Clasificación de represas y factores hidráulicos considerados en su construcción

Las represas son estructuras hidráulicas que se construyen en el cauce de un rio y tiene por finalidad el almacenamiento y regulación del caudal. además, puede usarse como generadores de energía en el caso de hidroeléctricas, abastecimiento a ciudades cercanas, distribución para regadío, minería (relaves), entre otras funciones. Las represas son un elemento perteneciente a un sistema hidráulico más grande conformado por un aliviadero para eliminar los excedentes de agua, el mismo embalse de agua, la obra de toma para la distribución hacia su destino y un desagüe para eliminar el excedente en casos de emergencia.

No existe una represa generalizada para todo tipo de proyectos. Su construcción está condicionada a diferentes factores, tales como la hidrología, la topografía del lugar, la geología, el costo y accesibilidad, sismicidad, entre otros factores. En este artículo se desarrollará la clasificación de las represas de acuerdo a su material de construcción, las características y los factores que definen su uso. Finalmente, se mencionará los factores hidrológicos a ser tomados en la construcción de una represa.

Clasificación de represas

REPRESAS DE CONCRETO

Como su nombre lo indica, estas represas están hechas de concreto en su totalidad. En este grupo se encuentran la presa de gravedad, arco, contrafuerte y compactado con rodillo.

Represa de gravedad:Este tipo de represas pueden retener el caudal de un rio por medio de su propio peso. La fuerza que ejerce el agua en la represa es mayor en la parte baja, por lo que este tipo de represas tiene una sección ancha y se va reduciendo a mayor altura. Las represas de gravedad pueden tener diferentes perfiles, Sin embargo, el más efectivo es la represa triangular debido a que soporta mejor las fuerzas del agua y es más efectivo contra volcamientos a diferencia de otros perfiles. En cuanto a la geología, se tiene que construir en un suelo con capacidad portante alta debido al gran peso que puede significar la construcción de este tipo de represas.

Represa de arco: Estas no ejercen resistencia por su propio peso (son ligeras en comparación a la represa de gravedad). Su forma de arco es más efectiva para que pueda transmitir mejor las fuerzas del agua hacia has laderas. Las fuerzas laterales son predominantes a las del peso propio. Esto condiciona a que la zona de construcción debe ser un terreno resistente para evitar colapsos u otros problemas originados cuando la represa esté en funcionamiento

Represa de contrafuerte: Es similar a las represas de gravedad, sin embargo, el gran peso es reemplazado por vigas, columnas y losas. Se necesita menos material para su construcción.  Estos trasladan la carga hacia el terreno y a los laterales producto de sus contrafuertes aguas abajo.

Represas de hormigón compactado con rodillo Este tipo de represas utiliza una combinación de técnicas: construcción de concreto con la tecnología de una represa homogénea. Para su construcción, se compacta en capas similar a la tierra. Esta mezcla de concreto es seca (no sigue la ley de Abraham). Esta represa representa un menor costo y tiempo en los proyectos.

REPRESAS DE MATERIAL SUELTO:

Entre esta tipología se tiene a la presa homogénea, Represas heterogénea (escollera) y represas de pantalla.

Represa homogénea: Está hecho de material impermeable en su totalidad. (arcilla, entre otros) Como su nombre indica, solo se utiliza un material para el cuerpo de la represa. Los taludes son suaves. A pesar de que la arcilla tiene baja permeabilidad, no garantiza que el agua se mantenga fuera. Por tal motivo, en el interior se colocan filtros y drenes para extraer el agua y evitar la presión de poros generadas en su interior. Si el suelo donde se construye es de un material permeable, se deben considerar filtros y drenes en la presa aguas abajo. Esto evitará la erosión interna y por lo tanto la presión interna generada por el agua.

Represas con material heterogéneo: Son represas construidas con más de un material: generalmente el material grueso conforma el cuerpo de la presa mientras que el material más fino es el material con poca permeabilidad. Entre esta tipología se puede considerar a las represas hechas con escollera, que son materiales de roca y grava en su mayoría

Represa de pantalla.  Estas represas tienen una estructura permeable conformado por material grueso o escollera, mientras que la pantalla colocada aguas arriba de la represa cumple la función de impermeabilizar la represa. La pantalla puede ser de concreto armado o material asfáltico, hormigón hidráulico o polimérico (geomembrana)

Presa de diafragma interno: Este tipo de represas tiene características similares a las represas de pantalla, con la diferencia que la zona impermeable se encuentra en el centro. Este tipo de represa se puede construir con material de escollera y un núcleo impermeable. Este núcleo puede ser de concreto o asfalto. Mayormente es de asfalto por su mayor flexibilidad. La desventaja de este tipo de represa frente a la represa de pantalla es que, si ocurre un problema interno en la pantalla impermeable, es difícil arreglarlo, sin embargo, el que esté dentro evita el deterioro de esta capa.

