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PRESAS_Y_EMBALSES_PARTE_I.pptx

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PRESAS Y EMBALSES
Las presas son estructuras hidráulicas de grandes dimensiones que permiten almacenar o retener agua para aprovecharla en actividades como el riego, el consumo humano, la generación de energía eléctrica, entre otras.
Sirven, también, para el control de inundaciones, ya que impiden que el agua de las montañas baje hasta las comunidades que se sitúan en terrenos planos y cercanas a ríos.

Durante la temporada de ciclones tropicales, de mayo a noviembre, las lluvias aumentan en varias regiones del país, incrementando la cantidad de agua que fluye y se almacena en ese tipo de infraestructura. Debido a esto, instituciones públicas y privadas se encargan de construirlas, operarlas, cuidarlas, monitorearlas y analizarlas las 24 horas, con la finalidad de obtener su óptimo rendimiento sin ponerlas en peligro y, por consiguiente, a la población.

Por ello, las presas cuentan con reglas que se encuentran en la política de operación, que se define específicamente para cada presa, principalmente, en función de los volúmenes de agua que se pueden almacenar y suministrar. Dicha política indica las condiciones que se deben cumplir para que durante la temporada de lluvias las presas retengan o liberen agua hacia las zonas bajas sin causar daños en poblados o zonas de cultivo.

PRESAS Y EMBALSES
Las presas son estructuras hidráulicas de grandes dimensiones que permiten almacenar o retener agua para aprovecharla en actividades como el riego, el consumo humano, la generación de energía eléctrica, entre otras.
Sirven, también, para el control de inundaciones, ya que impiden que el agua de las montañas baje hasta las comunidades que se sitúan en terrenos planos y cercanas a ríos.

Durante la temporada de ciclones tropicales, de mayo a noviembre, las lluvias aumentan en varias regiones del país, incrementando la cantidad de agua que fluye y se almacena en ese tipo de infraestructura. Debido a esto, instituciones públicas y privadas se encargan de construirlas, operarlas, cuidarlas, monitorearlas y analizarlas las 24 horas, con la finalidad de obtener su óptimo rendimiento sin ponerlas en peligro y, por consiguiente, a la población.

Por ello, las presas cuentan con reglas que se encuentran en la política de operación, que se define específicamente para cada presa, principalmente, en función de los volúmenes de agua que se pueden almacenar y suministrar. Dicha política indica las condiciones que se deben cumplir para que durante la temporada de lluvias las presas retengan o liberen agua hacia las zonas bajas sin causar daños en poblados o zonas de cultivo.

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  1. 1. PRESAS y EMBALSES PARTE I
  2. 2. PRESAS Y EMBALSES • Una Presa es una estructura hidráulica, conformada por un muro, cortina, dique o presa, propiamente dicha, que se antepone transversalmente a un curso fluvial. • Las presas sirven para elevar el nivel del agua del río para poder aprovecharlas a través de tuberías y canales que la conducen a un centro o área de uso. • Las presas también sirven de almacenamiento y control de inundaciones.
  3. 3. • Se denomina Embalse a la acumulación de agua producida por una obstrucción en el lecho de un río que cierra parcial o totalmente su cauce. • La obstrucción del cauce puede ocurrir por causas naturales como, por ejemplo, el derrumbe de una ladera en un tramo estrecho del río o arroyo, la acumulación de placas de hielo o las construcciones hechas por los castores, • y por obras construidas por el hombre para tal fin, como son las Presas Embalse Puclaro Oct 2011
  4. 4. • Los embalses generados al construir una presa pueden tener las siguientes finalidades: – Regular el caudal de un río, almacenando el agua de los períodos húmedos para utilizarlos durante los períodos más secos para el riego o para el abastecimiento de agua potable. – Crear una diferencia de nivel para la generación de energía eléctrica, mediante una central hidroeléctrica. – Para permitir la navegación, crear espacios para esparcimiento y deportes acuáticos. – Contener los caudales extremos de las avenidas o crecidas (laminación de avenidas). Cuando un embalse tiene más de un fin, se le llama de usos múltiples
  5. 5. Capacidad Reguladora de los embalses. Villamizar C., A. 1989
  6. 6. • Niveles Característicos de los Caudales de los Embalses • El nivel del agua en un embalse es siempre mayor que el nivel original del río. Desde el punto de vista de la operación de los embalses, se definen una serie de niveles. Los principales son (en orden creciente): – Nivel mínimo minimorum: es el nivel mínimo que puede alcanzar el embalse; coincide con el nivel mínimo de la toma situada en la menor cota. – Nivel mínimo operacional: es el nivel por debajo del cual las estructuras asociadas al embalse y la presa no operan u operan en forma inadecuada. – Nivel medio. Es el nivel que tiene el 50% de permanencia en el lapso del ciclo de compensación del embalse, que puede ser de un día, para los pequeños embalses, hasta períodos plurianuales para los grandes embalses. El período más frecuente es de un año.
