Normativa y recomendaciones de seguridad para desagües de fondo en presas

El desagüe de fondo puede ser un elemento crítico en una presa, ya que, en caso de fallar, podría llegar a dejar vacío el embalse en cuestión de semanas e incluso acabar con vidas humanas. En este artículo voy a intentar realizar una recopilación de recomendaciones y aspectos contenidos en la normativa de presas para garantizar una adecuada seguridad de este elemento esencial.

Obligaciones legales en desagües de fondo de presas

Las legislación en materia de seguridad de presas es muy amplia, pero no existe una disposición reglamentaria única que aúne todo lo relativo a la materia. Por ello, resulta interesante recopilar de manera simplificada las principales normas que deben cumplirse en relación con los desagües de fondo de una presa. De cualquier modo, se debe tener en cuenta que actualmente están en proceso de aprobación las nuevas Normas Técnicas de Seguridad que van a suponer algunos cambios en este sentido.

De este modo, los aspectos a tener en cuenta en diseño de presas son:

  • En las presas de materiales sueltos, los desagües de fondo no deben atravesar el cuerpo de presa. En general, suelen ejecutarse en el terreno natural en el lateral de la misma aprovechando el túnel de desvío realizado durante la ejecución.
  • Los órganos de desagüe deben comprobarse para la avenida extrema, y dimensionarse para la avenida de Proyecto.
  • Para determinar la capacidad total de desagüe durante las avenidas se tendrán en cuenta los caudales evacuados por los aliviaderos y desagües profundos, pero no los de las tomas de explotación, salvo que se justifique.
  • Los desagües profundos deben diseñarse para facilitar, junto con las tomas, el control del nivel de embalse, en particular durante el primer llenado.
  • La maniobra de los órganos de desagüe no deberá dar lugar a caudales desaguados que originen daños aguas abajo superiores a los que se podrían producir naturalmente sin la existencia del embalse.
  • En las presas de categoría A y B, los desagües profundos constarán, al menos, de dos conductos provistos cada uno, como mínimo, de dos elementos de cierre colocados en serie.
  • Aunque esto se menciona en el Reglamento para las compuertas de aliviadero, lo considero también aplicable para los desagües de fondo: “deben disponer de dispositivos de accionamiento redundantes en número suficiente y estar alimentados por fuentes de energía alternativas y diferentes. El acceso a las mismas se realizará a través de caminos no inundables“.
  • Es obligatorio realizar ensayos en modelo reducido para realizar actuaciones que permitan resolver problemas hidráulicos en desagües de fondo.

Recomendaciones de seguridad de desagües de fondo

Un mal diseño de un desagüe de fondo puede ser algo muy costoso y complejo de solucionar una vez que la presa está en explotación, por eso es importante tener en cuenta algunas consideraciones, más allá de la legislación, a la hora de diseñar la estructura de los conductos y las compuertas para evitar problemas futuros.

Previsión de mantenimiento y actuaciones

Dado que los conductos de fondo se encuentran normalmente en carga, realizar cualquier operación de mantenimiento sobre los mismos puede ser bastante costoso y arriesgado, requiriendo el trabajo de buzos en numerosas ocasiones. Por ello, sus elementos deberían ser diseñados con la máxima calidad posible. Resulta absurdo ahorrar dinero en la construcción de un desagüe de fondo a costa de aumentar considerablemente el gasto durante su mantenimiento.

Por otra parte, se debe prever la posibilidad de ejecutar actuaciones de mantenimiento en el conducto y las compuertas de aguas arriba. Para ello debe diseñarse el desagüe de fondo de forma que la colocación de escudos en la embocadura sea sencilla. Otra posibilidad es la de disponer compuertas en el paramento de aguas arriba que permitan escudar el conducto con sencillez. Por ejemplo, se podría colocar una compuerta de tipo vagón, si bien debe diseñarse de manera adecuada para que se pueda asegurar el cierre de la compuerta en carga, que en ocasiones es problemático.

Además, también debe tenerse en cuenta la posibilidad de escudar  en el cálculo del propio conducto, que debe estar preparado para soportar las cargas funcionando en vacío. También debemos tener en cuenta el riesgo de que los desagües no estén diseñados para actuar en vacío en el caso de que se actúe en una presa antigua.