En la represa de escollera y en las de tierra, la distribución de los filtros y drenes son similares diferenciándose solamente en el material.

FACTORES HIDRÓLOGICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA REPRESA

DEMANDA:

Es la necesidad del recurso hídrico en un sistema. Antes de proyectar la construcción de una represa, se tiene que evaluar si es necesario su construcción. Principalmente se evalúa si el caudal de un rio cumple con las cantidades mínimas requeridas todo el año. Este factor es uno de los más importantes ya que no necesariamente la solución a la demanda es la construcción de una represa.

ALIVIADEROS:

Los aliviaderos son estructuras que se construyen en conjunto con las represas y permiten eliminar el exceso de agua que se originen en el embalse. La consideración de un embalse es muy importante ya que un mal diseño podría provocar la progresiva destrucción de la represa. En el diseño se debe contemplar tanto la capacidad de agua que se desea evacuar como el talud del aliviadero. Un mal cálculo podría provocar la socavación continua de la base de la represa aguas abajo. Si se contempla construir una represa de concreto, el aliviadero se construye en el propio cuerpo de la represa. Sin embargo, para represas de material suelto, el aliviadero se construye aledaño a la represa. Además del aliviadero, se debe tener en cuenta la estructura de toma para la distribución del agua hacia su destino (regadío, ciudades, etc.).

ALTURA DE REPRESA:

La altura que debe tener una represa está condicionada además de factores hidráulicos, a un factor geológico y de costos. Para una represa homogénea con un sistema de drenes idóneo, la altura máxima es de 10 metros, mientras que la represa de escollera con núcleo central ronda entre los 15 y 20 metros de altura. Las represas de material homogéneo están limitadas por su talud, mientras que las represas homogéneas pueden ser de distintos tamaños siempre y cuando se analice el suelo donde se construirá.

VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO:

Para conocer el volumen de almacenamiento de un embalse, se toma en cuenta diferentes factores como las características físicas de la represa, el caudal natural del rio, las precipitaciones de la zona. Además, se debe contar con las pérdidas producto de la evaporación, filtración de agua en la represa y la cantidad de agua que se descarga por medio del aliviadero. Se debe cumplir que el volumen requerido sea igual o menor al volumen útil del embalse para un adecuado funcionamiento.

VOLUMEN DE SEDIMENTOS:

El agua transportada hacia la represa contienen finos que son depositados en el cuerpo de la represa. Se debe tomar en cuenta el volumen que ocuparán los materiales sueltos en la vida útil de la represa para no afectar al volumen de almacenamiento. De esta manera los sedimentos no causaran problemas en la toma del agua para su distribución.

Conclusiones:

En este artículo se detalló las principales diferencias de una represa de concreto y una represa de materiales suelos. Además, los factores hidrológicos considerados en su construcción. Cabe mencionar que la construcción de represas en la actualidad es una solución para el almacenamiento de agua a largo plazo. Sin embargo, Estas causan un impacto ambiental considerable en el medio ambiente. Las empresas constructoras elaboran un programa de estudio de impacto ambiental. Sin embargo, la solución va más allá de ese estudio. Se deben crear planes de acción para la mitigación del impacto que produce la construcción de estas estructuras hidráulicas. Solo así, se podrá tener una mejor gestión del recurso hídrico beneficiosa para todos.

Bibliografía

JHON, Carmen

2015     Diseño de embalses teniendo en consideración los impactos ambientales. Tesis de pregrado de ingeniería civil. Universidad de Piura. Facultad de ingeniería. Piura, Perú

MARTINEZ, Francisco

2019       El problema de la selección del tipo de presa en un proyecto: criterios y métodos de apoyo a la toma de decisiones. Universidad politécnica de Cartagena, Cartagena, España.

MINISTERIO DE VIVIENDA, ORDENAMIENTO TERRITORIAL Y MEDIO AMBIENTE

2011       Manual de diseño y construcción de pequeñas presas. Montevideo, Uruguay