  7. 7. • Nivel máximo operacional: al llegarse a este nivel se comienza a verter agua con el objetivo de mantener el nivel pero sin causar daños aguas abajo. • Nivel del vertedero: Si la presa dispone de un solo vertedero libre, el nivel de la solera coincide con el nivel máximo operacional. Si el vertedero está equipado con compuertas, el nivel de la solera es inferior al máximo operacional. • Nivel máximo normal: al llegarse a este nivel la operación cambia de objetivo y la prioridad es garantizar la seguridad de la presa. En esta fase pueden ocurrir daños aguas abajo; sin embargo, se intentará minimizar los mismos. • Nivel máximo maximorum: en este nivel ya la prioridad absoluta es la seguridad de la presa, dado que una ruptura sería catastrófica aguas abajo. Se mantiene el nivel a toda costa; el caudal descargado es igual al caudal que entra en el embalse.
  8. 8. • Volúmenes característicos de un embalse • Los volúmenes característicos de los embalses están asociados a los niveles; de esta forma se tiene: – Volumen muerto, definido como el volumen almacenado hasta alcanzar el nivel mínimo minimorum. Es el volumen que se dispone en el vaso para almacenar los sedimentos transportados por el río. El período que tarda en colmarse esta capacidad, constituye la vida útil del embalse y se estima que para proyectos pequeños en unos 50 años y para los grandes para unos 100 años. – Volumen útil, el comprendido entre el nivel mínimo minimorum y el nivel máximo operacional. Es el necesario para suplir las demandas y las pérdidas de aguas durante un período determinado de funcionamiento del embalse. Debe ser de tal magnitud que garantice el abastecimiento de agua dentro de un periodo hidrológico escogido, – Volumen de laminación, es el volumen comprendido entre el nivel máximo operacional y el nivel máximo normal. Este volumen, como su nombre lo dice, se utiliza para reducir el caudal vertido en las avenidas, para limitar los daños aguas abajo.
  9. 9. • Caudales característicos de un embalse • Caudal firme. Es el caudal máximo que se puede retirar del embalse en un período crítico. Si el embalse ha sido dimensionado para compensar los caudales a lo largo de un año hidrológico, generalmente se considera como período crítico al año hidrológico en el cual se ha registrado el volumen aportado mínimo. Sin embargo, existen otras definiciones para el período crítico también aceptadas, como, por ejemplo, el volumen anual de aporte hídrico superado en el 75% de los años, que es una condición menos crítica que la anterior. • Caudal regularizado. Es el caudal que se puede retirar del embalse durante todo el año hidrológico, asociado a una probabilidad.
  10. 10. Principales Elementos que Conforman una Presa
  11. 11. Cresta: Corresponde a la parte superior de la presa, a veces es proyectada con un camino transitable. Su ancho mínimo debe ser aquel que posea una red de filtración, con el embalse lleno, que permita presiones de filtración adecuadas. Generalmente se aconsejan anchos de entre 5 a 10m para grandes presas y no menores a 4m para pequeñas, particularmente si estas últimas son transitables, lo cual facilita las tareas de mantenimiento durante su vida útil; y si la presa se encontrare en zona sísmica, se deberá incrementar el ancho en un 20%. La misma deberá estar recubierta con cualquier tipo de protección como ripio, geotextiles, empastado ú otro, en conjunto con el talud mojado, para que prevengan la erosión eólica, por las olas, la propia del tránsito vehicular y la producida por las lluvias.
  12. 12. • Existen diversa fórmulas para determinar el ancho de la cresta, entregadas por varios autores.
