Una presa de terraplén es una gran presa artificial . Normalmente se crea mediante la colocación y compactación de un montículo semiplástico complejo de diversas composiciones de tierra o roca. Tiene una cubierta natural impermeable semipermeable para su superficie y un núcleo denso e impermeable. Esto hace que la presa sea impermeable a la erosión superficial o por filtración . [1] Una presa de este tipo está compuesta de partículas de material independientes fragmentadas. La fricción y la interacción de las partículas unen las partículas en una masa estable en lugar de mediante el uso de una sustancia cementante. [2]
Las presas de terraplén son de dos tipos: la presa rellena de tierra (también llamada presa de tierra o presa de terreno ) hecha de tierra compactada, y la presa rellena de roca . Una sección transversal de una presa de terraplén muestra una forma similar a un banco o una colina. La mayoría tiene una sección central o núcleo compuesto de un material impermeable para evitar que el agua se filtre a través de la presa. El núcleo puede ser de arcilla, hormigón u hormigón asfáltico . Este tipo de presa es una buena opción para sitios con valles anchos. Se pueden construir sobre roca dura o suelos más blandos. Para una presa de relleno de roca, el relleno de roca se hace estallar con explosivos para romper la roca. Además, es posible que sea necesario triturar los trozos de roca en trozos más pequeños para obtener el rango de tamaño adecuado para su uso en una presa de terraplén. [3]
Las presas de relleno de tierra, también llamadas presas de tierra, presas de tierra apisonada o presas de tierra, se construyen como un simple terraplén de tierra bien compactada. Una presa de tierra apisonada homogénea está construida completamente de un tipo de material, pero puede contener una capa de drenaje para recolectar el agua filtrada. Una presa de tierra zonificada tiene partes o zonas diferenciadas de material diferente, típicamente una cubierta de material localmente abundante con un núcleo de arcilla impermeable . Los terraplenes de tierra zonificada modernos emplean zonas de filtrado y drenaje para recolectar y eliminar el agua filtrada y preservar la integridad de la zona de la cubierta aguas abajo. Un método obsoleto de construcción de presas de tierra zonificada utilizaba un relleno hidráulico para producir un núcleo impermeable. Las presas de tierra apisonada también pueden emplear un revestimiento o núcleo impermeable a la manera de una presa de relleno de roca. La presa de núcleo congelado es una presa de tierra temporal que ocasionalmente se usa en latitudes altas haciendo circular un refrigerante a través de tuberías dentro de la presa para mantener una región impermeable de permafrost dentro de ella.
La presa de Tarbela es una gran presa en el río Indo en Pakistán , a unos 50 km (31 mi) al noroeste de Islamabad . Su altura de 485 pies (148 m) sobre el lecho del río y su embalse de 95 millas cuadradas (250 km2 ) la convierten en la presa rellena de tierra más grande del mundo. El elemento principal del proyecto es un terraplén de 9.000 pies (2.700 m) de largo con una altura máxima de 465 pies (142 m). La presa utilizó aproximadamente 200 millones de yardas cúbicas (152,8 millones de metros cúbicos) de relleno, lo que la convierte en una de las estructuras artificiales más grandes del mundo.
Dado que las presas de tierra se pueden construir con materiales locales, pueden resultar rentables en regiones donde el costo de producir o importar hormigón sería prohibitivo.
Las presas de relleno de roca son terraplenes de tierra granular compactada y de drenaje libre con una zona impermeable. La tierra utilizada a menudo contiene un alto porcentaje de partículas grandes, de ahí el término "relleno de roca". La zona impermeable puede estar en la cara aguas arriba y estar hecha de mampostería , hormigón , membrana plástica, tablestacas de acero, madera u otro material. La zona impermeable también puede estar dentro del terraplén, en cuyo caso se la denomina "núcleo". En los casos en que se utiliza arcilla como material impermeable, la presa se denomina presa "compuesta". Para evitar la erosión interna de la arcilla en el relleno de roca debido a las fuerzas de filtración, el núcleo se separa utilizando un filtro. Los filtros son suelos específicamente clasificados diseñados para evitar la migración de partículas de suelo de grano fino. Cuando se dispone de material de construcción adecuado, se minimiza el transporte, lo que genera ahorros de costos durante la construcción. Las presas de relleno de roca son resistentes a los daños causados por terremotos . Sin embargo, un control de calidad inadecuado durante la construcción puede provocar una compactación deficiente y la acumulación de arena en el terraplén, lo que puede provocar la licuefacción del relleno de roca durante un terremoto. El potencial de licuefacción se puede reducir evitando que el material susceptible se sature y proporcionando una compactación adecuada durante la construcción. Un ejemplo de presa de relleno de roca es la presa New Melones en California o la presa Fierza en Albania .
