almacenamiento y embalses s2.pdf

8/11/2019 almacenamiento y embalses s2.pdf

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ALMACENAMIENTO YEMBALSES

Ing. Giovene Pérez CampomanesEmail: [email protected]

mailto:[email protected]





2

La regulación artificial de nuestros ríos es unanecesidad, tratando de satisfacer la demandasocial, cada día más exigente y

cambiante, que pretende introducir unacorrección en el ciclo hidrológico, ayudando aminimizar las consecuencias extremas de

inundaciones o de grandes sequías.

2.1 INTRODUCCION



3

El carácter de una obra hidráulica, como puede ser la

formación de un embalse, ha venido tradicionalmente justificada por las mejoras para determinados usosproduce: en el riego, el abastecimiento, la producción deenergía, etc.



4

Embalse de la Presa Pillones



5

2.2 DEFINICION:

Embalses, almacenamientos, pondajes, azudes oreservorios, son los vasos que se cierran medianteuna represa, con el objeto de recoger las aguas de lacuenca, en la época de lluvias para ser soltadas en las

épocas de estiaje.

Son volúmenes de agua retenidos en un vasotopográfico natural o artificial gracias a la realización

de obras hidráulicas.



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2.3 Clasificación

La clasificación de los embalses se puede hacer según

su función y según su tamaño, de la siguiente manera:

a) Según su funcióna.1 Embalses de acumulación: Retienen excesos de agua

en períodos de alto escurrimiento.

a.2 Embalses de distribución: N o producen grandesalmacenamientos pero facilitan regularizar el

funcionamiento de sistemas de suministro de agua.a.3 Pondajes: Pequeños almacenamientos para suplir consumos locales o demandas pico.



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b) Según su tam año :

a.1 Embalses gigantes > 100,000 MMC

a.2 Embalses muy grandes 100,000 MMC > A >10,000 MMC

a.3 Embalses grandes 10,000 Mm3 > A > 1,000MMC

a.4 Embalses medianos 1,000 Mm3 > A > 1 MMCa.5 Embalses pequeños o pondajes A < 1 MMC

A: volumen del embalse



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Represa de Itaipu



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2.4 Ventajas y desventajas de los embalses.a) Ventajas

Mejoramiento en el suministro de agua, en épocasde sequía.

Aumento de las posibilidades y superficie de riegos.Desarrollo de la industria pesquera.

Control de crecientes de los ríos y daños causadospor inundaciones.





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Perdidas de hábitats naturales, poblaciones deespecies y de degradación de las cuencas arriba.

Desaparición y desplazamiento por inundación delembalse.

Emisión de gases por efecto invernadero. Interferencia en migración reproductiva de los

peces.





REFLEXIONES

Las grandes represas interfieren en las

reacciones ecológicas de la cuenca de un

Río, aguas abajo y aguas arriba.

Esto se debe a que un Río no es un canal

de agua si no un ecosistema, con

diversos elementos vivos y no vivos,entrelazados en ciclos y ritmos de

producción y descomposición.

13



REFLEXIONES

Casi todos los impactos ambientales de lasrepresas pueden ser mitigados por medio

del diseño y del manejo.

Algunos( emisión de CH4, metilación de Hg)se reducen según pasan los años.

PERO….

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Los esfuerzos hechos a la fecha paracontrarrestar los impactos ecosistémicosde las grandes represas han tenido unéxito limitado debido a la falta deatención en cuanto proveer y evitar los

impactos, a la calidad deficiente y a laincertidumbre de las predicciones, a ladificultad de hacer frente a todos los

impactos y a la ejecución y éxito soloparciales de medidas de mitigación.

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Factores clave que influyen sobrelas emisiones de GEI por represas

Viento

Desgasificación

Prod. ymuerte deplancton

Prod. y muertede plantasacuáticas

Descomposición de biomasay de suelos inundados

Aportes de Cy N de aguasarriba

Fluctuaciones delcaudal

CH4

burbujas

CO2

difusión



DEFORESTACIÓN DE CABECERAS



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2.5 Capacidad de almacenamiento:

Es la capacidad necesaria para atender totalmentela demanda del proyecto. Esta capacidad deberá ser incrementada para tener en cuenta la evaporación yotras que pudieran presentarse en elalmacenamiento.

Se determina la capacidad máxima de un embalseteniendo en cuenta sus condiciones geológicasapropiadas y que los rendimientos hídricos de lacuenca aseguren su funcionamiento.

