Qué son las presas de fábrica
Son presas que, a diferencia de las de materiales sueltos, son capaces de resistir esfuerzos a compresión y a tracción. Están construidas casi todas en hormigón, que puede ser vibrados, compactado, con cenizas y puzolanas, con escorias, etc.
Ventajas e inconvenientes de la elección de una presa de hormigón
En cuanto a la selección de las presas de fábrica frente a las de materiales sueltos, se pueden citar los pros y los contras de esta tipología:
Ventajas
Resistencia
Debido a la naturaleza del material, son capaces de resistir esfuerzos de compresión y de tracción. Las de materiales sueltos no son capaces de resistir tracciones.
Vertido por coronación
En estas presas no existe el mismo riesgo de arrastre de material, por lo que se puede tolerar el vertido por coronación. Esto no significa que se vaya a permitir dicho vertido, pero si que se pueden establecer unos resguardos menores al tener un mayor margen de seguridad.
Situación del aliviadero y los desagües
Por las razones comentadas en el punto anterior, en las presas de hormigón se puede situar el aliviadero sobre el cuerpo de presa, y permitir que las tomas y desagües atraviesen el dique. Esto resultaría impensable en una presa de materiales sueltos.
Menor volumen y mejor aprovechamiento del espacio
Este tipo de presas admiten taludes mucho mayores, tanto aguas arriba, donde llegan a ser incluso verticales, como aguas abajo. Por tanto se requiere, como norma general un menor volumen de material y menos espacio a ocupar.
Unidad de materiales
En las presas de materiales sueltos es normal que se requieran diferentes tipos de material: uno que sea impermeable y otro resistente. En las de hormigón, sin embargo, el mismo material cumple con las dos funciones.
Inconvenientes
El hormigón se puede fracturar
El hormigón tiene una menor flexibilidad y deformabilidad que la tierra, lo que supone que no se adaptan tan bien a los asientos del terreno, por tanto no son adecuadas en terrenos malos o de baja capacidad portante.
Menor economía
Mayor precio del hormigón frente a las tierras y la roca, donde suele emplearse el material disponible en las proximidades de la infraestructura.
Mayor impacto ambiental
Peor integración con el paisaje, al tratarse de una construcción totalmente artificial.
Partes de las presas de fábrica
Paramentos, caras o taludes
Se trata de las superficies que delimitan la estructura tanto aguas arriba como aguas abajo. El interior es el que se sitúa aguas arriba, y está en contacto con el agua, mientras que el exterior se sitúa aguas abajo. Los taludes oscilan entre 0,75 y 0,8, aunque pueden llegar a ser incluso verticales.
Coronación
Como en cualquier tipo de presa, es la parte más alta de la misma.
Estribos
Son las partes laterales de la presa, que se encuentran en contacto con la cerrada o el terreno en que se encuentra.
Cimentación
Es la parte que se encuentra en contacto con el terreno de forma directa y que trata de transmitir el peso propio de la presa y el provocado por el agua al suelo.
Aliviadero
Se trata de la estructura hidráulica que permite que el agua rebosa cuando el nivel de la presa supera el Nivel Máximo Normal (es decir, su capacidad máxima). Puede haber muchos tipos de aliviadero, el más común es el de labio fijo, que suele contar con un perfil Creager, pero también los hay de compuertas, tanto de segmento como de sector, que permiten regular el desembalse.
Compuertas
Son equipos mecánicos que permiten cortar o permitir el paso de agua a través de la presa.
Desagües de fondo
Es el conducto que se encuentra más cerca del fondo del embalse y permite realizar desembalses en caso de avenida e incluso vaciar la presa en caso de que sea necesario. Lo adecuado es que existan 2 desagües de fondo y cada uno tenga dos elementos de cierre por seguridad.
Tomas
Permiten extraer el agua del embalse para sus diferentes usos: regadío, abastecimiento, producción hidroeléctrica, industria, etc.