Un núcleo que está ganando popularidad es el hormigón asfáltico . La mayoría de estas presas se construyen con roca y/o grava como relleno principal. Casi 100 presas de este diseño se han construido en todo el mundo desde que se completó la primera presa de este tipo en 1962. Todas las presas con núcleo de hormigón asfáltico construidas hasta ahora tienen un excelente historial de rendimiento. El tipo de asfalto utilizado es un material viscoelástico - plástico que puede ajustarse a los movimientos y deformaciones impuestos al terraplén en su conjunto, y al asentamiento de la cimentación. Las propiedades flexibles del asfalto hacen que estas presas sean especialmente adecuadas para regiones sísmicas . [4]
La empresa eléctrica noruega Statkraft construyó una presa con núcleo de asfalto y relleno de roca para la central hidroeléctrica de Moglicë en Albania . Se prevé que, cuando se termine de construir en 2018, la presa de 320 m de largo, 150 m de alto y 460 m de ancho será la más alta del mundo en su tipo. [5] [6] [7]
Una presa de relleno de roca con cara de hormigón (CFRD, por sus siglas en inglés) es una presa de relleno de roca con losas de hormigón en su cara aguas arriba. Este diseño proporciona la losa de hormigón como una pared impermeable para evitar fugas y también una estructura sin preocupación por la presión de elevación. Además, el diseño CFRD es flexible para la topografía, más rápido de construir y menos costoso que las presas de relleno de tierra. El concepto CFRD se originó durante la fiebre del oro de California en la década de 1860, cuando los mineros construyeron presas de madera con cara de relleno de roca para operaciones de compuertas . La madera fue reemplazada más tarde por hormigón a medida que el diseño se aplicaba a esquemas de irrigación y energía. A medida que los diseños CFRD crecieron en altura durante la década de 1960, el relleno se compactó y las juntas horizontales y verticales de la losa se reemplazaron con juntas verticales mejoradas. En las últimas décadas, el diseño se ha vuelto popular. [8]
La presa CFRD más alta del mundo es la presa Shuibuya de 233 m (764 pies) en China , terminada en 2008. [9]
La construcción de una presa y el llenado del embalse que hay detrás de ella imponen un nuevo peso sobre el suelo y los lados de un valle. La tensión del agua aumenta linealmente con su profundidad. El agua también empuja contra la cara aguas arriba de la presa, una estructura no rígida que bajo tensión se comporta de forma semiplástica y provoca una mayor necesidad de ajuste (flexibilidad) cerca de la base de la presa que en niveles de agua más superficiales. Por lo tanto, el nivel de tensión de la presa debe calcularse antes de la construcción para garantizar que no se supere su umbral de nivel de rotura. [10]
El desbordamiento o rebose de una presa de terraplén más allá de su capacidad de aliviadero provocará su eventual falla . La erosión del material de la presa por el desbordamiento de la escorrentía eliminará masas de material cuyo peso mantiene la presa en su lugar y contra las fuerzas hidráulicas que actúan para moverla. Incluso un pequeño flujo de desbordamiento sostenido puede eliminar miles de toneladas de suelo de sobrecarga de la masa de la presa en cuestión de horas. La eliminación de esta masa desequilibra las fuerzas que estabilizan la presa contra su embalse, ya que la masa de agua aún embalsada detrás de la presa presiona contra la masa aligerada del terraplén, aligerada por la erosión de la superficie. A medida que la masa de la presa se erosiona, la fuerza ejercida por el embalse comienza a mover toda la estructura. El terraplén, que casi no tiene resistencia elástica, comenzaría a romperse en pedazos separados, lo que permitiría que el agua embalsada del embalse fluyera entre ellos, erosionando y eliminando aún más material a su paso. En las etapas finales de la falla, los pedazos restantes del terraplén casi no ofrecerían resistencia al flujo del agua y continuarían fracturándose en secciones cada vez más pequeñas de tierra o roca hasta desintegrarse en una espesa suspensión de tierra, rocas y agua.
Por lo tanto, los requisitos de seguridad para el aliviadero son altos y requieren que sea capaz de contener un nivel máximo de inundación. Es común que sus especificaciones se redacten de manera que puedan contener al menos una inundación de cien años. [11] A principios del siglo XXI se desarrollaron varios sistemas de protección contra desbordamientos de presas de terraplén. [12] Estas técnicas incluyen sistemas de protección contra desbordamientos de hormigón, entarimados de madera , tablestacas , escolleras y gaviones , tierra reforzada , vertederos de mínima pérdida de energía , aliviaderos escalonados de desbordamiento de terraplén y sistemas de protección de bloques de hormigón prefabricado.
Todas las presas son propensas a filtraciones por debajo de ellas, pero las presas de terraplén también lo son a través de ellas; por ejemplo, la presa del deslizamiento de tierra de Usoi pierde entre 35 y 80 metros cúbicos por segundo. Una filtración suficientemente rápida puede desprender las partículas que componen la presa, lo que da lugar a una filtración más rápida, que se convierte en un bucle de retroalimentación descontrolado que puede destruir la presa en caso de una falla de tipo tubería. Por lo tanto, el control de las filtraciones es una consideración de seguridad esencial. [13]
gn y construcción en la Oficina de Recuperación de los Estados Unidos