En presas existentes, una solución al mantenimiento es, si hay espacio suficiente, añadir una tercera compuerta aguas abajo de las dos existentes, de forma que la compuerta de aguas arriba se utilice a modo de escudo para labores de mantenimiento. En cualquier caso, esta compuerta debería probarse periódicamente para asegurar que su funcionamiento es el adecuado.

Sedimentación y arrastres

Otro problema común es el de la colmatación de los desagües por la presencia de sedimentos en el fondo del embalse. La embocadura debería situarse a un nivel suficientemente bajo para no dejar demasiado volumen muerto de embalse, pero suficientemente alto para no colmatar por los sedimentos. Dado que en la actualidad se están construyendo pocas presas nuevas, lo recomendable es realizar un estudio de sedimentación periódico mediante batimetría, para asegurar que la sedimentación no es excesiva, y proceder a un dragado en caso de ser necesario.

Respecto a la disposición de rejas en la embocadura de los desagües de fondo para evitar arrastres, su necesidad va a depender en gran parte del tipo de compuerta que se disponga. En el caso de que se cuente con una válvula de tipo Howell-Bunger, resulta obligatorio disponer de rejas, ya que los arrastres pueden llegar a taponar, o lo que es peor, evitar el cierre de la válvula. Por otra parte, si se tiene una compuerta de apertura “todo o nada”, como una de tipo Bureau, puede no ser tan necesario disponer de rejas, ya que la compuerta deja pasar todo el material, aunque no deja de ser recomendable. Ademas, si la velocidad de paso del agua sobre las rejas es muy alta, estas pueden deteriorarse, por lo que es importante comprobarlas a vibración.

Aireación

Otra de las deficiencias comunes en desagües de fondo es la de una aireación insuficiente. En muchas presas de materiales sueltos, en las que se ha aprovechado el túnel de desvío como desagüe de fondo, los conductos del mismo no se han prolongado hasta el exterior, expulsando el agua a través de un túnel en lámina libre. En la mayor parte de los casos esto ha provocado problemas aireación insuficiente, y grandes velocidades del aire en el interior del túnel y las galerías. Por ello, se recomienda que los conductos de desagüe de fondo se prolonguen hasta el exterior.

Otra recomendación para evitar problemas de aireación y cavitación en las compuertas es que estas se coloquen lo más cerca posible del paramento de aguas abajo de la presa, para facilitar la salida del aire.

No hace falta mencionar la necesidad de disponer elementos de aireación, como ventosas y purgadores, correctamente diseñados y ejecutados.

Recomendaciones para garantizar la seguridad en la operación de compuertas

Cualquier maniobra de compuertas puede ser una acción crítica en la seguridad y explotación de una presa. En caso de que una compuerta no pueda abrirse en condiciones de seguridad la infraestructura quedaría muy limitada para actuar en una situación de avenida. Por otra parte, si una vez abierta la compuerta, el cierre falla, se derrocharía una gran cantidad de agua, pudiendo llegar a vaciarse el embalse.

Lo primero que debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar una cámara de válvulas es que, en general, las compuertas se van a maniobrar cuando existan condiciones meteorológicas adversas. En muchos casos puede resultar imposible realizar  la maniobra de las compuertas debido al viento, la lluvia, los rayos o todo junto. Por tanto, es recomendable que la maniobra de los desagües de fondo no se realice a la intemperie, ya que muchas veces no será posible. Para ello, se deben disponer casetas adecuadamente condicionadas en caso de que las válvulas se encuentren en el exterior de la presa.

Podría ocurrir que en una situación de emergencia no esté disponible el personal que normalmente maniobra las compuertas. En ese caso, tendríamos un problema. Por tanto, resulta esencial que se disponga de un documento simple y claro donde se explique cómo se ejecuta la operación de apertura y cierre. En general, los Planes de Emergencia de Presas son demasiado complejos como para interpretarlos de manera rápida en una situación de emergencia, por lo que también debería fomentarse su simplificación.

Cada vez existen más compuertas de desagüe de fondo automatizadas y controladas remotamente. La maniobra manual de las válvulas es lenta y pesada para los operarios, pero a pesar de ello, es necesario que cualquier compuerta pueda operarse de forma manual. Nunca sabemos en qué momento van a fallar los sistemas automáticos. No obstante, deberían buscarse la mayor cantidad de alternativas posibles al accionamiento manual, que puede tardar horas en ejecutarse.