Son otras estructuras hidráulicas, generalmente con menor capacidad que los desagües de fondo pero que tienen la ventaja de que toman el agua a diferentes alturas o profundidades, dependiendo de las necesidades que se tengan en cada momento o del nivel de embalse.
En el caso de presas de hormigón las tomas se sitúan sobre el propio cuerpo de presa. Cada una cuenta con una compuerta o una válvula para poder seleccionar de dónde queremos coger el agua.
Elementos de drenaje
Tienen como objetivo el de recoger el agua que se filtre a través del cuerpo de presa y después canalizarla. De esta forma se consigue reducir la presión intersticial del hormigón y controlar el caudal que atraviesa el cuerpo de presa en el tiempo mediante aforadores.
Dentro de estos elementos de drenaje podemos mencionar:
Drenes
Son orificios verticales que se ejecutan en el cuerpo de presa. Suelen estar lo más cerca posible del paramento de aguas arriba para recoger cuanto antes el agua filtrada. Suelen finalizar en una galería, donde el agua se recoge, se canaliza y se afora.
Galerías
Es donde se recoge el agua que conducen los drenes. Para ello suelen tener unas cunetas en sus laterales y en ellas es donde se colocan los aforadores para medir las filtraciones. También deben tener una salida al exterior para expulsar el agua que se filtra.
En cuanto a su forma y dimensiones, suelen tener una sección que permita el paso de una persona. Además lo mejor es que tengan forma oval para distorsionar menos las tensiones que habría en la zona ocupada por la galería.
Clasificación y tipos de presas de hormigón
Como todas las presas, las de hormigón también se puede categorizar según diferentes criterios: por sus usos, por tamaño, por el riesgo potencial en caso de una rotura de presa, etc. Sin embargo estas clasificaciones son comunes a cualquier tipo de presa, por tanto, como este post habla sólo sobre las presas de hormigón nos vamos a centrar en las diferentes tipologías de presas según la forma de resistir los empujes del agua, o lo que es lo mismo según la forma o morfología de la estructura. De este modo tenemos:
Presas de gravedad
Son las que soportan la carga hidrostática gracias a su propio peso. Para que sean capaces de resistir de esta forma es necesario que la fuerza resultante entre el empuje del agua y el propio peso de la represa tenga su línea de acción dentro de la base de la presa.
Algo común en las presas de gravedad es que el paramento de aguas arriba tenga cierta inclinación para que el peso del agua que exista por encima de él también ayude a estabilizar.
Estas presas, por ser las más sencillas de ejecutar, no exigir condiciones especiales a la cerrada y permitir que el aliviadero y los desagües atraviesen el cuerpo de presa, son las más usuales en la actualidad.
Existen dos tipos de presas de gravedad:
Presas macizas
Son las que tienen unicamente los huecos necesarios para el drenaje, inspección , los desagües y las tomas.
Las galerías suelen situarse cerca de la cota más baja de la cimentación y del paramento de aguas arriba. Además estas galería debería tener unas dimensiones adecuadas para poder realizar sondeos de reconocimiento, inyecciones y drenajes. Es recomendable no separar las galerías más de 30 metros en vertical, y prolongarlas por las laderas para controlar y drenar filtraciones.
En cuanto al perfil de la presa, suele ser triangular con un trapecio superpuesto en coronación y la suma de los taludes oscila entre 0,75 y 0,8. El material puede ser hormigón vibrado o compactado.
Presas aligeradas o de contrafuertes
Tratan de distrinuir la masa de hormigón de forma que se tenga un mayor momento de inercia en la sección horizontal. De este modo no hace falta tanto hormigón para resistir los empujes.
El aligeramiento se puede hacer con galerías horizontales, pero lo más frecuente es que se realice con huecos verticales de forma que la presa queda constituida por una serie de contrafuertes en los que se apoya una pantalla que les transmite los empujes del agua.
