1. PRESA Y CENTRAL HIDROELÉCTRICA
PRIMER ANTEPROYECTO
MÉXICO, SEPTIEMBRE 2001
INDICE
Contenido Página
1. INTRODUCCIÓN
PRESENTACIÓN
Las frecuentes inundaciones a las que por muchos años se enfrentaron los productores agropecuarios, así
como los habitantes de comunidades, poblados y hasta de las ciudades más desarrolladas, dejaban siempre
grandes perjuicios económicos y en ocasiones, incluso, la pérdida de vidas humanas. El desarrollo
socioeconómico estaba, por lo tanto, frenado a pesar del dinamismo e ingenio de los habitantes.
Fue hasta cuando se construyeron obras principalmente presas. Aun cuando esta infraestructura aportó
grandes beneficios y permitió el despegue económico de la zona, no fue suficiente para el control de las
inundaciones en virtud de las crecientes de las aguas, y exigió la construcción de una presa adicional que
permitiera un control más adecuado de las avenidas.
El sector hidráulico mientras tanto, venía estudiando desde hacía varías décadas diversos sitios, para la
construcción de esa obra y, al mismo tiempo, analizando esquemas de financiamiento que permitieran su
realización con una recuperación económica derivada de la extensión de tierras de cultivo con riego agrícola,
así como producción de energía eléctrica. Nace así el proyecto de la presa y central hidroeléctrica.
En este documento se registra el primer anteproyecto, presentando una breve reseña de sus antecedentes.
Este primer anteproyecto, fue posible gracias a la participación y dedicación de técnicos, ingenieros y
administradores, quienes a lo largo de su construcción mostraron su capacidad y alto sentido de
responsabilidad para cumplir un anhelo de la región.
r
INTRODUCCIÓN
I Objetivos de la obra
La presa viene a constituir un elemento clave para aprovechar en forma integral el escurrimiento de esta
importante cuenca.
La obra tiene objetivos múltiples:
• Controlar avenidas, ya que es posible reducir al mínimo posible los daños en los valles aguas abajo
del sitio de la presa.
• Generación de energía eléctrica, con una potencia instalada de 18.718 MW, y generación media
anual de 63.95 GWh, lo cual permite participar de manera importante en el suministro de energía
eléctrica durante las horas pico.

2. • Desarrollo de las áreas de la acuacultura y recreación.
• Beneficios
• Generación
La planta hidroeléctrica tiene una capacidad instalada de 18.718 MW y participará de manera
importante en el suministro de energía eléctrica durante las horas pico. Según estudios hidrológicos
realizados, en los que se supone un factor de planta de 0.5 se estima una generación media anual
de 63.95 GWh.
• Control de crecientes
En el río se presentan periódicamente avenidas ocasionadas por tormentas y deshielos durante el
invierno, o por efecto de tormentas tropicales y ciclónicas en el verano. La avenida máxima
registrada cuyo gasto fue de 3500 m3/s.
Estas avenidas extraordinarias han ocasionado graves daños a los cultivos, a la infraestructura de
riego, a las vías de comunicación, a la ganadería e inclusive a las poblaciones ribereñas.
La presa, con su capacidad de control de avenidas de 112 millones de m3, permite incrementar la
capacidad de control del sistema.
En consecuencia, de acuerdo a las condiciones de diseño y operación establecidas, las avenidas
históricamente grandes que han ocurrido pueden ser reguladas.
• Acuacultura y recreación
Otros beneficios de la presa se refieren al desarrollo de actividades de acuacultura y recreación.
Teniendo como proyectos la explotación de especies piscícolas en el vaso de la presa, entre las que
se pueden contar con bagre, lobina, carpa y mojarra y llega a ser de importancia económica su
comercialización.
Las actividades recreativas son de tomarse en consideración: el ejemplo se tiene en la ciudad, que
es visitada frecuentemente por grupos de turistas nacionales y extranjeros.
•
• ANTECEDENTES
• Estudios
Como inicio de los estudios destinados a la construcción de una obra para aprovechamiento
hidráulico, la entonces Comisión Nacional de Irrigación y la CFE realizaron trabajos preliminares en
ese lugar, como levantamientos topográficos, investigaciones hidrométricas, estudios hidrológicos y
del subsuelo y otros de carácter social.
Con base en los resultados de estas investigaciones y estudios, se formulo este primer anteproyecto
de obras hidráulicas; la dependencia proyectó, en el cual tomaron la consideración de no superar con
el NAME la elevación 531.60 m.s.n.m* con el objeto de no afectar obras de comunicación aguas
arriba del sitio.
• Esquema del proyecto