  13. 13. • Talud o Espaldón Mojado: Corresponde al talud de aguas arriba, por ello su nombre de mojado, recinto en el cual el agua a aprovechar es embalsada. En términos generales este talud suele ser más extendido que el seco, lo que permite una mayor pérdida de carga en los trayectos del flujo de filtración. Es recomendable, siempre la protección de este talud, que permita erosión y desgaste por vientos, lluvia, oleaje y otros. Los taludes recomendados para presas de tierra de material homogéneo son: 1v:2,5h a 1v:3,5h. Para mayor detalle ver USBR, tabla 16. Como se verá más adelante, es posible reducir este talud en el caso de presas de hormigón.
  14. 14. • Talud o Espaldón Seco: Corresponde al talud de aguas abajo (de allí su denominación de seco), en el cual no se permiten filtraciones a través del mismo, sino controladas por filtros. Es recomendable la protección del talud contra la erosión y desgaste por vientos y lluvia. Los taludes recomendados para presas de tierra de material homogéneo son: 1v:2,0h a 1v:2,5h. En el caso de presas de hormigón hoy en día se utilizan taludes 0,8h a 1v
  15. 15. Valores de la tabla 15, libro Diseño de Pequeñas presas: 1 Velocidades de desembalse de 15,24cm (6 pulg.) o más después de períodos prolongados de almacenamiento a niveles elevados en el vaso. 2 Los suelos OL y OH no se recomiendan para las porciones mayores de las presas de tierra homogéneas. Los suelos Pt son inadecuados
  16. 16. • Altura: • La altura total de diseño es la correspondiente al punto de mayor profundidad, generalmente medida sobre el cauce, y es la suma de alturas parciales a saber: – Altura correspondiente al nivel de sedimentos, generalmente llamado volumen muerto. Es el correspondiente al régimen propio del contenido de sedimentos que transporta el río y que almacenará en el fondo del lecho. – Altura de agua, propiamente dicha: medida entre la parte más profunda y la altura de agua proyectada. – Altura correspondiente a las pérdidas por evaporación. – Altura Correspondiente a la altura de ola. – En términos generales, la altura, viene dada por el estudio del vaso de almacenamiento, el volumen posible de almacenar, el área que este inunde y el lugar de la traza de la presa.
  17. 17. Base: Es la superficie en contacto con el terreno natural, terreno sobre el cual se funda la presa. Para ello ya hubo que haber dispuesto de la localización de la presa, en un lugar que posea suelo estable, sin afloramientos rocosos, en donde haya un estrechamiento del curso de agua, que no haya estratificaciones salinas en el lecho y tener el yacimiento para el levantamiento lo más próximo posible para evitar el transporte del suelo que lo encarece. El mismo de materializa, en presas pequeñas, con un diente de trabazón, según:
  18. 18. Clasificación de las Presas • Las presas se pueden clasificar según diferentes características: • Según sus dimensiones: – Presa Grandes: Cuando cumplen alguna de las siguientes condiciones: • Altura mayor a los 15 m desde su cimentación hasta su coronamiento. • Altura entre 10 a 15 m siempre que cumpla alguna de las siguientes características: longitud de coronación superior a 500 m, capacidad superior a 1Hm3, capacidad de desagüe superior 2.000 m3/s • Aquellas que presenten condiciones complejas e inusuales de cimentación . – Presas Pequeñas: Todas las demás.
  19. 19. • Según la Forma de Resistir el Empuje Hidrostático: – De gravedad: Depende por completo de su propio peso para su estabilidad, es decir, las presas de gravedad son presas que resisten el empuje horizontal del agua totalmente con su peso propio. Su perfil es en esencia triangular, para asegurar estabilidad y evitar esfuerzos excesivos en la presa o su cimentación. (Terrenos rocosos a poca profundidad). – Es costumbre limitar él termino presa de gravedad a las presas de concreto o mampostería, las cuales resisten el sistema de fuerzas que le son impuestas, principalmente por el peso propio de ellas mismas. Sin embargo si la presa es ligeramente convexa en planta, hacia aguas arriba, en toda su longitud, una pequeña proporción de las cargas impuestas se transmitirá por acción de arco. Presa de Gravedad Presa de Gravedad Aligerada
  20. 20. PRESA ALTUS (DE GRAVEDAD)
  21. 21. • Las presas de gravedad pueden ser construidas con tierra, roca o con concreto. Las presas de concreto, suelen ser muy costosas porque requieren de mucho material para su elaboración. • Generalmente la base de una presa de gravedad hecha de concreto es igual o superior a 0.7 veces su altura: b ≥ 0,7 * h • La inclinación sobre la cara aguas arriba hace que el peso del agua sobre la presa incremente su estabilidad.
