La presa Salmon Creek es una presa de arco de hormigón en Salmon Creek, a 5 km (3 millas) al noroeste de Juneau , Alaska . Construida en 1914, es la primera presa de radio variable y arco de ángulo constante del mundo. Desde su construcción, se han construido más de 100 represas de este tipo en todo el mundo. [1] La presa fue designada como Monumento Histórico Nacional de Ingeniería Civil por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles en 2022. [2]
La presa fue construida por Alaska-Gastineau Mining Company para satisfacer las necesidades de energía eléctrica de las operaciones mineras. [3] La presa sigue funcionando en pleno funcionamiento para la generación hidroeléctrica , como una de las fuentes de agua potable para la ciudad de Juneau y para la acuicultura y la pesca. Cuando se construyó, la adopción del diseño de arco constante para la presa redujo los costos en un 20% porque se necesitaba menos concreto para construir la presa. De las dos centrales hidroeléctricas construidas en la etapa inicial (una en el nivel superior y otra en el nivel inferior) -esta última todavía está en uso después de que se construyó una nueva central contigua a la antigua-, produce el 10% de la Necesidades energéticas de la ciudad de Juneau. Cuando se construyó, la presa y sus dos centrales eléctricas se consideraban maravillas de la ingeniería. [3] [4] Ambos son operados y mantenidos por Alaska Electric Light & Power (AEL&P). [5]
La presa se construyó en un valle boscoso, pintoresco y estrecho del arroyo Salmon, que va desde el embalse de Salmon Creek y fluye hacia el suroeste durante 3 millas (4,8 km) hasta el canal Gastineau . La presa (marcada como Juneau B-2 en los mapas del USGS ) está ubicada en el extremo del tranvía que fue construido específicamente por Alaska Gastineau Mining Co. El tranvía fue construido para transportar material para la construcción de la presa y sus asociados. centrales eléctricas. El suministro de energía era para las minas ubicadas en un sitio a 9,7 km (6 millas) al sur en Sheep Creek . Sin embargo, AEL&P había construido un camino de 4,8 km (3 millas) de largo hasta la central eléctrica superior en la base de la presa Salmon Creek, que desde entonces ha sido desmantelada. [6] [7] [8]
El arroyo tiene una longitud de 4,8 km (3 millas) dentro de la cuenca, que tiene una división de arroyo de 2,4 km (1,5 millas) y una línea de cresta de 3,5 km (2,2 millas). El lecho del arroyo tiene grandes sustratos de grava y roca y su pendiente disminuye aguas abajo de la presa. El ancho promedio del arroyo es de 30 pies (9,1 m) y la profundidad del agua es de aproximadamente 1,5 pies (0,46 m). [9] La cuenca está rodeada de colinas con pendientes pronunciadas y con una elevación superior a los 980 pies (300 m) sobre el nivel del mar. La distancia desde la presa a la ciudad de Juneau es de 4,7 km (2,9 millas), al puerto de Juneau es de 5,1 km (3,2 millas) y a la base de hidroaviones del puerto de Juneau es de 5,5 km (3,4 millas). [10]
Durante la época romana , se conocía la teoría de construir una presa curva (presa de arco) como medio para resistir la presión del agua y sujetar las juntas de mampostería. [11] Sin embargo, en el contexto de las presas de arco de mampostería que dominaron el escenario de construcción de presas en el siglo XIX y con la introducción de la tecnología del hormigón para la construcción de presas, el diseño estructural de las presas de arco experimentó un cambio dramático en su evolución económica para minimizar el uso de la construcción. material y, entre otras cosas, el coste de construcción. Básicamente, una presa de arco es una estructura que se curva río arriba y la presión del agua se transfiere directamente a los lados del valle o indirectamente a través de estribos de hormigón. [11] [5] Teóricamente, el arco de ángulo constante ideal en un valle en forma de V para una presa de arco de este tipo tiene un ángulo central de 133° de