En ingeniería se denomina presa o represa a un muro

En ingeniería se denomina presa o represa a
un muro grueso de piedra u otro material,
como hormigón; material suelto o granular,
que se construye habitualmente en una
cerrada de un río o arroyo para almacenar el
agua y elevar su nivel, con el fin de regular el
caudal, para su aprovechamiento en la
canalización de riego, para evitar inundaciones
aguas abajo de la presa o para la producción
de energía mecánica al transformar la energía
potencial del almacenamiento en energía
cinética, y ésta nuevamente en mecánica al
accionar la fuerza del agua un elemento móvil.
La energía mecánica puede aprovecharse
indirectamente para producir energía eléctrica,
como se hace en las centrales hidroeléctricas.
La construcción de presas satisface diversos
objetivos. Regula el flujo hídrico, compensando
la abundancia de agua en algunas épocas del
año con otras de escasas lluvias; al mismo
tiempo permite controlar flujos excesivos en
épocas excesivamente lluviosas o en zonas
de lluvias torrenciales concentradas en pocos
meses del año y evitar avenidas e
inundaciones; hacen habitables llanuras que
antes no lo eran. Al capturar agua de
escorrentía que de otro modo iría directamente
aguas abajo, se aumenta efectivamente la
oferta de agua, el relativamente alto nivel de
la presa con relación a la llanura permite regar
por gravedad, y por cierto, las presas tienen
un objetivo importante como generadoras de
energía eléctrica.
El sistema de presas más importante del
mundo se encuentra en China, donde sólo en
los últimos 30 años se han construido 70,000
presas y embalses; si bien en su mayor parte
son presas relativamente pequeñas, su
capacidad de almacenamiento supera los 300
kilómetros cúbicos. La menor actividad en
construcción de presas es América Latina, y
se explica por diversos factores: el monto de
la inversión y el elevado costo, la situación
económica general de la región, la mayor
reticencia de los organismos internacionales
a financiar estas obras en vista de la
materialización de impactos ambientales
negativos, que han motivado una fuerte presión
de los grupos ambientalistas de todo el mundo.
Presa de Aldea Dávila (Salamanca)
Situado en la frontera entre España y Portugal, en el
cause del río Duero, tiene una altura de muro de 140m
y una longitud de 250m.
porque proveen agua de un modo seguro
permitiendo la planificación de la producción.
Las presas son también una importante fuente
proveedora de los servicios de agua potable,
como en el caso de ciudades de La Paz y
Cochabamba. Un uso no menos importante
es el de generación de energía hidroeléctrica,
aún poco aprovechado, y que representa un
gran potencial para nuestro país. Las presas
registradas en Bolivia son 287, se estima que
un 10% adicional todavía no está registrado
o está en construcción. El departamento con
más embalses es Cochabamba y el uso
preferencial del agua de estos embalses es
la agricultura (riego, 74%) seguido por un 15%
para agua potable.1
Una presa es una estructura que permiten
controlar y disponer de agua con los siguientes
fines:
• Consumo humano e industrial.- Proveer de
agua para el consumo industrial y
consecuentemente, el desarrollo sustentable
de nuevos polos industriales.
• Riego.- Transformar en áreas cultivadas,
aquellas regiones que eran verdaderos
desiertos.
En Bolivia se tiene más de dos centenares de • Control de crecidas.- Beneficio indispensable
presas de diversa magnitud y tipos de para el desarrollo sostenido de las áreas
materiales, que han sido construidas en pobladas evitando inundaciones.
muchos casos desde el siglo XIX. Las presas • Navegación
son importantes en la agricultura bajo riego,
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• Protección de márgenes
• Generación eléctrica.- Producir electricidad
a partir de la energía hidroeléctrica, “energía
limpia y renovable”, que permite el crecimiento
de ciudades y el desarrollo del aparato
productivo.
• Turismo y esparcimiento.- Los embalses
de las represas son espacios utilizados para
deportes náuticos, la pesca deportiva y
campismo.
• Piscicultura.- Desarrollar la producción
piscicula para consumo alimentario. Los
embalses ofrecen condiciones apropiadas
para la cría de peces.
• Contención de aluviones
CONSIDERACIONES GENERALES PARA LA
UBICACIÓN DE LA PRESA
Consideraciones topográficas.- La presa debe
tener la menor longitud posible, lo cual se
logra ubicándola en cañones estrechos. En
este caso la presa resultante suele ser de
mayor altura para lograr el embalsamiento
necesario que si se ubica en valles amplios.