  22. 22. • La forma de una presa de gravedad se asemeja a un triángulo. Esto se debe a la distribución triangular de la presión de agua. En la superficie del embalse el agua no está ejerciendo presión sobre la presa pero en el fondo, está actuando la máxima presión. • Las principales fuerzas que actúan sobre una presa son las fuerzas del agua del embalse, las fuerzas de empuje y peso propio. En el caso de la presa de gravedad se tiene que el agua empuja la presa pero su gran peso empuja la estructura hacia abajo, dentro del suelo evitando su colapso. E E R W
  23. 23. • Presa de gravedad aligeradas: La relación de esbeltez los primeros embalses de este tipo, realizados en Egipto, fue de 4:1. Los romanos mejoraron esta relación a 3:1 pero en la actualidad son comunes relaciones menores que 1. Por lo general se diseñan con suma de taludes del orden 0,75 a 0,80 (H/V) aguas abajo y algo más para terrenos difíciles o de alta sismicidad Sección Transversal Sección horizontal en la base
  24. 24. • Presas Gravitacionales de Hormigón Armado. • Se recomienda construirlas sólo cuando se cuenta con roca firme. Como excepción en suelos poco compresibles y permeables (gravas) para presas de hasta 25 m. • El vertedero se construye sobre la presa. • El costo de las obras de desvío de caudales es relativamente bajo. • Las obras de toma y descarga son sencillas.
  25. 25. • Existen otras fuerzas que pueden actuar sobre una presa de gravedad entre las cuales figuran: – Puede haber agua en el lado aguas abajo de la presa, la cual tendrá el mismo tipo de fuerzas verticales y horizontales sobre la presa que el agua en el lado aguas arriba. – Presión hidrostática interna: en poros, grietas y juntas. – Variaciones de temperatura. – Reacciones químicas. – Presión del sedimento que se reúne con el tiempo en el lado de aguas arriba. El sedimento provee cerca de 1,5 veces la presión horizontal del agua y dos veces su presión vertical. – Carga del hielo en el lado de aguas arriba. – Carga de oleaje en el lado de aguas arriba. – Cargas de sismo. – Asentamientos de la fundación o de los estribos. – Otras estructuras en la parte superior de la presa: compuertas, puente, carros. – Fatiga del concreto (creep): Deformación del concreto cuando se encuentra bajo una carga constante por un largo período de tiempo.
  26. 26. • Presas de Gravedad Aligeradas: • Son presas a las cuales se les quita parte del peso de modo de reducir el volumen de material. Para equilibrar el peso que se quita se le da un talud aguas arriba para disponer del peso adicional que gravita sobre sobre él. Además, se distribuye la masa de hormigón de forma que se logre un mayor momento de inercia en la sección horizontal. • Las formas de aligeramiento son verticales (contrafuertes) u horizontales (con galerías). Contrafuertes
  27. 27. • Las más frecuentes son las con contrafuertes en forma de T con la cabeza circulas o semihexagonal. Cabeza semihexagonal de contrafuerte
  28. 28. • Presas de Arco: Utilizan una forma curva para transmitir el empuje del agua hacia su fundación y sus apoyos, denominados estribos, aprovechando su forma de "cáscara“. • Las represas en arco pueden ser de curvatura horizontal o de doble curvatura conocidas como bóveda o cúpulas. Las represas de arco son sumamente esbeltas adquiriendo formas muy audaces y complejas, las que les permiten ser muy altas y de poco espesor. • Debido a que transfieren en forma muy concentrada la presión del agua al terreno natural, se requiere que éste sea de roca muy sana y resistente, la que debe también ser muy bien tratada antes de asentar en ella la represa.