curvatura. Esta teoría condujo al desarrollo de la presa de arco de "ángulo constante" (o radio variable), que también tenía un diseño más delgado. La teoría se inició por primera vez en América del Norte para varias presas, y en Alaska en particular, en 1913 con la construcción de la presa Salmon Creek, que se completó en 1914. [11] [5] A este respecto, Bartlett Lee Thane , el El ingeniero de minas, que tuvo un impacto duradero en la industria minera (en la Alaska-Gastineau Mining Company ), jugó un papel decisivo en la introducción de este diseño de presa de arco delgado con la ayuda de sus antiguos compañeros de equipo de fútbol. [12] [13] [14] [15] Lars Jorgensen desarrolló el primer diseño específico de la presa de arco constante. [16] Sin embargo, AEL&P otorga el crédito del diseño a su entonces ingeniero jefe Harry L. Wallenberg para la presa Salmon Creek. La idea de construir una presa de este tipo se había pensado unos 30 años antes para ahorrar en el uso de material de construcción para la construcción de la presa. Sin embargo, no fue hasta 1913 que el concepto fue transformado en el terreno por el ingeniero de minas pionero Thane. [11] [14] [15]
En el diseño de presas en arco se adoptan dos formas básicas. Estos son el arco de radio constante y el arco de ángulo constante, este último diseño es más complejo. En el diseño de arco de radio constante, que también se conoce como arco de radio único, la forma de la presa es cilíndrica con una cara vertical aguas arriba mientras que la cara aguas abajo está inclinada . [13] El diseño de arco de ángulo constante también tiene un arco de radio variable. En este diseño, el ángulo de apertura central es constante mientras que el radio del arco aumenta desde la base hasta la cresta; este aumento hacia la cresta es proporcional al aumento del ancho del cañón de la garganta. Además, según la teoría del diseño de arco constante, la acción del arco en la base de la presa ejerce la presión máxima sobre la base. En particular, un desfiladero en forma de V se considera ideal para la construcción de este tipo de presa. Este diseño garantiza ahorros sustanciales en el uso de material de construcción en comparación con el diseño de arco de radio constante. Lars R. Jorgenson, que concibió este concepto, demostró que el diseño más económico de la presa se obtenía con un ángulo de apertura óptimo de 133,6°, con la menor cantidad de hormigón. [13] Este diseño se aplicó con algunas modificaciones para la presa Salmon Creek, que se diseñó con un ángulo de apertura constante de 113 ° con un radio que varía desde 147,5 pies (45,0 m) en la base hasta 331 pies (101 m) en la cresta. [13]
La forma de "V" del desfiladero en el sitio de la presa se consideró ideal para construir este tipo de presa en el sitio de Salmon Creek. [12]
Se consideró una presión de hielo de 10 toneladas por pie cuadrado (500 kPa) en función de las condiciones del borde del depósito y también se verificó el diseño para una presión de hielo de 20 toneladas por pie cuadrado (1000 kPa); en el último caso, el factor de seguridad del hormigón bajo los valores de compresión resultantes se consideró 5 y seguro. [12] La presa fue diseñada con un ancho de base de 47,5 pies (14,5 m) (el ancho de 37,5 pies (11,4 m) también se menciona en una fuente) y se estrecha a un ancho de 6,5 pies (2,0 m) (6 pies (1,8 m) también se menciona en una fuente [6] ) en la parte superior sobre una altura de presa de 168 pies (51 m). La condición geológica en la base de la presa también dictaba el tipo de presa, ya que se disponía de un lecho rocoso plano de 75 pies (23 m) de ancho para sentar las bases de la presa de arco sin tener que recurrir a excavaciones a gran escala. [12] La pendiente de la roca también era pronunciada tanto en el lado aguas arriba como en el lado aguas abajo de la base plana. De orilla a orilla, la longitud de la cresta es de 640 pies (200 m). [13] La presa preveía el almacenamiento de aproximadamente 18.000 acres-pies (22.000.000 m 3 ) al nivel del embalse lleno, mientras que es de 445 acres-pies (549.000 m 3 ) cuando el agua tiene 25 pies (7,6 m) de profundidad. Se propuso incrustar una tubería de salida de acero de 4 pies (1,2 m) de diámetro en la base media de la presa como aliviadero . La presa se planeó con una elevación máxima de 343 pies (105 m) sobre el nivel del mar. El agua del embalse se extiende a un área de 192 acres (78 ha), mientras que la cuenca drenada es de 7,5 millas cuadradas (19 km 2 ). [17]