3. La CNA preparó un plano general y de localización del proyecto de la presa, que sirvió, en primera
instancia, para discutir la estrategia de construcción y financiamiento. Este plano contiene, además
de la información general acostumbrada, una relación de cantidades de obra estimadas, separadas
por cada parte de la presa.
En lo sucesivo todas las elevaciones estarán expresadas en metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m)
• Datos de proyecto
Las características principales de dicho proyecto se describen en la tabla 2.1
Tabla 2.1 Datos de proyecto
Capacidad total del vaso al
192 Mm3
NAME
Capacidad para azolves 24 Mm3
Capacidad útil para generación 40 Mm3
Capacidad para control de
112 Mm3
avenidas
Elevación de la corona de la
532.60 msnm
cortina
NAME 531.60 msnm
NAMO 526.00 msnm
NAMINO 520 msnm
Elevación de la cresta vertedora 526.00 msnm
Gasto máximo de la avenida de
3500 m3/s
diseño
Gasto máximo de descarga de
3815 m3/s
la obra de excedencias
Capacidad instalada de la planta
18.718 MW
hidroeléctrica
• Cortina
La cortina es de concreto convencional (f'c = 120 kg/cm2) tipo gravedad, de eje recto en todo el
cauce. Se considera un peso volumétrico del concreto de 2400 kg/m3.
La sección transversal tiene corona a la elevación 532.60, paramento vertical hacia aguas arriba;
hacia aguas abajo tiene un tramo vertical hasta la cota 525.00 y de este punto hasta el desplante
talud de 0.9:1. La corona tiene 5 m de ancho y un bordo libre de 1.00 m.
El desplante de la sección máxima se propone a la elevación 498.00. La roca en la cual se cimentara
la presa se considera roca de calidad similar al concreto de la cortina.
• Vaso de la presa de almacenamiento
En los estudios de topografía se obtuvieron los resultados de elevaciones contra capacidades del
vaso que se describe en la tabla 2.2
Tabla 2.2 Elevaciones contra
capacidades del vaso de
almacenamiento

4. Elevaciones Capacidad
msnm Millones de m3
500.00 0.00
505.00 10.00
512.00 24.00
520.00 40.00
525.00 60.00
530.00 160.00
535.00 260.00
540.00 360.00
550.00 560.00
560.00 760.00
Con el análisis geotécnico en el cual se realizaron pruebas granulometricas se obtuvieron las
siguientes características del material de acarreo del río y azolve en el cual esta constituido por:
o Peso volumétrico seco: 1600 kg/m3
o Relación de vacios: 40%
o Angulo de fricción interna: 30°
o Espesor del material de acarreo: 1.00 m.
o Obra de excedencias
Se propuso como estructura de control un cimacio tipo normal libre, en la cual su estructura
terminal de la obra de excedencias fue una tipo disipadora de energía, de sección
rectangular.
El hidrograma de la avenida de diseño se muestra en la tabla 2.3:
Tabla 2.3 Hidrograma de la
avenida máxima probable
HORA GASTO [m3/s]
0 0.00
4 250.00
8 400.00
12 640.00
16 1300.00
20 2700.00
24 3500.00
28 1800.00
32 1200.00
36 1100.00
40 1000.00
44 900.00
48 700.00
52 250.00
56 0.00