  29. 29. • Pueden ser de curvatura horizontal o de doble curvatura (bóveda)
  30. 30. Presa de Hormigón de Doble Curvatura . Agua del Toro Mendoza
  31. 31. • Presa de Bóvedas Múltiples: Están formadas por una serie de contrafuertes equidistantes y una serie de bóvedas entre ellos. Las bóvedas reciben los empujes y los transmiten a los contrafuertes. Contrafuerte Bóveda
  32. 32. Presa de Bóvedas Múltiples
  33. 33. Presa Daniel Johnson
  34. 34. • Obras Complementarias: Las presas requieren ciertas estructuras e instalaciones complementarias para realizar sus funciones operacionales en forma segura y efectiva. En particular, debe tenerse en cuenta el paso seguro de las crecidas extremas, el vaciado controlado y la descarga de agua en cumplimiento de los propósitos del embalse. Otras instalaciones complementarias se incorporan cuando sea necesario para el prepósito de la presa y de acuerdo con su tipo. Vertederos. El propósito de un vertedero es pasar el agua de las inundaciones de una manera segura aguas abajo cuando el embalse esta lleno. Tiene dos componentes principales: • El vertedero de control y el canal del vertedero de control. • El canal del vertedero, cuyo propósito es conducir los canales de inundación de una manera segura aguas debajo de la presa. Incorporar un cuenco amortiguador o cualquier otra estructura de disipación de energía.
  35. 35. • Posición del Aliviadero: Vertedero sobre la presa: la misma condicionará a la estructura ó estará condicionada en su capacidad de evacuación por las dimensiones adoptadas por el vertedero. • Con el vertedor independiente de ella, el mismo por razones morfológicas del vaso ó por razones constructivas, puede evacuar de forma separada al lugar del emplazamiento de la presa. • En presas flexibles la mejor opción es localizar el vertedero separado de ellas, y si esto no es posible, se pueden ubicar en uno de los extremos del terraplén. En presas de concreto conviene que se ubique dentro de su cuerpo (Presas hidroaliviadoras).
  36. 36. Embalse Rapel
  37. 37. Embalse Colbún
  38. 38. Presa Las Tres Gargantas
  39. 39. • La descarga del vertedero se busca como mejor opción, hacerla a un cauce vecino o al mismo cauce siempre que se tomen medidas adecuadas de protección y resulte factible. • El trazado de la conducción del vertedero se debe escoger en lo posible sobre el suelo rocoso y resistente a la erosión. • El vertedero debe descargar más allá del pie del talud seco para evitar erosión y lavado. • En general se prefiere que el vertedero sea ancho y poco profundo porque así las variaciones de la profundidad son pequeñas cuando ocurren fluctuaciones en el caudal. • La longitud mínima de la cresta debe ser 2.0 m para evitar obstrucciones. La carga sobre el vertedero debe procurarse que esté entre 0.40 m y 1.50 m. • El canal de conducción entre el vertedero y la entrega al cauce debe tener una pendiente no inferior al 0.5% para permitir una evacuación rápida del agua. El ancho de la base del canal es generalmente igual a la longitud de la cresta. • El paso de las crecientes máximas a través del nudo hidráulico se efectúa por todas las estructuras de descarga, desagüe, captaciones, y por todos los orificios de vaciado.
  40. 40. • Tipo de Desagüe: Los aliviaderos en presas son elementos de desagüe superficial que pueden permitir disponer de mayor volumen de regulación así como ser elementos estratégicos a la hora de gobernar la gestión de una avenida. Los desagüe superficiales pueden disponer o no de compuertas maniobrables. No disponer de ese elemento se traduce en que dicho aliviadero es de labio fijo. Disponer de ese elemento se traduce en un aliviadero de compuertas. Uno de labio fijo no aporta los beneficios descritos. Uno de compuertas, sí.
  41. 41. • En un aliviadero de labio fijo no se actúa sobre el caudal evacuado. Por decirlo de una forma simple, permite evacuar el exceso de caudal en forma sencilla. • El vertedero de labio fijo sólo evacúa agua cuando esta sobrepasado el umbral del mismo. Su ventaja es que permite despreocuparse del funcionamiento ya que sólo se ocupa de verter cuando es necesario. En este tipo de vertedero no se pueden generar caudales mayores a los que tiene el río. • Sin embargo, no permite actuar con antelación y evacuar a una cota deseada y generando un volumen para prevenir las crecidas del río. Para evacuar a voluntad es necesario contar con una compuerta en la toma.