Cañones estrechos también dificultan la
desviación del cauce para la construcción de
las obras resultando que las ataguías y
conducciones son más costosas y difíciles de
construir. Es conveniente ubicar la toma de
agua en la parte externa de la curva del cauce
1Inventario Nacional de Presas de Bolivia 2010, MMAyA
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CONSTRUCCIÓN DE PRESAS
en caso de que la presa se sitúe en un tramo
curvilíneo. Un valle amplio permite la
construcción de las obras en etapas. Si existe
un rápido en el cauce, resulta mejor localizar
la presa aguas arriba de él, en zonas de más
bajas pendientes. En cauces navegables, la
presa debe tener la longitud suficiente para
ubicar el vertedero, las esclusas de
navegación, y las escalas para peces.
Consideraciones geológicas.- La ubicación de
la presa se fija por la necesidad de aprovechar
una buena cimentación o estribación. Así
mismo, se requiere estabilidad de las laderas
del embalse creado.
Consideraciones hidrológicas.- La disposición
rectilínea de la presa se usa cuando con ella
se logra suficiente longitud del vertedero pues
da menor longitud y menores costos. En caso
contrario se puede pensar en alineamientos
curvos, tipo abanico, que permiten tener
longitudes del frente vertedero mayores y así
poder disminuir la carga de agua sobre la
estructura y disminuir altura total de presa. Es
conveniente usar la disposición rectilínea en
el caso de presas bajas localizadas en ríos
de aguas limpias en que no se tema por
sedimentos que produzcan islotes de forma
que en épocas de estiaje no se logre la
derivación del agua.
Consideraciones hidráulicas.- El sitio escogido
debe facilitar la desviación del cauce durante
la construcción de las obras y la derivación
del río durante la operación del proyecto. Si
el cauce es navegable, la presa debe tener la
longitud suficiente de forma que se pueda
ubicar el vertedero y las esclusas.
Consideraciones estructurales.- La disposición
curva de la presa aumenta la distribución de
los esfuerzos hacia los estribos, sin embargo
resulta más difícil constructivamente.
Consideraciones de diseño.- Esta condición
de producir un embalse, hace que el agua
retenida ejerza un gran empuje sobre la
estructura, siendo ésta la mayor solicitación
para la que debe diseñarse la obra. Desde el
punto de vista resistente, el problema
fundamental que debe resolverse es la forma
en que la presa absorberá la presión que le
transmite el agua sin romperse y sin transmitir
al terreno natural más carga de la que éste
puede soportar.
pendiente del río. En el mismo sentido se
incrementa su potencial destructivo. Al
oponerle un obstáculo para embalsarla, la
estructura llamada presa tiene que poder
asimilar tal empuje de forma permanente, para
cualquier condición de carga y transferirlo a
la tierra. Tanto la forma en que la estructura
resiste ese empuje, como la manera en que
la transmite a tierra, determinarán el tipo de
presa que el proyectista elija. La fundación o
cimentación, a su vez, debe ser capaz de
soportar la presión a que la someterá la presa
una vez lleno el embalse, cualidad que suele
denominarse como "capacidad portante" y
que depende del tipo de suelo y/o roca que
la conforma, es decir de la geología del
emplazamiento.
La otra característica básica a considerar en
el diseño de una presa, es que el agua penetra
en todos los intersticios, provocando presiones
indeseadas dentro de la misma estructura,
las que deben ser localizadas para diseñar la
presa de manera que pueda resistirlas, y/o
disipar el exceso de presión que esta condición
genera, y/o buscar los mecanismos para que
las partes de las obras que puedan ser
dañadas resulten aisladas, protegidas o
impermeabilizadas.
Consideraciones generales.- Se busca ubicar
la presa próxima al sitio de suministro. Esto
no siempre es conveniente. Por ejemplo: la
altura de carga sobre las turbinas puede
mermar a medida que se acerca la presa a la
casa de máquinas. Para compensar esto, se
debería aumentar la altura de la presa. Cuando
la solución no es obvia, se requiere hacer la
comparación técnica y económica
considerando aspectos tales como la altura
de la presa, la longitud, tipo y dimensiones de
la conducción, pérdidas de carga y altura de
presión disponible.
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA FUNCIÓN
• Presas de embalse
• Presas de derivación
Estos dos tipos de presas sirven para elevar
el nivel del agua y hacer posible su derivación.