5. Y la del nivel del agua contra gasto, en la zona de descarga se muestra en la tabla 2.4:
Tabla 2.4 Nivel del agua en la zona de
descarga de la obra de excedencias
NIVEL DEL AGUA
GASTO [m3/s]
[msnm]
500.00 0.00
501.34 47.00
502.03 87.00
503.11 194.00
505.06 499.00
507.00 910.00
508.40 1335.00
510.10 1853.00
511.90 2580.00
515.50 3815.00
o
o ANTEPROYECTO FINAL
Después del análisis hecho para dar como resultado el diseño preliminar de los siguientes
términos:
 Cortina de concreto integrada por dos tramos: cortina de sección gravedad no
vertedora, en la margen derecha e izquierda del cauce del río; cortina de sección
gravedad vertedora, en el centro del cauce. La cortina se puede ver en la fig. 3.1.
 Obra de generación con tres unidades turbogeneradoras, con su toma a través de
la sección de la cortina, tubería de presión ahogada en todo su tramo, casa de
máquinas a pie de presa.
 Obra de excedencias en el tramo de sección vertedora de la cortina de gravedad,
compuesta por un cimacio vertedor normal libre. La descarga se realiza a tanque
amortiguador USBR tipo III
El anteproyecto en general está presentado en la tabla 3.1
Tabla 3.1 Datos de proyecto
Generales
Capacidad al NAME 192 Mm3
Capacidad para azolves 24 Mm3
Capacidad útil para generación 40 Mm3
Capacidad para control de avenidas 112 Mm3
NAME, elevación 531.60 m.s.n.m
NAMO, elevación 526.00 m.s.n.m
NAMINO, elevación 520.00 m.s.n.m
Corona de la cortina, elevación 532.60 m.s.n.m

6. Cortina
Talud aguas abajo del cauce 0.9:1
Talud aguas arriba del cauce Vertical Vertical
Ancho de la base de la cortina 29.3 m
Cambio de talud, elevación 525.00 msnm
Ancho de la corona 5.00 m 5.00 m
Obra de excedencias
Gasto máximo de la avenida de diseño 3500 m3/s 3500 m3/s
Cresta vertedora, elevación 526.00 m.s.n.m 526.00 msnm
Gasto máximo de salida del vertedor 988.50 m3/s 988.5 m3/s
Longitud cresta vertedora 34 m 34.00 m
Obra de toma
Umbral de la toma, elevación 512.00 m.s.n.m 512.00 msnm
Diámetro de la tubería de presión 3.44 m 3.44 m
Espesor de la tubería de presión pulgadas
Gasto de diseño 133.84 m3/s 133.84 m3/s
Planta hidroeléctrica
Grupo de turbogeneradores de 18.718 MW (Turbinas kaplan) 3
3 unidades
unidades
Velocidad especifica (N's) 424.93 424.93
Diámetro del rodete 4.209 m 4.209 m
Gasto por turbina 44.61 m3/s 44.61 m3/s
o
o ESTUDIOS PRELIMINARES
o Estudios topográficos
Es indudable la importancia de los estudios topográficos como apoyo en todas las etapas de
un proyecto desde los estudios, diseño y construcción, hasta la operación.
La Comisión Federal de Electricidad realizo un levantamiento aerofotogramétrico de la
boquilla. Posteriormente se realizó un estudio fotogramétrico del vaso, de donde se obtuvo
el plano topográfico a escala 1:20 000, con curvas de nivel, a partir del cual la Secretaría de
Recursos Hidráulicos determino la curva de elevaciones capacidades del vaso y que fue
utilizada en los estudios de funcionamiento y de tránsito de avenidas. Las cuadricula de
coordenadas tiene origen arbitrario y las cotas están referidas al nivel del mar
o Estudios geológicos
En la CFE realizó un estudio geológico - geotécnico en la zona de la boquilla enfocado a
una cortina de concreto tipo gravedad con la obra de excedencias y la de toma alojadas en
la cortina; en este estudio se analizan los barrenos y socavones realizados hasta la fecha,
se hace un análisis de las estructuras y litología en ambas márgenes, así como una
recopilación de la información regional realizada por diversos autores cercana al área de