  42. 42. • Los aliviaderos con compuertas pueden permitir el paso del agua por encima (compuertas de sector) o por debajo, en este caso pueden ser de segmento o planas, estas últimas con diversos sistemas de movimiento. • Las compuertas pueden estar abiertas, semiabiertas o cerradas. Gracias a esto es posible evacuar el caudal deseado y subir o bajar el nivel del embalse. Compuertas de Sector Compuertas de Segmento Compuertas Planas
  43. 43. • Cáliz, Morning Hole o Glory Hole: Desde un punto de vista técnico se trata de un aliviadero que se emplea tanto en presas de materiales sueltos como de hormigón y que añade una capacidad supletoria al alivio de la propia presa. El canal del aliviadero se hace pasar por debajo del cuerpo de la presa y produciéndose la salida de la galería aguas abajo. • El vertedero de entrada es de planta circular,, normalmente de labio fijo, al que sigue un pozo vertical abocinado o en escalones, un codo cercano a los 90° y un túnel sub-horizontal
  44. 44. • El famoso Glory Hole de la presa Monticello, en el lago Berryessa en California empezó su construcción en el año 1953 y se completó hacia el año 1957,
  45. 45. • Obras de desagüe. En términos generales, es deseable que la energía del flujo a la salida de cualquier obra de disipación posea baja energía. Ello es posible controlarlo mediante el cálculo del número de Froude (F) en el lugar de evacuación o salida. Es deseable que se controle la velocidad en la salida, con el fin de que las mismas no sean erosivas. • Las obras de disipación están destinadas a amortiguar y disipar la energía cinética del agua. • Estos dispositivos son necesarios en: – La parte inferior de un vertedero, ya sea libre o provisto de compuertas. – Cuenca de disipación. – A la salida de las turbinas de una central hidroeléctrica. Cuanto más calma está el agua al salir de la central, mejor se habrá aprovechado la energía disponible en el salto.
  46. 46. • La energía del flujo de salida puede llegar a ser muy grande y llegar a ocasionar erosión aguas abajo de la estructura vertedora. Para evitarlo, se requiere diseñar una estructura amortiguadora de la energía del agua. • Para presas vertedoras es muy común el diseño de un cuenco amortiguador que se basa en el principio del resalto hidráulico. El objetivo del cuenco es convertir corrientes de alta velocidad a velocidades que no causen daño al cauce. • Otro tipo de estructuras para disipar la energía son los saltos de esquí, saltos de trampolín sumergido, rugosidades artificiales y otros. • · Tipos de disipadores de energía – Estanques o cuencos amortiguadores – Saltos de esquí – Saltos de trampolín sumergido – Rugosidad artificial
  47. 47. • Diseño del cuenco amortiguador: Su diseño se basa en principios del salto hidráulico para convertir corrientes de alta velocidad en flujos que no causen erosión en el cauce de salida. El resalto hidráulico conlleva una absorción de energía que se transforma en turbulencia y calor. • Se debe determinar la necesidad de diseñar un cuenco amortiguador. Para ello la profundidad conjugada del resalto aguas abajo del vertedero debe compararse con la profundidad del agua en el cauce donde se va a realizar la descarga de agua. • Diseño de un Trampolín lanzador (Salto de Esquí): Su funcionamiento consiste en utilizar la energía cinética de la corriente y lanzarla a una distancia segura que evite la erosión. Es por eso que el diseño de rampa que proporciona el ángulo de lanzamiento, para que la trayectoria parabólica resultante de la inercia del agua y de la gravedad, es fundamental. De este modo se alcanza una distancia máxima entre el borde del lanzamiento y la zona de caída. • El cuenco amortiguador es la solución más común al pie de las presas con vertedero y el trampolín es más propio de aliviaderos separados de la presa. Pero estas reglas no son absolutas.