Al mismo tiempo, se planearon dos centrales eléctricas para generar energía para la industria minera a partir del agua del embalse: una central eléctrica superior con una capacidad de 3 MW aproximadamente 1 milla (1,6 km) aguas abajo de la presa y una central eléctrica inferior con una capacidad de 3 MW cerca la orilla del canal Gastineau. [5] [18] [19] La forma de radio variable de la presa adoptada para Salmon Creek se convirtió en un estándar para muchas presas altas y grandes, particularmente en el oeste de EE. UU. Un artículo del proyecto SimScience de la Fundación Nacional de Ciencias señala lo siguiente: [1]
El abultamiento aguas arriba sirvió para compensar la socavación provocada por los arcos inferiores curvos más fuertes cerca de los estribos, mientras que la pronunciada punta aguas abajo redujo las tensiones de tracción en el talón aguas arriba. La plena realización del nuevo diseño fue posible gracias a la construcción de la presa íntegramente en hormigón.
- Ciencia Sim
Según los planos preparados para la presa de arco de hormigón y las dos centrales eléctricas, la construcción se inició en mayo de 1912. [5] Primero se inició la construcción de la casa de máquinas inferior en la costa en la confluencia de Salmon Creek con el canal Gastineau; se erigió una línea de transmisión desde aquí hasta las minas en marzo de 1913 y la construcción de la presa se inició en abril de 1913. [5] Las instalaciones de construcción de la presa se establecieron aguas arriba donde se producían agregados (finos y gruesos) triturando rocas en el planta de trituración. Los áridos se mezclaron en las proporciones diseñadas con cemento y con una pequeña cantidad de cal para fabricar el hormigón que se colocaría en la presa. El primer lote de hormigón se colocó en la presa el 14 de julio de 1913. La presa se completó, en un período de 13 meses, el 13 de agosto de 1914. Se colocó sobre la presa una cantidad de hormigón de 54.000 yardas cúbicas (41.000 m 3 ). . El hormigón se colocó a razón de 400 yardas cúbicas (310 m 3 ) por día. [5] [12]
Entre 1912 y 1914 se construyeron dos centrales eléctricas para aprovechar el agua almacenada en el embalse creado por la presa. La primera central eléctrica, la central superior titulada 'Powerhouse 2', estaba ubicada a 1,6 km (1 milla) debajo de la presa y tenía una instalación de dos unidades de 1,5 MW de capacidad cada una operando bajo una altura hidráulica de 600 pies (180 m). Las aguas de cola de esta central eléctrica se transportaron a través de un canal de energía de 10.000 pies (3.000 m) de largo hasta la segunda central eléctrica titulada 'Powerhouse 1' ubicada en la orilla del Canal Gastineau. La casa de máquinas en esta ubicación también tenía dos unidades de 1,5 MW de capacidad, cada una operando bajo una altura de 500 pies (150 m). Así, la generación total de las dos centrales fue de 6.000 kW (8.000 CV). En 1916, la carga media de las dos centrales eléctricas era de 5.187 caballos de fuerza (3.868 kW). Cerca de la central eléctrica 1, en la costa, también se construyeron edificios de oficinas, talleres mecánicos, aserraderos, comedores y viviendas para el personal. [5] [19]
Desde su finalización, la presa y sus dos centrales eléctricas han pasado por numerosas medidas de rehabilitación. Power House 2 resultó dañada en un incendio en 1923. Fue rehabilitada en 1935. Finalmente fue abandonada en 1998. [5] [3]