7. estudio. En este estudio se detecta la disponibilidad de enrocamiento y agregados así como
la escasez de materiales arcillosos.
o Geología del vaso
La roca esta expuesta en la mayor parte del vaso de la presa y sobre todo en las partes
bajas; se presenta generalmente con estructura masiva en las partes más profundas con
permeabilidad, en general baja, de acuerdo con los resultados de pruebas efectuadas en la
proyección de la cimentación de la presa. Se realizaron pruebas de permeabilidad, y lo
anterior mencionado garantiza la impermeabilidad del embalse de la presa.
o Sismicidad
La zona en donde se ubica la presa a tenido nula actividad sísmica. Los rasgos geológicos
del suelo y las rocas principalmente confirman lo antes mencionado. Por lo tanto en este
anteproyecto consideramos al sismo de diseño de operación nulo, debido a la nula actividad
sísmica de la zona.
o Estudios geotécnicos
Para poder realizar el diseño de las obras hidráulicas en forma por demás segura y
confiable, de acuerdo al proyecto, fue necesario conocer las características del sitio donde
se alojó la boquilla en cuestión; por otra parte, para el diseño y proyecto de las obras
subterráneas fue necesario conocer el estado de esfuerzos residuales de dicho entorno
geológico, con el objeto de establecer los procedimientos que se adecuaran a las
condiciones existentes en el sitio.
o Trabajos de campo
Se contó con los estudios de geología superficial, estudios geofísico y perforaciones
geotécnicas, las cuales proporcionaron información directa para conocer las condiciones
geológicas del sitio y permitieron conocer las formaciones geológicas para la proyección de
la cortina; esta información se complemento con los resultados de las pruebas de campo y a
partir de ella se determinó la resistencia y deformación de la roca en la zona de la
cimentación.
o Hidrología
o Información hidrológica
Los escurrimientos de la cuenca del río han sido aforados por una red de 26 estaciones
diseminadas en toda la cuenca.
La hidrometría para el proyecto de la presa se obtuvo de los registros con que cuenta la
estación ubicada en la cercanía de la presa operada por la extintas Comisión Nacional de
Irrigación y Secretaría de Recursos Hidráulicos (SRH), y después por la Comisión Nacional
del Agua. Los aforos se practican por el método de sección - velocidad, esta última se mide
con un molinete hidráulico y para ello se utiliza una estructura de cable y canastilla, dicho
cable tiene anclajes en ambas márgenes.
Anteriormente se presento una avenida que registró un pico de 3500 m3/s, que a la fecha se
a considerado como el gasto máximo histórico observado. En la tabla 4.1 se presentan los
registros de la avenida máxima probable y en la figura 4.1 el hidrograma correspondiente.

8. Tabla 4.1 Hidrograma de la
avenida máxima probable
HORA GASTO [m3/s]
0 0.00
4 250.00
8 400.00
12 640.00
16 1300.00
20 2700.00
24 3500.00
28 1800.00
32 1200.00
36 1100.00
40 1000.00
44 900.00
48 700.00
52 250.00
56 0.00
La estación realizó muestreos de acarreos superficiales; para la determinación de la
capacidad de azolves de la presa se contó con una muestra de 38 años de registro; en la
cual para un periodo de 50 años se determino una capacidad de azolves para la presa de
24 millones de m3.
o
o Determinación de capacidades y elevaciones de la presa
o Curva de elevaciones - capacidad del vaso
La SRH, a través de la Dirección general de Estudios, realizó un levantamiento topográfico
por métodos aerofotogramétricos del vaso. Esta información quedó asentada en el plano
No. 21407-C-1796 elaborado por la Dirección de Hidrología.
De este plano se obtuvo la curva elevaciones - capacidades del vaso que se muestran en la
tabla 4.2 y en la figura 4.2 las cuales se tomaron como definitivas y se utilizaron para los
estudios de funcionamiento y de tránsito de avenidas.