  48. 48. • Cuenco Disipador: • Lanzamiento con salto de esquí:
  49. 49. • Cuencas disipadoras de energía:  1 h Altura del torrente en el inicio del resalto.  1 v Velocidad del torrente > c v (velocidad critica). 1 1 1 gh v F  = Nº de Froude del torrente.  2 h Altura conjugada.  2 v Velocidad del régimen subcrítico.  r L Longitud del resalto. La altura conjugada, relación de Belanger:   1 8 1 2 1 2 1 1 2      F h h
  50. 50. La pérdida de energía del resalto hidráulico: 2 1 3 1 2 4 ) ( h h h h Pr     Longitud del resalto según Hager (1990): 12 ) 20 ( tanh 160 1 1    F p h Lr La eficiencia del resalto hidráulico como disipador de energía:         2 1 2 1 3 2 1 2 1 8 1 8 3 8 1 F F F er         Resultando (s/H. Mery): F1 er F1 er F1 er F1 er 1 0% 4 39,1% 8 66,4% 15 81,5 2 9,1 5 49,1 10 72,7 20 86,7 3 25,7 6 56,4 12 77,1
  51. 51. Tanque tipo II. Este tanque se utiliza cuando el torrente tiene un N° de Froude F1 mayor de 4,5 y la velocidad del torrente es superior a los 18 [m/s]. La altura del régimen tranquilo a la salida debe ser . 2 05 , 1 conj h h   (  . conj h altura conjugada del torrente.). La longitud necesaria de este tanque es de . 4 , 4 conj h L   . Cubetas disipadoras de resalto, Tanques del USBR:
  52. 52. Tanque tipo III. Este tanque es mucho más corto que el anterior para lo cual tiene una corrida de bloques de impacto que originan fuerzas que se suman a la fuerza hidrostática de la altura de aguas abajo. Este tipo de tanque se utiliza en torrentes con el N° de Froude F1 >4,5, pero la velocidad del torrente debe ser inferior a los 18 [m/s], para evitar la cavitación en los bloques de impacto. La altura de aguas abajo debe ser igual a la altura conjugada y la longitud del tanque es de . 8 , 2 conj h L  
  53. 53. Tanque tipo IV. Este tanque se utiliza para disipar la energía de torrentes de baja energía específica. Sus características se muestran en la figura 2.77. Los parámetros característicos deben cumplir las siguientes recomendaciones( . 2 conj h h  ): 5 , 4 5 , 2 1   F ; ; . 1 , 6 conj h L   Otros aspectos generales de los tanques (II, III, IV): El USBR recomienda que el coronamiento de los muros laterales adopte un resguardo (revancha) sobre 2 h de : ) ( 1 , 0 2 1 h v hresguardo   
  54. 54. • Lanzamiento con salto de esquí: • Partes: – 1.- Canal de descarga o rápido. – 2.-Obra de lanzamiento o de deflexión, denominada cuenco de lanzamiento. – 3.- Dispersión del chorro en la atmósfera. – 4.- Zona de impacto y formación de la fosa natural. – 5.- Zona de aguas abajo.
  55. 55. El radio del cuenco se denomina “ b R ” y el ángulo de lanzamiento o de despegue se denomina “ j  ”. Es ideal que la pendiente del rápido en la llegada al cuenco no sea superior a 1:4 (H:V) y el ángulo de lanzamiento esté comprendido entre 20° y 40°. La altura del torrente en la entrada al cuenco se denomina “ b t ” y el N° de Froude del escurrimiento “F0” determinado con la relación: 2 / 1 3 0 ) ( b gt q F 
  56. 56. • El radio adecuado de un cuenco de lanzamiento , de acuerdo a los criterios de Damle y el USBR resulta ser ( Ho es la altura de la energía cinética del chorro a la salida del cuenco y “pm ” la presión máxima): 2 / 1 0          b b b t H t R  m b b p v t R   2 2 0
  57. 57. Si se denomina g v H 2 2 0 0  , la ubicación de la máxima altura del chorro ( m m z x , ) queda dada por las relaciones: El ángulo “ t  ” que forma la tangente a la trayectoria con la horizontal a una distancia “ x ” del origen es: La distancia al punto de impacto es:                     2 / 1 2 0 0 1 1 cos 2 j j j t sen H P sen H L    j m sen H z  2 0  j j m sen H x   cos 2 0    j j t H x tg tg    2 0 cos 2 /  
  58. 58. Salto de Esquí del Embalse Rapel
  59. 59. • Lanzamiento con salto de esquí: Presa Ralco.
  60. 60. Trampolín lanzado Cuenco amortiguador Cuenca de disipación de una descarga de fondo.
  61. 61. • La descarga de fondo de las presas se crea mediante un obstáculo en el lecho del río, una reducción de la sección, y consecuentemente una "poza de agua" que actúa como amortiguador en la caída del chorro de agua que sale a alta velocidad por la descarga de fondo. El obstáculo puede ser de concreto, o simplemente dejando de excavar la roca existente en el lugar,
  62. 62. • Desagües Profundos: • Además de los aliviaderos superficiales, las presas deben tener otros desagües a otras profundidades • Los desagües profundos son elementos en presión que tienen el dintel más bajo que umbral de los aliviaderos de superficie. Pueden ser Intermedios o de fondo. • Su función es: – Control del nivel del embalse – Vaciado del embalse – Limpieza de sedimentos – Control del río en fase de construcción – Colaboración en control de avenidas • Deben contar con una cámara de rejas para protección y válvulas de seguridad, aguas arriba de seguridad y aguas abajo de control.