En relación al accionamiento, dado que siempre deberían existir dos líneas de desagüe de fondo, sería recomendable colocar también dos armarios de maniobras y dos cuadros. En caso contrario, si fallase un armario, fallaría todo el accionamiento de los desagües.

Cuando las compuertas sean de diferente tipología, como una compuerta Bureau y una Howell-Bunger, resulta recomendable agrupar los sistemas de accionamiento según tipología, ya que tendrán diferentes condicionantes a la hora de realizar la maniobra.

Existe la posibilidad de disponer de grupos electrógenos y grupos oleohidráulicos portátiles que se conectan directamente a los depósitos de aceite de la presa y se pueden transportar en un vehículo, aunque sólo deberían utilizarse con depósitos de acero inoxidable.

También puede ocurrir que a la hora de realizar el accionamiento, el autómata falle y con ello falle el cuadro completo. Se puede poner en el cuadro un accionamiento manual mediante una llave. Este accionamiento no tendría en cuenta todos los parámetros que tiene en cuenta el autómata, pero se utilizaría solo en casos de emergencia.

En el caso de que las válvulas se encuentren en un lugar de difícil acceso y evacuación, puede ser conveniente ubicar los equipos de accionamiento en el exterior para evitar problemas mayores. Una opción es la de disponer de equipamiento duplicado en el interior y exterior de la presa.

Por último, también considero interesante el siguiente cuadro, extraído de una ponencia de la empresa NOVA Hidráulica, para la selección de sistemas de accionamiento de compuertas:

Alternativas al equipo oleohidráulico

Otras recomendaciones

Al ser necesaria la existencia de doble compuerta en los desagües de fondo, también es necesaria la existencia de un by-pass, es decir, un pequeño conducto que permita llenar poco a poco el espacio entre las dos compuertas para equilibrar presiones y reducir fenómenos como la cavitación y el golpe de ariete. Sin embargo, este conducto puede convertirse en un punto débil de la presa, que en caso de romperse, podría llegar a dejar el embalse sin agua. Entre las recomendaciones que se pueden dar para garantizar un diseño seguro está la de ejecutar el by-pass en acero inoxidable y con doble válvula.

A diferencia de lo que ocurre con la mayoría de cálculos estructurales, en los que se exige aplicar un coeficiente de seguridad por la normativa, en el caso de las compuertas de desagües de fondo no se establece esta necesidad de forma legal. No obstante, resulta recomendable tener algún criterio que permita garantizar la seguridad de los conductos y las compuertas en condiciones extraordinarias. Un buen criterio puede ser el de diseñar los desagües de fondo de la presa para que soporten la carga de agua existente hasta la coronación, multiplicada por un factor de seguridad de 1,5. Por ejemplo, si desde el desagüe hasta la coronación hay una altura de 50 m, calcular para una carga de 75 m de columna de agua.

Aunque resulte de cajón, en muchas presas existen cambios de sección e incluso codos en los desagües de fondo. Salvo que resulte indispensable, deberíamos evitar este tipo de transiciones, ya que van a hacer muy probable la aparición de cavitación y, con ello, el deterioro de los conductos.

En relación al mantenimiento, es importante señalar que deberá comprobarse con periodicidad anual el funcionamiento de los equipos hidromecánicos de la presa. Durante dicha comprobación deberán tenerse en cuenta varios aspectos:

  • Es necesario registrar cómo se ha realizado la operación: tiempos de apertura y cierre, presiones, caudales, nivel de embalse, etc.
  • La velocidad de apertura y cierre de compuertas no debería ser muy grande para evitar problemas por golpe de ariete. Una velocidad correcta sería de en torno a 0,15-0,3 m/min, que daría lugar a un tiempo de maniobra de unos 10 minutos para una compuerta de 2 m.
  • Durante las pruebas debería comprobarse el funcionamiento de todos los sistemas que pueden implicarse: instalación eléctrica y grupos electrógenos, cuadros de maniobras, accionamiento manual, equipos de accionamiento, finales de carrera, etc.
  • Los elementos inundados también requieren inspección y mantenimiento.

Y hasta aquí el artículo de hoy. Espero poder actualizarlo cuando sea necesario.

 

 

 

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