9. Tabla 4.2 Elevaciones contra
capacidades del vaso de
almacenamiento
Elevaciones Capacidad
msnm Millones de m3
500.00 0.00
505.00 10.00
512.00 24.00
520.00 40.00
525.00 60.00
530.00 160.00
535.00 260.00
540.00 360.00
550.00 560.00
560.00 760.00
o Capacidad de azolves y NAMINO
La capacidad de la presa destinada a la acumulación de los azolves se determinó a partir de
la información de sólidos suspendidos aforados en el sitio por la estación que cuenta con
una muestra de 38 años de observaciones.
Con base en la costumbre para proyectos similares, se ha considerado un lapso de 50 años,
de tal manera que la capacidad de azolves resultó de aproximadamente 24 Mm3, cifra que
se ha dejado como definitiva. La elevación correspondiente a la capacidad de azolves es de
512.00 msnm. En la tabla 4.3 se dan las características del material de acarreo y azolve.
Tabla 4.3 Material de acarreo
Peso volumétrico seco 1600 kg/m3
Relación de vacíos 40%
Angulo de fricción interna 30°
Espesor del material 1.00 m
El NAMINO, nivel de aguas mínimas de operación, para generación de energía eléctrica fue
determinado por la Comisión Federal de Electricidad como resultado del análisis económico
que se presenta en el Estudio de Factibilidad y resultó estar a una elevación 520.00 msnm;
de esta manera, la capacidad muerta en los análisis de funcionamiento del vaso es de 40
Mm3.

10. o Capacidad útil y NAMO
El nivel de aguas máximas de operación NAMO y por lo tanto, la capacidad útil de la presa,
se determinaron mediante un análisis técnico - económico en el cual se optimizó el
aprovechamiento del agua para los fines de generación de energía, de acuerdo a las
siguientes consideraciones:
 NAMO a 526.00 msnm, con fines de generación eléctrica.
 La mejor opción de tamaño de presa se decidió mediante una evaluación
económica basada en los costos de inversión y operación y en los beneficios de
generación de energía eléctrica y colaterales generados.
 Demandas para generación de energía eléctrica.
 Avenida de diseño para la obra de excedencias
Por la importancia que revisten los estudios hidrológicos relacionados con el
control de avenidas, fueron motivo de revisiones por la CNA y la CFE, a fin de
determinar la magnitud de la avenida máxima probable en el sitio de la presa, a
partir de esta cifra, el tipo de estructura vertedora y las políticas de operación
correspondientes.
Para el calculo de la avenida de diseño se contó con información de gastos
máximos instantáneos anuales, así como gastos medios diarios de la estación
hidrométrica.
Para determinar una de las características de la obra de excedencias que es la
longitud de cresta del vertedor, fue indispensable realizar un transito de avenidas
para determinar dicha dimensión, en el cual nuestros datos fueron la tabla 4.1 y la
tabla 4.2, que se refieren al hidrograma de la avenida máxima probable y la curva
elevaciones - capacidades del vaso de almacenamiento respectivamente.
Tránsito de avenidas
Procedimiento:
Para nuestro análisis de transito de avenidas, utilizamos el método semigráfico (ref.
4.1) cuya ecuación de continuidad es:
Ii+Ii+1+(
-Oi) = (
+Oi+1)
Donde:
I = gasto de entrada al vaso.
O = gasto de salida del vaso.
V = volumen del vaso a un tiempo t.