  63. 63. • Los desagües de fondo permiten bajar el nivel del embalse por debajo de las tomas de explotación para su revisión o cuando se genera alguna anomalía que es necesario reparar. Si genera una filtración importante será necesario bajar el nivel del embalse para repararla. Rara vez será necesario vaciar el embalse. • Los desagües intermedios pueden existir o no. Se ubican más abajo que los aliviaderos de superficie, pero más elevados que las tomas de explotación. Tienen una función mixta de vaciado o evacuación de crecidas y funcionan como un complemento a los desagües de fondo o vertederos.
  64. 64. • Es necesario tomar ciertas precauciones para su funcionamiento: • Funcionan a altas presiones lo que genera grandes esfuerzos en las válvulas • Si hay sedimentos, el fluido es muy denso y puede generar erosión. Para evitar obstrucción hay que mantenerlos sistemáticamente. • Las velocidades son altas (40 m/s). • Deben contar con ventilación, enboquillamiento de la salida y blindaje con chapa de la solera del túnel o canal.
  65. 65. • En los desagües de fondo se pueden utilizar válvulas-compuertas verticales, compuertas de segmento, válvulas e mariposa, de aguja o de chorro hueco. • La configuración habitual es: – Aguas arriba: Compuerta vertical o segmento – Aguas abajo: Válvulas de chorro hueco o segmento. Válvula de Aguja Válvula – Compuertas Verticales
  66. 66. Válvula de Mariposa Válvula de Chorro Hueco
  67. 67. • Instrucciones para grandes presas: • Caudal desagüe de fondo ha de ser superior al caudal medio del río, para una altura de agua igual a la mitad de la presa. • El caudal del desagüe de fondo, más el caudal de desagües intermedios, más el caudal de las tomas, ha de ser superior a tres veces el caudal medio del río. • Debe haber al menos dos desagües de fondo
  68. 68. • Desviación de ríos. Esta medida es necesaria para permitir que la construcción se ejecute en condiciones secas. • Se puede utilizar un túnel de desagüe puede adaptarse temporalmente para dicho propósito durante la construcción, y después emplearse como una estructura de descarga cuando la presa esta completa. • Si no existe tal túnel de capacidad adecuada, es necesario tomar medidas alternativas adicionales, que pueden involucrar la construcción de ataguías temporales aguas arriba o aguas abajo. La presa provisional de desvío se llama ataguía. A veces es necesario hacer otra aguas debajo de la obra para evitar que las aguas desviadas retornen. Esta segunda ataguía se denomina contraataguía. • En el caso de presas de concreto, se puede omitir un bloque para dejar una brecha temporal o túnel a través de la estructura. De esta manera la obra se va realizando en forma sucesiva-
  69. 69. Embalse Alcoa
  70. 70. Detalles de la Ataguía Embalse Alcoa
  71. 71. Construcción de la Ataguía
  72. 72. Túnel de Derivación
  73. 73. Construcción del Túnel de Derivación
  74. 74. Túnel de Derivación en Operación
  75. 75. túnel de desvío que como su nombre lo indica desvía el río mientras se construye la presa, posteriormente en el túnel de desvío es donde normalmente se instalan las válvulas.
  76. 76.  Chimeneas de equilibrio: en embalses para centrales hidroeléctricas, debido a las variaciones de carga del alternador o a condiciones imprevistas se utilizan las chimeneas de equilibrio que evitan las sobrepresiones en las tuberías forzadas y álabes de las turbinas. A estas sobrepresiones se les denomina "golpe de ariete".  La chimenea de equilibrio consiste en un pozo vertical situado lo más cerca posible de las turbinas. Actúa absorbiendo y devolviendo energía.
  77. 77. • Drenaje interno. En el interior de cualquier presa siempre se presentan infiltraciones. Los flujos de infiltración y sus presiones internas resultantes deben dirigirse y controlarse. En las presas de relleno, el drenaje se efectúa mediante zonas permeables localizadas apropiadamente, las cuales conducen a tapices de drenajes horizontales o desagües. En las presas de concreto se forman drenajes verticales en el interior del paramento de aguas arriba, y la presión de filtración se alivia en una galería interna o en un desagüe de drenaje.

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