Cuando la pantalla de aguas arriba consiste en una losa o pantalla plana se le conoce como de tipo Ambursen.
En las presas de contrafuertes el ahorro de hormigón es de un 15-25 % respecto a las macizas, pero su forma es más complicada, requieren una gran superficie de enconfrado, una cimentación exigente, etc. Por todo ello, pese al ahorro en volumen de hormigón, en la mayoría de ocasiones el ahorro económico es nulo frente a una presa maciza.
Presas arco
Son presas que tienen curvatura porque resisten empujando las laderas en las que se ubican. La curvatura puede ser solo horizontal, en cuyo caso se conocen como presas bóveda, pero también puede ser horizontal y vertical, o doble curvatura, en cuyo caso se llaman presas cúpula.
Algo que llama la atención de esta infraestructura es su elevada esbeltez. Se trata de presas que pueden alcanzar una altura muy grande con una base muy estrecha, llegando a relaciones base:altura de hasta 0,20.
Hay que destacar que, a pesar de que estas presas tienen un volumen de hormigón menor (hasta un 50% menos), su ejecución es exigente y delicada, y no todas las cerradas son adecuadas. Por esto este tipo de presas sólo se emplean, si la cerrada es adecuada, para grandes alturas, de incluso más de 100 m.
En este tipo de presas es importante que las juntas de contracción se orienten aproximadamente perpendiculares a la dirección de los esfuerzos que se transmiten. Además deben tener los dispositivos de impermeabilización adecuados, sin que se proceda a su relleno o inyección hasta que la temperatura de los bloques sea la prevista en las hipótesis de cálculo.
Presas arco-gravedad
Son un tipo intermedio entre las de gravedad y las de arco. En este tipo de presas la curvatura no es suficiente para resistir los empujes hidrostáticos y se necesita dotar a la presa de un mayor peso propio.
Presas de bóvedas múltiples
Son parecidas a las presas de contrafuertes pero lo que realmente tienen son bóvedas o cúpulas intermedias. De esta forma se cumple el mismo fin que con una pantalla plana pero, si se realiza de forma adecuada, se pueden separar más los contrafuertes, lo que supone un menor volumen de hormigón y, en muchos casos, un mayor ahorro.
Elección del tipo de presa adecuado
En primer lugar hay que señalar que en presas con baja capacidad portante resulta más adecuado ejecutar una presa de materiales sueltos.
Si el terreno es apto para la cimentación de presas de fábrica, hay que tener claro que en la actualidad se consigue un mayor ahorro económico por la simplicidad en la construcción que por el ahorro en volumen de hormigón. Esto se debe a que los medios actuales permiten la puesta en obra, de forma sencilla, de volúmenes muy grandes de concreto.
En cuanto a las cerradas que más se ajustan a cada tipo de presa, de forma muy resumida podemos decir:
- Presas de gravedad: cerradas anchas y con poca pendiente. Una cerrada totalmente rectangular sería lo idílico.
- Presas arco: se ajustan muy bien en valles estrechos, pero requieren terrenos con una gran capacidad portante.
Materiales en presas de fábrica
Los materiales en este tipo de presas deben cumplir 3 presmisas básicas: durabilidad, impermeabilidad y economía. Otro factor a cumplir es la resistencia, pero por lo general, el cumplimiento de las tres premisas anteriores lleva asociada una resistencia adecuada.
El fraguado del hormigón es un proceso que desprende calor, algo que no crea problemas en pequeñas masas de hormigón. Sin embargo, durante la construcción de una presa se mueven volúmenes de hormigón muy grandes y estas variaciones térmicas pueden ser problemáticas (cambios grandes de temperatura y tensión, deformaciones, etc).
Todo esto hace necesario que se optimice la elección de los materiales que componen el hormigón, de forma que se suelen hacer ciertas modificaciones: sustitución parcial del cemento, elección de áridos, cambios en los procedimientos de puesta en obra, etc. De cualquier modo se deben estudiar las condiciones particulares de cada presa.