11. i ; i+1 = subíndices donde denotan valores de inicio y al final del intervalo t.
Los términos desconocidos se han puesto del lado derecho de la ecuación. Dado
que tanto Vi+1 como Oi+1 dependen del nivel del vaso, antes de analizar el tránsito
conviene trazar una tabla auxiliar que relaciona
con O para cada elevación. Para hacer dicha tabla los pasos a seguir son:
 Se fija el t que se usará en el calculo, en nuestro caso t = 4 horas.
 Se fija valor de E, mayor que el NAMO = 526.00 msnm
 Se calculo O con las siguientes ecuaciones:
Ov = CL (E -Eo)1.5 E > Eo(ecuación del vertedor)
O = Ov + Ot (gasto total de salida)
Donde:
E = elevación de la superficie libre del vaso, msnm.
Eo = elevación de la cresta del vertedor, msnm.
L = longitud de la cresta del vertedor, m.
C = coeficiente de descarga (ref. 4.2).
Ov = gasto por el vertedor de excedencias, m3/s.
Ot = gasto turbinable, m3/s.
 Se determina V con la curva elevaciones - capacidades del vaso (fig. 4.2)
 Se calcula
.
 Se regresa al punto b tantas veces como sea necesario para definir suficientes
puntos.
Una vez determinada la tabla auxiliar, se utiliza el siguiente procedimiento para el
tránsito de la avenida:
 Se calculan todas las sumas Ii + Ii+1 (columna 4) a partir de la avenida de entrada
(columna 3)
 Se fija un nivel inicial en el vaso Ei,. En general conviene que este nivel inicial se el
del NAMO = 526.00 (columna 9) para hacer el tránsito en las condiciones más
desfavorables.

12.  Calcular el volumen inicial, gasto de salida y
, donde Oi = 0 (columna 5).
 Sumar el resultado de la columna 4 con el de la columna 5 y anotarlo en la
columna6.
 Determinar, con el valor de

(columna 6) y la tabla
contra O, la salida en el siguiente intervalo Oi+1 y anotarla en el próximo renglón
de la columna 7.
 Restar el último valor anotado en la columna 7 dos veces del último valor anotado
en la columna 6 y colocar el resultado en la columna 5.
 Volver al cuarto paso hasta encontrar la elevación del NAME.
Para nuestro calculo de la longitud de cresta, propusimos tres longitudes de
vertedor, y nuestro criterio para identificar la correcta longitud del vertedor fue que
en la columna de elevaciones (columna 9) el nivelo máximo que debería alcanzar
sería el NAME= 531.60 msnm.
A continuación se muestran los tres modelos:
Para L = 30 m.
Tabla auxiliar Datos
E V O 2V/t+O
L 30 m
m mill m3 m3/s m3/s C 2.22
526 75 133.84 10,550.51 Eo 526 msnm
527 90 199.84 12,699.84 Ot 133.84 m3/s
528 120 320.52 16,987.18
529 140 476.79 19,921.23
530 160 661.84 22,884.06
531 180 871.74 25,871.74
532 200 1103.84 28,881.62
533 220 1356.18 31,911.73
534 240 1627.25 34,960.58
535 260 1915.84 38,026.95

13. Transito de la avenida para L = 30 m
1 2 3 4 5 6 7 8 9
t Ii Ii+Ii+1 2Vi/t-Oi 2Vi+1/t+Oi+1 Oi Vi Ei
i
h m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s mill m3 m
0 0 0 250 11,111.11 11,361.11 133.84 80 526
4 1 250 650 11,043.65 11,693.65 158.73 80.66 526.38
8 2 400 1040 11,355.76 12,395.76 168.94 82.98 526.53
12 3 640 1940 12,014.76 13,954.76 190.50 87.88 526.86
16 4 1300 4000 13,484.43 17,484.43 235.16 98.78 527.29
20 5 2700 6200 16,790.42 22,990.42 347.00 123.39 528.17
24 6 3500 5300 21,651.80 26,951.80 669.31 160.71 530.04
28 7 1800 3000 25,041.75 28,041.75 955.03 187.18 531.36
32 8 1200 2300 25,963.60 28,263.60 1039.07 194.42