Las presas de embalse tienen principalmente
el objeto de almacenar agua para regular el
caudal de un río. Usualmente no están
construidas para permitir el vertimiento de las
aguas por encima, sino que tienen aliviaderos
laterales que sirven para descargar el agua
Todos sabemos que una corriente de agua excedente. Esta disposición separada de presa
posee una "fuerza" que es tanto más y vertedero se utiliza usualmente en el caso
incontrolable cuanto mayor es su caudal y la de que la presa esté construida por materiales
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sueltos. Las presas rígidas facilitan combinar
en una sola estructura la sección sorda y la
sección vertedora, lo cual resulta más
económico. Las presas de derivación se
disponen preferentemente para elevar el nivel
del agua contribuyendo a incrementar la carga;
el almacenamiento de agua es un objetivo
secundario.
CLASIFICACIÓN SEGÚN COMO PERMITAN
EL PASO DEL AGUA
• Presas de sección sorda.- Las presas con
sección sorda no permiten el vertimiento de
agua por encima de su estructura. En este
caso, el agua se conduce al nivel inferior
mediante estructuras de conducción o
aliviaderos anexos a la presa.
• Presas de sección vertedora.- Las presas
vertedoras o hidroaliviadoras permiten el paso
del agua a través de orificios superficiales
alojados en su cuerpo. Las presas de concreto
se construyen hidroaliviadoras y solo se deja
una parte sorda en contacto con las orillas.
Presas en concreto con sección sorda se
hacen muy pocas actualmente, pues resultan
más costosas que las presas de materiales
sueltos.
Las presas vertedoras pueden ser móviles o
fijas. En las presas vertedoras móviles la
descarga de agua puede regularse con
compuertas que guarden los orificios
(superficiales o profundos). El nivel del agua
puede mantenerse constante en este caso
gracias a la operación de las compuertas. En
estas presas el nivel normal del agua puede
colocarse al nivel superior de la compuerta.
Las presas vertedoras fijas (sin compuertas)
no permiten la regulación de la lámina de
agua.
• Presas de sección mixta.- Las presas con
sección mixta se construyen de forma que
parte de la presa permite el vertimiento del
agua y parte no.
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA ALTURA DE
PRESIÓN CREADA POR LA PRESA
• Presa altas.- Las presas se pueden
considerar altas si sobrepasan los 75 m de
altura. La seguridad requerida por la presa
adquiere más importancia a medida que
aumenta su altura.
• Presas intermedias.- La presión actuante
sobre las estructuras es media. Las presas
tienen una altura comprendida entre 25 m y
75 m.
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CONSTRUCCIÓN DE PRESAS
- Presas bajas.- Presas menores de 25 m
pueden clasificarse como bajas. Una presa
derivadora puede tener alrededor de tres
metros de altura. El daño por la falla de una
presa baja puede limitarse a la destrucción
de la presa misma
TIPOS DE PRESAS
Sección horizontal
en la base
Sección Transversal
EJEMPLOS DE PRESAS RÍGIDAS
Juntas de contracción
a) Presas de gravedad
b) Presas de contrafuertes
Sección Transversal
Los diferentes tipos de presas responden a
las diversas posibilidades de cumplir la doble
exigencia de resistir el empuje del agua y
evacuarla cuando sea preciso. En cada caso,
las características del terreno y los usos que
se le quiera dar al agua, condicionan la
elección del tipo de presa más adecuado.
c) Presas en arco
Sección horizontal
en la base
d) Presas de gravedad aligeradas
ESQUEMAS DE PRESAS FLEXIBLES
Según la forma de trabajo estructural
Transición/drem
- Presas rígidas.- Las presas rígidas son
básicamente construidas de hormigón y se
clasifican en:
a) Masivas o actuando por gravedad, son
todas aquellas en las que su propio peso es
el encargado de resistir el empuje del agua.
El empuje del embalse es transmitido hacia
el suelo, por lo que éste debe ser muy estable
y capaz de resistir, el peso de la presa y del
embalse. Constituyen las represas de mayor
durabilidad y que menor mantenimiento
requieren.
b) De contrafuertes o presas de gravedad
aligeradas, que consiste esencialmente de
dos elementos estructurales principales: una
losa inclinada aguas arriba que soporta el
agua, y los contrafuertes o muros verticales
que se articulan con la losa inclinada y
transmiten la carga hacia la fundación. Son
estructuras en forma de costillas
perpendiculares al eje de la presa, que se
unen hacia aguas arriba con losas de
hormigón.