Para conocer la capacidad de almacenamiento esnecesario estudiar las diferentes ubicaciones dela boquilla de la presa



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En cualquier mes o día se cumple laecuación:

Qd = Q – DDe donde :

Qd : Gasto por derivar

Q : Gasto en el emplazamiento de la represa.D : Demanda del proyecto de riego.



20

Presa “ El Pañe “

RepRE

SA

lAS

tRES

gaRGanTA

s



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2.6 FINALIDAD:

Regular las masa hídricas.

Para prevenir daños en las obras hidráulicasy en las poblaciones.

Evitar la contaminación de los curso de agua

en las minas (diseñar presas de relaves).



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2.7 CAPACIDAD FISICA DE UN VASO DEALMACENAMIENTO

La capacidad de almacenamiento y el espejo deun vaso se grafica mediante la curva de áreas yvolúmenes ( ver grafico adjunto).

Una vez elegida la ubicación de la represa, esposible delinear la traza de aguas máximas del

vaso y determinar las áreas del espejo del aguadel reservorio y los volúmenes almacenados,para lo cual se procede a arear cada 02 metroslas curvas de nivel dentro del almacenamiento.



SECCION MAXIMA Y CURVAAREA-VOLUMEN

SECCION MAXIMA DE PRESA

NOTA

REALIZADA POR INRENA JUNIO 2005

LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO DE LA ZONA DE EMBALSE

FUENTE:





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2.7.1 Niveles característicos

Nivel de embalse muerto (NME)

Nivel mínimo de operación del embalse (NMOE):

Nivel normal del agua (NNE):

Nivel forzado de agua (NFE):



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2.8 ESTUDIOS QUE DEBEN REALIZARSE ENLOS ALMACENAMIENTO

2.8.1 Estudio del vaso o cubeta dealmacenamiento.

2.8.2. El estudio de la boquilla o lugar deemplazamiento de la represa.

2.8.3. El estudio de ubicación del aliviadero overtedero de excedencias.

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2.8.1 Estudio del vaso o cubeta de almacenamiento:

La localización de un vaso depende en granmedida del costo de la represa que controla elvolumen de almacenamiento y dependerá de lascondiciones físicas e hidrológicas de la cuenca por

encerrar.

El aprovechamiento optimo de un vaso ubicado en

la cordillera de los andes, será necesario efectuar una profunda investigación de su seguridad,mediante el estudio de glaciares y lagunaspeligrosas que pudieran afectar el vaso con

desbordamientos imprevistos 29



• Los costos de expropiación de terrenos y dereubicación de obras civiles y ruinas

arqueológicas que pudieran aumentar su costoexcesivamente.

•

La traza máxima de inundación debe efectuarseun estudio minucioso de las condiciones deestabilidad, permeabilidad y fugas de agua aotras cuencas.

30



• Se debe ver el vaso como atractivo turístico.

• Es preferible un vaso profundo a un vaso noprofundo.

31



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El estudio de las filtraciones en el vaso( Recreta).

El estudio de las colmataciones de losalmacenamientos: reservorio de Poechos, quetiene problemas de sedimentaciones, y el dereservorio de gallito ciego.

Para evitar el desbordamiento se debe efectuar un estudio de las avenidas de diseño,relacionado con la seguridad de la obra.



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2.8.2 El estudio de la Boquilla.

Se inicia de las posibles ejes de la presa,considerando en el análisis los aspectosgeológicos, topográficos, canteras cercanasy facilidades para la construcción de la presa.

Los levantamientos topográficos deben cubrir una cota de 50 m superior al nivel decoronación de la presa y cubrir las posibles

áreas de relleno de la presa.



34



35

Los estudios geológicos, deben comprender elárea de la presa, el área de las canteras, los

estribos y el fondo de la presa, cuando esnecesario deberán efectuarse estudiosgeotécnicos para estudiar la estabilidad de las

formaciones rocosas. Fallas geológicas ybuzamientos.



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Se deben efectuar estudios sísmicos del áreade la presa y del vaso, que permiten la

seguridad plena de los diseños.

Los estudios hidrológicos permiten determinar la capacidad posible del almacenamiento ( ?)

Definir los niveles máximos que pudieran

alcanzar las aguas en la presa.



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• Efectuar los estudios de permeabilidad decampo en el eje de la boquilla y el vaso.