Con el envejecimiento, también fue necesario rehabilitar la presa y se llevaron a cabo obras en 1967. Se eliminó el hormigón deteriorado, se volvió a enlechar el cuerpo de la presa y se proporcionó a la cara aguas arriba de la presa una capa de hormigón de alta resistencia en los 45 pies superiores ( 14 metros). [5] [3]
La central eléctrica inferior también fue objeto de importantes medidas de rehabilitación. Fue cerrado en diciembre de 1974 debido al alto costo de operación y mantenimiento. En 1984 se construyó una nueva central eléctrica contigua a la antigua central eléctrica, con una capacidad instalada de 6,7 MW. [5] [3]
Aunque el proyecto se construyó inicialmente para la generación de energía hidroeléctrica para satisfacer las necesidades mineras, con el paso de los años ha evolucionado hasta convertirse en un embalse multipropósito con beneficios de generación de energía, agua potable y pesca. [5]
La presa rehabilitada y la nueva central eléctrica en el lugar de la cámara baja ya están en pleno funcionamiento. La capacidad de generación de la central eléctrica es de 29,5 GWh al año, lo que representa casi el 10% de la demanda de energía de Juneau. Alaska Electric Light and Power opera y mantiene el sistema. [5]
El embalse de Salmon Creek es una fuente secundaria de agua potable que se proporciona en conjunto con Alaska Electric Light and Power Company (AEL&P). El agua se extrae cerca de la planta de generación de energía de Salmon Creek, que se encuentra cerca del nivel del mar. Las aguas residuales de la central eléctrica luego se bombean a una planta de tratamiento de agua para filtración por membrana, cloración y ajuste de pH y alcalinidad con carbonato de sodio antes de que el agua se suministre al sistema de distribución. Este sistema fue encargado por el municipio de Juneau (CBJ) en 2015. El depósito también se utiliza como tanques de contacto de cloro, donde se agrega cloro para purificarlo y se le da tiempo para reaccionar con cualquier patógeno , antes de suministrarlo a la ciudad. Sin embargo, esta fuente está sujeta a alta turbidez estacional y también a interrupciones debido al mantenimiento anual de las unidades generadoras. Este sistema es capaz de suministrar 2.000.000 de galones estadounidenses (7.600 m 3 ) de agua. Los recursos hídricos generalmente están libres de contaminación y la calidad se monitorea y prueba todos los meses para verificar los estándares de agua potable establecidos por la EPA y el Departamento de Conservación Ambiental de Alaska (ADEC). [20] [21]
En 1880, Richard Harris y Joe Juneau nombraron Salmon Creek (durante su primera visita al área para realizar prospecciones de oro). La población local lo llamó Tilhini , que significa "perro salmón", un nombre nativo utilizado por los indios Tingit de Alaska; este nombre también se muestra en algunos de los primeros mapas topográficos. [7] En 1917, se estableció la propagación de peces en el embalse de Salmon Creek mediante la introducción de 50.000 alevines (peces pequeños y jóvenes recién nacidos) en el embalse con la ayuda del Alaska Fish and Game Club, que mantenía un criadero en Juneau. Esto ayudó a propagar las reservas de peces de salmón en el embalse. Se informa que cuando se abrió el lago para la pesca, el pez medía 150 mm (6 pulgadas) y se podía capturar con una mosca de 150 a 200 mm (6 a 8 pulgadas). [22] El embalse de Salmon Creek ahora está abierto para la pesca con cebo durante todo el año. Las variedades de salmón son muchas. Algunas especies de peces identificadas son: Dolly Varden, trucha de arroyo, trucha de agua dulce, familia del salmón, salmón Chum y salmón Coho. [23]
El costo unitario esperado para la presa terminada es de $6.30. Presa Salmon Creek, cerca de Juneau, Alaska... Esta presa fue construida por Alaska Gastineau Mining Company con el propósito de almacenar 18.000 acres-pies (22.000.000 m
3
) de agua. La zona de captación está a sólo 7,5 ...