c) De bóveda o en arco, son todas aquellas
en las que su propia forma es la encargada
de resistir el empuje del agua, debido a que
la presión se transfiere en forma muy
Presa en arco, Oymapinar Dam (Turquía)
m
1
m
1
a)
b)
a) Presa homogénea con dren de pata
b) Presa de enrocado con núcleo impermeable
concentrada hacia las laderas de la cerrada,
se requiere que ésta sea de roca muy dura y
resistente. Constituyen las represas más
innovadoras en cuanto al diseño y que menor
cantidad de hormigón se necesita para su
construcción. Cuando la presa tiene curvatura
en el plano vertical y en el plano horizontal,
también se denomina de bóveda. Para lograr
sus complejas formas se construyen con
hormigón y requieren gran habilidad y
experiencia de sus constructores que deben
recurrir a sistemas constructivos poco
comunes.
- Presas flexibles.- Las presas flexibles son
rellenos de suelos y/o enrocado. Su sección
transversal es un trapecio con tendido de los
taludes del terraplén (de tierras compactadas)
de acuerdo a las condiciones de estabilidad
del material que lo conforma. Son aquellas
que se construyen utilizando solamente
materiales finos como grava, arena, limo, polvo
de roca y arcilla, colocados sin adición de
otros materiales adherentes, que es sometida
a procesos de compactación con el propósito
de aumentar su resistencia e impermeabilidad.
ELEMENTOS IMPORTANTES DE LAS PRESAS
Puertas.- Las puertas son dispositivos
instalados en las cimas de vertederos para
controlar el flujo del agua sobre el vertedero.
Plantas de energía hidroeléctricas.- Muchas
presas son construidas para generar corriente
hidroeléctrico. La central eléctrica es colocada
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en o en los alrededores de pie de una presa
o a alguna distancia río abajo. El flujo del
agua en la central eléctrica es controlado por
válvulas corriente arriba de la presa, dentro
de la presa río abajo, o en bóvedas de válvula
excavadas en la roca fuera de la presa.
Esclusas.- Las esclusas son presas móviles
o partes de presas utilizadas en la navegación
a lo largo de ríos y canales.
Penstocks.- Un penstock es un dispositivo,
ya sea compuerta o conducto, usado para
controlar el flujo de agua, sobre todo en una
central eléctrica hidroeléctrica. Penstocks para
instalaciones hidroeléctricas normalmente
están equipados con un sistema de puerta y
un tanque. El flujo es regulado por la operación
de turbina y es nulo cuando las turbinas no
están en servicio. Las exigencias de
mantenimiento pueden incluir lavado con agua
caliente, limpieza manual, y desecamiento.
Vertederos.- Un vertedero es diseñado para
contener y controlar el desbordamiento de
agua del depósito cuando este está lleno. Los
vertederos son, o deberían ser, diseñados
para acomodar flujos durante la etapa de
inundación máxima para prevenir el daño a
la presa y rasgos accesorios. Su tamaño y
posición en lo que concierne a la presa son
determinados por el tamaño y la clase de
presa, la topografía local, la geología, y una
revisión cuidadosa de la historia de flujo de
corriente en el lugar de la presa. El
desbordamiento de presas de terraplén fuera
61
CONSTRUCCIÓN DE PRESAS
de un vertedero puede tener consecuencias
sobre todo desastrosas de modo que la
seguridad por lo general requiera un vertedero
capaz de contener al menos inundación de
cien años. Los vertederos son localizados
dentro de o sobre la cara río abajo de una
presa, fuera de la presa sobre un lado o el
otro, o dentro del depósito, donde el agua
fluye a través de un agujero, y pasa por un
eje y el túnel o túneles en el estribo de la
presa.
Túneles.- Los túneles en el colchón de rocas
fuera de las presas, sirven para variedad de
objetivos. El flujo a través de ellos es controlado
por válvulas externas de la presa o en cámaras
de válvula o bóvedas dentro de la presa. Los
túneles para el control del nivel del agua
comúnmente son llamados túneles de
gravedad y tienen como función principal
desviar el agua a algún punto río abajo de la
presa. Los túneles que transmiten el agua
bajo presión para elevarla a un nivel más alto
que la entrada del túnel o generar corriente
hidroeléctrica son llamados túneles de presión
y por lo general requieren considerable
capacidad de la roca en la cual son
construidos.
Válvulas y bóvedas de válvula.- Las Válvulas
controlan el flujo del agua por túneles y
penstocks. En muchas presas grandes la
válvula es instalada en bóvedas subterráneas
o cámaras a las cuales el acceso es ganado
río abajo de la presa.