• El estudio de la boquilla permite elegir el tipomas conveniente de presa y analizar

diferentes alternativas.• La determinación de la altura de la presa

depende de los recursos hídricos de la

cuenca y de los posibles usos de agua.



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2.8.3 ESTUDIO DEL ALIVIADERO

Los vertederos o aliviaderos tiene por objetoeliminar en el tiempo mas breve lasdescargas de avenidas y evitar que la presase dañe.

La cota del aliviadero se fija con el nivel

normal de almacenamiento, es decir con elvolumen máximo embalsable.



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Un aliviadero consta de las estructuras siguientes:

Una toma o vertedero destinado a desviar loscaudales que exceden el nivel normal.Una rápida que transporta el agua hasta los nivelesinferiores de la presa.Una estructura que devuelve las aguas de su cauce.



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Para el diseño de los aliviaderos se efectúanprincipalmente: estudios hidrológicos.Son necesarias los análisis estructurales delvertedor .



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2.8.4 Estudio de las obras deevacuación o tomas.

El volumen almacenados se evacua de lapresa mediante los conductos de fondoacondicionados que tiene la mayor parte de

las veces una capacidad igual a la máximademanda del proyecto, así como paraeliminar parte de las excedencias.

Los caudales máximos de los desagüesprofundos suelen ser 10 a 20 veces elcaudal medio .





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2.8.5 Estudios de las canteras de materiales

Para el caso de presas de tierra y deenrocamiento se necesitan las canteras demateriales arcillosos para el núcleo de lapresa y materiales permeables ( arenas y

gravas) para las escarpas de la represa.

Las canteras de materiales deben ubicarse

en proximidades de la presa con unadistancia máxima de 03 Km.



Vaso de la laguna

Presa



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para el caso de materiales plásticos pruebas deconsolidación y corte triaxial. Así como las pruebasde permeabilidad.Para materiales rocosos se ejecutan pruebas demecánica de rocas y comprensión, así comoexámenes mineralógicos y de dureza de la roca.



46

La ecuación de funcionamiento es :

Vf= Vi-Pe-Vs.De donde :

Vf = Volumen final o actual del reservorio enMM3.

Vi = Volumen anterior, en MM3.

Pe = Perdida por evaporación en MM3.Vs = Volumen soltado( salida) de la represa,

en MM3.



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Mediante la formula, siguiente se puede calcular por evaporación:

Pc = C *S , en ( MM3).

C = coeficiente de evaporación diario o mensualS = Área del espejo de agua en KM2 en el intervalo del

tiempo de la observación

Al inicio de las soltadas de agua de la represa puedeincrementarse las perdida de infiltración en el cauce

también las perdidas de evaporación por lo cual analizar sus efectos en el escurrimiento fluvial natural.Para una mejor interpretación de los cálculos se dibujanllamada curva de funcionamiento del reservorio.



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DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DEALMACENAMIENTO DE UN EMBALSE

ECUACIÓN MATEMÁTICA DE ALMACENAMIENTO



PRES S

Ing. Giovene Pérez [email protected]

Docente





2.9 INTRODUCCION

52

El objeto de este capitulo es describir de maneraresumida los principales tipos de presas quepuedan diseñarse de acuerdo a lascaracterísticas de la cimentación, canteras de

materiales; la elección de cada tipo dependeráde un conjunto de factores, además de losaspectos económicos del proyecto. Y lascaracterísticas del proyecto de Inambari.Finalmente evaluaremos los problemas desedimentación presentados en las principalespresa en el Perú.

2 10 DEFINICION



53

2.10 DEFINICION:

Una Presa, es simplemente una pared que se coloca en

un sitio determinado del cauce de una corriente natural con el objeto de almacenar parte del caudal quetransporta la corriente.

La presa debe contar con obras complementarias quepermitan el paso del agua que no se embalsa y conestructuras de toma para captar y entregar el aguaembalsada a los usuarios del sistema.

http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.arqhys.com/contenidos/imagenes/Presas%20de%20contrafuertes.gif&imgrefurl=http://www.arqhys.com/contenidos/presas-contrafuertes.html&h=199&w=376&sz=6&hl=es&start=2&um=1&tbnid=Ql2D_e5oKO8GJM:&tbnh=65&tbnw=122&prev=/images?q=presas+de+contrafuerte&um=1&hl=es&newwindow=1&sa=G



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ESQUEM DE UN PRES




55



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2.11 Problemas presentados en el diseño delas presas son:

La organización del proyecto ( como?).