Conglomerantes, puzolanas, cenizas y escorias
Uno de estos cambios van a ser en el tipo y dosificación de conglomerante, ya que es uno de los factores que más influye en el cambio de temperatura.
El conglomerante elegido deberá desarrollar la mínima cantidad de calor durante la hidratación, de forma que se eviten posibles fisuraciones. Por eso los cementos utilizados en las presas se fabrican preferentemente a base de clinker y cenizas volantes o escoria siderúrgica, y también otros tipos de materiales puzolánicos, naturales o artificiales, siendo la proporciones de estos mayores de un 30% y pudiendo llegar a más de un 80% según el tipo de cemento.
La incorporación de puzolanas y cenizas no solo tiene la ventaja de reducir la temperatura de fraguado, tambien facilita la trabajabilidad de la mezcla, reduce la cantidad de agua de amasado (de un 5 a un 8%) e incluso aumenta la resistencia y durabilidad del hormigón.
Una cuestión importante es si estos materiales se incorporan al hormigón en fábrica o en obra. Ambas tienen sus ventajas y sus inconvenientes. En general, salvo que la distancia de transporte sea demasiado grande, suele ser conveniente preparar el cemento puzolánico en fábrica, pues garantiza una mayor calidad del producto, evita un mayor costo y la dificultad que supone la instalación de dosificadores y silos en obra.
Hormigón compactado con rodillo (HCR)
En las presas de concreto, resulta muy adecuado utilizar el hormigón compactado con rodillo.
Es un hormigón de consistencia seca que permite ser colocado y compactado con la maquinaria usada en el movimiento de tierras. Esta técnica hace que la construcción de la presa sea más rápida y económica.
Una de las diferencias más importantes entre los hormigones convencionales y el hormigón compactado con rodillo es el contenido de agua. El HCR contiene una cantidad reducida de agua de amasado, esto supone un asiento mínimo o nulo, lo que resulta una gran ventaja al hacerlo compatible con el tránsito de maquinaria de movimiento de tierras de gran tonelaje por su superficie.
Otra de sus ventajas es que al utilizar el HCR existe una mayor sustitución de clinker por adiciones de material puzolánico. A modo orientativo, con el hormigón convencional la sustitución suele estar en torno al 30-40%, pero con el HCR se alcanzan valores de hasta el 70% cuando se añaden cenizas volantes. Y recordemos que todo esto reduce la temperatura de fraguado y el riesgo de fisuración.
Prescripciones técnicas
Por último es importante indicar que, en relación a las prescripciones que deben cumplir los materiales en presas de concreto, habrá que estar a los dispuesto en la Instrucción para el Proyecto, Construcción y Explotación de Grandes Presas.
Construcción de presas de hormigón
No se pretende ahondar demasiado en cómo se construye una presa de hormigón, pero si que conviene destacar algunos aspectos:
- Lo primero que se debe hacer es disponer de una zona seca para ejecutar la presa. Para ello el primer paso es construir un túnel de desvío del río. Después se hace necesario construir una ataguía, una pequeña presa que permita elevar el nivel del agua en la zona de entrada al túnel de desvío, y que no deje pasar agua a la zona donde se ejecutará la estructura. La ataguía se construye en presencia de agua en el río, por lo que se tienen que buscar las mejores condiciones posibles.
- Una vez que el terreno está seco hay que prepararlo. Para ello se realiza una limpieza y escarificación y se somete el terreno a los procedimientos necesarios para garantizar su resistencia e impermeabilidad.
- Una vez hecho esto se comienza la construcción de la presa como tal. Las presas se ejecutan en tongadas, es decir, capas de material de diferente espesor. Estas deberán ser adecuadamente compactadas y se debe asegurar su impermeabilidad. Además hay que tener en cuenta algunas consideraciones generales:
- Entre la fabricación del hormigón y su colocación y consolidación en obra no debe transcurrir más del 80% del tiempo de iniciación del fraguado del cemento empleado, donde el transporte se llevará a cabo de forma que no produzca la disgregación de sus componentes.