HIDROELECTRICIDAD
Una central hidroeléctrica tiene por objetivo
aprovechar, mediante un desnivel, la energía
potencial contenida en forma de agua para
convertirla en energía eléctrica utilizando unas
turbinas acopladas a unos alternadores.
La gran cantidad de agua que se retiene, es
mediante una presa, formando así un embalse
o lago artificial del que se generará un salto
de agua, para liberar eficazmente la energía
potencial de la masa de agua y transformarla
posteriormente en energía eléctrica, este tipo
de centrales hidroeléctricas se llaman centrales
con regulación.
El aprovechamiento del agua, consiste en
llevar el agua de la presa por una galería de
conducción con apenas desnivel, hasta un
depósito llamado chimenea de expansión. De
esta chimenea arranca una tubería forzada
que conduce el agua hasta la sala de máquinas
de la central. Posteriormente el agua es
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Esquema de las partes de una Presa
Cresta del vertedero
Coronamiento Protección del coronamiento
Bordo libre
NAM
Altura de la presa
Talud de aguas arriba
Filtros
Embalse
Parametros
o
enrocados
Material aluvial
Núcleo
impermeable
Talud de aguas abajo
Transiciones
Trinchera
Fundaciones
Roca
Pantalla de inyecciones
Fuente:Inventario Nacional de Presas de Bolivia 2010, MMAyA
restituida al rio, utilizando un canal de descarga • Elevación del nivel freático aguas arriba de
de agua abajo.
la presa, lo que facilita la captación del agua
pero puede ocasionar perjuicios al surgir a
En la central propiamente dicha, se encuentran
las superficies aledañas.
los equipos eléctricos formados por los grupos
turbina-alternador. El agua que llega por la • El agua que se filtra por el fondo y las
galería forzada es conducida hasta los álabes márgenes de la presa puede ocasionar el
de la turbina, que unida por un eje al alternador arrastre de partículas y producir erosión y
hacen que el rotor de éste gire, induciendo socavación.
en el estator una corriente eléctrica de alta • El agua que se vierte sobre la estructura
intensidad y media tensión. Ésta mediante un vertedora llega al pie aguas abajo con la
transformador, pasará a ser de baja intensidad velocidad correspondiente a la altura de caída
y alta tensión, apta por lo tanto para su ocasionando socavación del fondo.
transporte y distribución a los centros de • Erosión aguas abajo de descargas de agua.
consumo.
Finalmente, uno de los principales problemas
La ventaja principal de estos sistemas de de las presas y embalses es la sedimentación.
hidroelectricidad es la eliminación del costo Los sedimentos son recogidos por el flujo de
de combustible. Las centrales hidroeléctricas agua en su recorrido por la cuenca y se
son inmunes a los aumentos de los precios mantienen en suspensión mientras el agua
de los combustibles fósiles como el aceite, el está en movimiento, pero tan pronto como el
gas natural o el carbón, y no se requiere de agua deja de fluir y se asienta en el lago
combustible importado. El funcionamiento del artificial, los sedimentos se acumulan en el
costo de trabajo es por lo general bajo ya que fondo. Si estos sedimentos no se remueven,
las plantas son automatizadas y tienen poco la presa termina por colmatarse. Hay
personal en el lugar durante la operación soluciones para el colmataje de presas: se
normal.
puede elevar la presa, dragarla o construir
una presa secundaria aguas arriba con el fin
IMPACTO AMBIENTAL
específico de capturar los sedimentos, pero
El impacto ambiental de las presas está ligado
todas éstas son soluciones caras. Por otra
al impacto generado por la creación de un
parte, es preciso tener presente que la mayor
embalse. Vale la pena, sin embargo, enfatizar
parte de los sedimentos arrastrados y que se
sobre los siguientes aspectos:
depositan en la presa, representan tierras
• Disminución de las fluctuaciones del nivel erosionadas de la cuenca, es decir, tierra que
del agua.
se pierde por fenómenos de erosión. De allí
• Regulación de los aportes del río para suplir entonces que, parece obvio, la mejor manera
la demanda en épocas de sequía.
de evitar el colmataje prematuro de presas y
• Aminora la velocidad de las aguas y por embalses es una práctica adecuada de suelos
tanto la erosión en la proximidad de las obras. en la cuenca y el control de los procesos de
• Promueven el depósito de sedimentos que deforestación, muchas veces originados por
la propia construcción de la presa, y de la
van rellenando el embalse.
erosión.
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