La determinación de la propiedades de losmateriales a emplear ( Interpretación).

Los cálculos de estabilidad y la determinaciónde los coeficientes de seguridad.



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Seguridad del conjunto presacimentación.

Adaptación a las condicioneshidrológicas.

Adaptación al medio local y al medioambiente y al hombre.

Economía.



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Contrafuertes aguas arriba yaguas abajo

2 12 Tipos de Presa



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2.12 Tipos de Presa

La clasificación de los tipos de presa se realizará en

función:a)Al uso

b)Al diseño hidráulico

c) Al tipo de materiales de construcción

a) Clasificación por Uso.- La función principal a queestará dedicada la presa permite realizar la primeraclasificación:

-Presa de Almacenamiento.- Son construidas paraalmacenar agua en época de abundancia y entregarla enla de escasez.



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Presa de Derivación Son presas que se



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Presa de Derivación.- Son presas que seconstruyen con el fin de levantar los niveles delreservorio de modo que puedan entrar hacia los

sistemas de conducción (canales y diques.



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Presas de Retención.- Son presasconstruidas para retardar los flujos que se

producen en grandes avenidas y minimizar los efectos de las avenidas súbitas.

b) Cl ifi ió Di ñ Hid á li L f ió



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b) Clasificación por Diseño Hidráulico.- La funciónprincipal para clasificarla será si el flujo de reboseserá encima o no de la presa

Presas con Flujos por Encima.- Son aquellos quese les diseña para que el caudal del río descargueencima de la cresta o a través de los vertederos a lo

largo de la presa.





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Presas Combinadas.- Son las presas quecombinan los dos tipos de estructuras

anteriores, ejemplo: presa de gravedad deconcreto, presas de tierra.



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C) Clasificación por el Tipo de Materiales.- Es eltipo de clasificación más definida y se puede

resumir en:

c.1) Presa de Concreto

Gravedad.- Son construidas de concreto ydepende de su propio peso para su estabilidad yes usualmente de trazo recto en el planohorizontal, aunque a veces pueden ser de trazos

ligeramente curvos.



67

D L iti



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De arco.- Las presas en arco se usan en sitiosencajonados o estrechos, donde las paredes

laterales sean capaces de soportar losesfuerzos producidos por la forma de arcoadoptado.

http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/43/Img_barrage_voute.jpg/250px-Img_barrage_voute.jpg&imgrefurl=http://www.wolnaencyklopedia.krzywokulski.pl/es/wiki/Presa_(hidr%C3%A1ulica).html&h=151&w=250&sz=5&hl=es&start=6&um=1&tbnid=hq2JPjkm8qLFFM:&tbnh=67&tbnw=111&prev=/images?q=presas+de+arco&um=1&hl=es&newwindow=1&sa=X



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De contrafuerte.-Es una presa donde la cortina consiste de una losa



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pconstruida en forma inclinada y apoyada en intervalos por contrafuertes, los cuales transmiten los esfuerzos al terreno.

De concreto rodillado.-Se tratan de presas construidas con concretocompactado por rodillo, el concreto es una mezcla seca, comoresultado de la mezcla del cemento, arena, grava y ceniza delquemado del carbón, la utilización de esta ultima es con el fin dereducir la generación de calor durante el vaciado y de este modo evitar

la formación de rajaduras durante el fraguado.










71

c.2) Presa de Tierra.- Son presas construidas como



72

c.2) Presa de Tierra. Son presas construidas comoterraplenes, utilizando tierra y roca, teniendoespecial cuidado en el control de la percolación a

través de la presa, para lo cual se prevé laconstrucción de un núcleo impermeable o unamanta también impermeable en el sector aguasarriba.

c 3) Presa de Enrocado -Es una presa entre las de



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c.3) Presa de Enrocado. Es una presa entre las degravedad y la de terraplén, pero en este casolas rocas sirven de mayor elemento estructural



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75

Fuente:

Inade



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Los principalestipos de presas

2.13 Procedimiento de diseño:



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Las principales fuerzas actuantes son :

a) Fuerzas verticales:

Peso propio

Peso del agua en el parámetro inclinado de aguasarriba.

Componente vertical del empuje del lodo

Componente vertical del sismo

Sub presión.



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b) Fuerzas Horizontales:



79

Empuje del agua.

Componente horizontal del empuje del lodo.

Componente horizontal del sismo de la presa.

Componente horizontal del sismo del agua.

Empuje del hielo.

Empuje del oleaje.