- Se deberá reducir al mínimo posible el número de vertidos de una misma masa, así como la altura de caída de cada uno, que no deberá ser nunca superior a 2,5 m.
- Las tongadas de cada bloque de hormigón se ejecutan sucesivamente hasta que se alcance el espesor previsto en proyecto y, salvo justificación, la consolidación del hormigón y la trabazón entre tongadas sucesivas se realizará por vibración interna de la masa, durante el tiempo estricto para evitar las coqueras.
- Durante el fraguado del hormigón se mantendrá su humedad y se evitará que soporte sobrecargas y tras su fraguado, se mantendran humedas las superficies externas durante un plazo de 10 días.
Por último también hay que establecer algunas prescripciones concretas para la ejecución de presas de gravedad y de presas de bóveda o cúpula.
Construcción de presas de gravedad
- Se debe evitar que un mismo bloque quede cimentado sobre terrenos que se deformen de manera muy diferente.
- Se recomienda que las superficies de cimentación de cada bloque sean horizontales o ligeramente ascendentes hacia aguas abajo.
- Puede admitirse que la cimentación esté escalonada en sentido perpendicular al cauce para adaptarse a las laderas. Para ello se hace que coincidan las juntas de contracción con las aristas de los escalones mayores.
- En el caso de que las juntas separen bloques de alturas muy diferentes, o que se sitúen cada uno en terreno que vaya a tener asientos diferentes, se proyectarán las juntas para que admitan movimientos relativos entre bloques sin que se rompan los dispositivos de impermeabilización.
Construcción de presas de bóveda o cúpula
- Cuando el aliviadero se realiza sobre la propia presa debe evitarse la presencia de vibraciones y de erosiones al pie de la presa.
- Se debe determinar el estado tensional de la presa teniendo en cuenta la deformabilidad del terreno de cimentación y de los estribos.
Presas de fábrica en España
En España hay un total de 1538 presas, y de ellas más de la mitad son presas de fábrica. Dentro de ellas, por su simpleza constructiva las que más abundan son las presas de gravedad, con un total de 814, lo que supone el 52,93% de todas las presas del país.
En cuanto a la cantidad de presas que hay para cada tipología, tenemos:
- Arco gravedad: 48 (3,12%)
- Bóveda: 56 (3,64%)
- Bóvedas múltiples: 1 (0,07%)
- Contrafuertes: 31 (2,02%)
- Gravedad: 814 (52,93%)
- Gravedad y contrafuertes: 6 (0,39%)
- Gravedad y mamposteía: 18 (1,11%)
- Hormigón armado: 4 (0,26%)
- Hormigón compactado: 22 (1,43%)
Como ejemplos de presas de hormigón en España conviene citar:
- La Presa de los Melonares, situada en la provincia de Sevilla. Es una presa construída recientemente, tipo arco-gravedad, destinada al abastecimiento a la provincia.
- La Presa de la Almendra, stiuada en la provincia de Salamanca, es una presa de bóveda que destaca por ser la más alta de España con 202 m de altura.
- Como presa de bóvedas múltiples en España sólo podemos citar la Presa de Esparralejo, situada a unos kilómetros de la provincia de mérida. Es una Presa Romana, muy antigua de la que se podría hacer un artículo completo.
- En la provincia de Huelva encontramos la Presa de Aracena, de contrafuertes y gravedad, destinada también al abastecimiento de Sevilla.
- La Presa de Tranco de Beas, de tipo Arco Gravedad, situada en la provincia de Jaén y explotada por la Confederación Hidrográfica del Guadalquivir.
En el siguiente apartado podemos ver imágenes de todas ellas.
Imágenes de presas de hormigón
