes, para la selección del sitio de la presa o boquilla: topografía; y geología del lugar en estudio.

Ahora bien, al finalizar el reconocimiento aéreo (que a veces es necesario

complementar con un análisis terrestre, sobre todo en zonas conflictivas tales

como zonas arboladas) se fijaran los monumentos para apoyar el levantamiento topográfico.

Asimismo, es necesario contar con controles horizontales y verticales establecidos por cualquier sistema de triangulación, la longitud de los lados así como las escalas de los planos deberán establecerse de acuerdo con el tipo de terreno y las dimensiones del mismo, también será importante construir un sistema de

coordenadas de la región en estudio.

Simultáneamente a

los

estudios topográficos, es necesario realizar estudios geológicos, ya que algunos de los datos y resultados pueden ser relevantes en nuestro estudio. Los datos de mayor relevancia son:

a) Mapa geológico. Existe un mapa geológico de la república mexicana, que

sirve de auxiliar al ingeniero para tener una visión general del tipo y edad de las rocas en la región de estudio (ver figura 8.1).

b) Secciones transversales geológicas

c) Análisis de las formaciones geológicas, poniendo especial atención en

zonas de calizas cavernosas, gravas, depósitos de sal o cualquier otra que pueda afectar la viabilidad de la presa.

d) Nivel freático

e) Manantiales en la zona

f) Localización de los afloramientos en la roca

g) Resultados de los sondeos con posteadora o pozos de- prueba y10 perforaciones con broca de diamante y.recuperación de corazones, en la

zona de cimentación

(31)

28

i) Fallas fracturas y echado de las rocas

j) Localización de los materiales con los que se va a construir

la

cortina

I "

8.2. Forma de la boquilla

La forma de la boquilla influye en la selección del tipo presa. En efecto, una boquilla amplia con taludes muy tendidos será propicia para la construcción de una presa de tierra, gravedad, o contrafuertes, cosa que no sucede en una

(32)

En general deberá tomarse en cuenta el efecto de las condiciones de frontera, no siendo propio el disponer estructuras cuyo trabajo sea totalmente bidimensional y que transmitan las cargas 2 la cimentación únicamente en planos verticales; es

más correcto proponer estructuras que trabajen tomando en cuenta las condiciones en tres dimensiones.

Por otra parte, son problemas muy importantes el flujo del agua y las fallas por efectos dinámicos en la cimentación; por el momento citaremos solo algunas consideraciones geológicas. La transmisión en los esfuerzos a la cimentación y la capacidad de ésta influyen directamente en la selección del tipo de presa.

En general, se puede decir que una presa de arco requerirá una mejor calidad de terreno que una de contrafuertes, y ésta que una de gravedad y finalmente, la gravedad necesita mejores condiciones que una presa de tierra, debido en parte a que a la primera tiene menor área de apoyo.

La dirección de los echados (sentido de las capas de roca) también es

determinante para efectos de selección de la cortina de una presa. El croquis de la figura 8.2 indica las características apropiadas para una selección adecuada.

En fin, la topografía influye en forma determinante para saber la capacidad del

vaso, por medio de sus curvas de área y capacidades, proporcionando un criterio de selección; además se deben considerar aspectos geológicos que puedan ser

factores de selección como sitios de posibles fugas o deslizamientos de taludes.

8.3. Tipo, cantidad y localización de materiales

Dentro de

los

reconocimientos geológicos, deben localizarse y describirse con detalle

los

materiales que se propone usar.

Una vez seleccionados los bancos y otras posibles fuentes de materiales, debe realizarse un estudio económico comparativo donde se consideran distancias de acarreo y costos de obtención (compra o extracción y proceso de los materiales) y se selecciona la opción de costo mínimo. Otro aspecto importante a considerar, es la factibilidad de obtener mano de obra en la región de construcción.

8.4. Acceso a la obra

..

(33)

30

8.5.

\

Condic i o n ~ s inuonvoniar

Figura 8.2. Influencia de los echados sobre los criterios de selección de una corfina

Estudios climatológicos

Conocer las condiciones climatológicas, es importante para el correcto diseño de la presa, así como para la programación de las etapas de construcción. La lluvia por ejemplo, puede afectar el diseño de las obras de desvío, la construcción de presas de tierra o enrocamiento, ya que sería muy difícil el control del contenido del agua durante la compactación, además de que esto mismo originaría grandes aumentos de la presión de poro.

(34)

225939

Además, en una presa de concreto, influiría sobre el revenimiento, y así se podrían citar muchos problemas más ocasionados por la lluvia. En algunas

regiones donde el clima es extremoso, las presas de concreto no diseñadas adecuadamente podrían sufrir desintegración por intemperismo.

8.6. EstudiÓs sismológicos . . I

(35)

9.

Estado actual de las Presas

en

México

9. l . Introducción

Las presas de almacenamiento son en su conjunto, las obras de ingeniería más grandes que el hombre ha realizado.

En efecto, este tipo de estructuras al formar grandes lagos propician la fauna acuática con pesca comercial o deportiva donde tal vez era un páramo; con sus aguas almacenadas se abren nuevas tierras de cultivo siendo este un factor

importante en la producción de alimentos para el consumo nacional y exportación; se suministra agua a las poblaciones, se genera electricidad. Se procura que las presas tengan usos múltiples y un aspecto muy importante aunado a un fin específico, es el control 'de avenidas, el cuál es muy importante aplicar en nuestros ríos de régimen torrencial, que generalmente es subestimado por la población.

AI abrir nuevas tierras de cultivo o cambiar una agricultura de temporal a riego, se crean empleos directos e indirectos, esto coadyuva a mejorar el estado económico de la población, al arraigo de la mano de obra local y en general la agricultura

ocupa un lugar importante en la economía nacional al incremento de la población y la productividad.

Hace años, al construir las grandes presas, se tomaban en cuenta

los

aspectos sociales; ahora además, paralelamente con el proyecto de la obra se hacen

estudios y proyectos de mitigación del impacto ambiental.

Como toda obra de magnitud de las grandes presas, trae consigo problemas al ecosistema, pero en términos generales, los beneficios que se aportan superan en mucho algún deterioro hubiese o que no se mitigara del todo.

Actualmente la política hidráulica en México se ha enfocado a reducir al mínimo la construcción de nuevas presas, en parte por la reducción del presupuesto y porque la infraestructura disponible a la fecha, ha carecido de mantenimiento y conservación y por el desarrollo sustentable de las regiones hidrológicas.

9.2. Disponibilidad del agua en México

La población mundial ha tenido un desarrollo exponencial en

los

últimos años y las demandas de uso del agua se han incrementado continuamente. Es posible que de no tomarse en cuenta ciertas medidas en los próximos años, se puedan presentar graves conflictos por la competencia del uso del agua.

"

Figure

Tabla 2. l .  Grandes presas construidas  enfre  1949-1982
Tabla  2.2.  Grandes  presas  construidas  entre  7983-1  993
Fig  :  I  .  I  Construccibn de una presa de relleno  hidráulico
Figura  8.2.  Influencia  de  los  echados  sobre  los  criterios  de selección  de una corfina
+3

Referencias

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