80

PUEDEN SER DE SUELO IMPERMEABLE COMPACTADO,RELLENO FLUIDO (SLURRY) O CONCRETO.

Para este tipo de presas sean estables se debe



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cumplir las condiciones siguientes:

a) La resultante de las fuerzas verticales yhorizontales , debe pasar por el tercio central dela base: Análisis de estabilidad al vuelco.

b) El análisis de deslizamiento:

c) Carga admisible en los terrenos de cimentación:

d) Los esfuerzos internos de compresión y corte:



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Será segura al deslizamiento cuando:



83

g

H------------- < f

V – SpDe donde:

H: Suma de fuerzas horizontales

V: Suma de fuerzas verticales

Sp : Sub presión

f : Coeficiente de supresión.



84

PRESAS DE TERRAPLEN - PARTES



PRESAS DE TERRAPLEN PARTES

1. Cresta o corona

2. Revestimiento de la corona

3. Filtros4. Corazón o núcleo impermeable

5. Trinchera

6. Transiciones

7. Enrocamientos

8. Deposito aluvial

9. Roca basal

10. Talud aguas arriba

11. Talud aguas abajo

12. Pantalla de inyecciones

13. Galería

14. Drenes

15. Pozos de alivio

16. Embalse

17. Bordo Libre

18. Altura de la cortina

FUERZAS ACTUANTES



FUERZAS ACTUANTES

• SUBPRESIÓN.

• FUERZAS SÍSMICAS.

• PESO DEL AGUA SOBRE EL PARAMENTODE AGUAS ARRIBA.

• CHOQUE DE OLAS.



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88



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91

Falla Problemas

Hidráulica ( 20% Asentamiento debido a la compresibilidad del terreno de



Hidráulica ( 20%corresponden a presasaltas y 50 % a presasbajas).

Asentamiento debido a la compresibilidad del terreno defundación.

Paso del agua por encima de la cresta debido a asentamientos oa la poca capacidad del vertedero

Acción de las olas sobre el parámetro aguas arribaFallas del filtroErosión al pie de la presa si la descarga de agua del vertedero y

la salida fondo queda muy próximo a la estructura.Erosión de los taludes debido a la lluvia.

Filtración ( 50 %corresponden a presasaltas y 30 % a presasbajas)

Perdida de agua debido a la erosión, o a terraplenes permeablesdesde el principio

Raíces formando parte del terraplénFiltraciones a lo largo de conducción que cruzan el terraplénFiltraciones a lo largo de conductos que cruzan el terraplénFallas por expansión y contracciones de suelos plásticos Animales que excavan el terraplén

Estructural ( 33%

corresponden a presasaltas y 20% a presasbajas)

Deslizamiento de la fundación

Alta velocidad de construcciónDeslizamiento de los taludes debido a materiales inadecuados de

construcción, desembalses rápidos, cambios en la posición de laslíneas de flujo, factores atmosféricos

Angulo de fricción interna del suelo menor del esperadoDesembalse rápido

Taponamiento del filtro

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EJEMPLO DE UNA PRESA DE ENROCADO CONREVESTIMIENTO DE CONCRETO EN BRASIL



3.000 MW –

1ª Fase

5.000 MW – Final



Estudios en Acción

4 nuevosemprendimientos concerca de 4.500 MW depotencia

TAMBO 60580 MW

TAMBO 401.286 MW

PAQUITZAPANGO2.200 MW

MAINIQUE 1607 MW





Trabajo en clase



Trabajo en claseCon la información recabada, en la sesión deberán

resolver la siguiente cuestionario:• Cuales son los cambios climáticos generados por losgrandes embalses.

• Si tuviera la posibilidad de decidir entre construir

embalses de 400 MMC o reemplazarlos por 10 embalsepequeños de 40 MMC, cual elegirías, justifique surespuesta.

• Cual es su opinión del problema presentado en CONGA-

Cajamarca, que propuesta podría plantear para?• Los embalse ubicados en la zona norte del Perú, sufrendel problema de colmatación, reduciendo año a año suvolumen disponible, que propuesta presentaría para su

mejora? 97

• Que tipo de presa, escogería usted para la



Q p p , g pconstrucción de su embalse, justifique surespuesta?

• que características mínimas deberá tener el vaso,para la elección de la zona de embalse, justifiquesu respuesta?

• Por que cree usted que la gran mayoría deembalse su presa es de tierra, justiqué surespuesta?

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