Una presa de terraplén es una gran presa artificial . Por lo general, se crea mediante la colocación y compactación de un complejo montículo semiplástico de diversas composiciones de suelo o roca. Tiene una cubierta natural impermeable semipermeable en 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 las unen formando una masa estable en lugar de utilizar una sustancia cementante. [2]
Las presas de terraplén son de dos tipos: la presa de tierra (también llamada presa de tierra o presa de terreno ) hecha de tierra compactada y la presa de roca . Una sección transversal de una presa de terraplén muestra la forma de un banco o una colina. La mayoría tienen 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 o hormigón asfáltico . Este tipo de presa es una buena opción para sitios con valles amplios. Se pueden construir sobre roca dura o suelos más blandos. En el caso de una presa de enrocado, el enrocado se explota con explosivos para romper la roca. Además, es posible que sea necesario triturar los trozos de roca en grados 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 laminada o presas de tierra, se construyen como un simple terraplén de tierra bien compactada. Una presa homogénea de tierra laminada está construida enteramente con un tipo de material, pero puede contener una capa de drenaje para recoger el agua filtrada. Una presa de tierra zonificada tiene distintas partes o zonas de material diferente, típicamente una capa de material localmente abundante con un núcleo de arcilla impermeable . Los terraplenes de tierra modernos emplean zonas de filtro y drenaje para recolectar y eliminar el agua filtrada y preservar la integridad de la zona de la capa aguas abajo. Un método obsoleto de construcción de presas de tierra por zonas utilizaba un relleno hidráulico para producir un núcleo estanco. Las presas de tierra laminada también pueden emplear un revestimiento o núcleo estanco a la manera de una presa de enrocado. La presa de núcleo congelado es una presa de tierra temporal que se utiliza ocasionalmente 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 Tarbela es una gran presa en el río Indo en Pakistán , a unos 50 km (31 millas) al noroeste de Islamabad . Su altura de 148 m (485 pies) sobre el lecho del río y su embalse de 250 km 2 (95 millas cuadradas ) la convierten en la presa 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.
Como las represas de tierra pueden construirse con materiales locales, pueden resultar rentables en regiones donde el costo de producir o traer hormigón sería prohibitivo.
Las presas de enrocado son terraplenes de tierra granular compactada y de libre drenaje con una zona impermeable. La tierra utilizada suele contener un alto porcentaje de partículas grandes, de ahí el término "relleno de roca". La zona impermeable puede estar en la cara aguas arriba y ser de mampostería , hormigón , membrana plástica, pilotes de acero, madera u otro material. La zona impermeable también puede estar dentro del terraplén, en cuyo caso se 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 fuerzas de filtración, el núcleo se separa mediante un filtro. Los filtros son suelos clasificados específicamente diseñados para evitar la migración de partículas de suelo de grano fino. Cuando se dispone de material de construcción adecuado, el transporte se minimiza, lo que supone un ahorro de costes durante la construcción. Las presas de enrocado son resistentes a los daños causados por los terremotos . Sin embargo, un control de calidad inadecuado durante la construcción puede provocar una mala compactación y arena en el terraplén, lo que puede provocar la licuefacción del relleno de roca durante un terremoto. El potencial de licuación se puede reducir evitando que el material susceptible se sature y proporcionando una compactación adecuada durante la construcción. Un ejemplo de presa de enrocado 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. Se han construido casi 100 represas de este diseño en todo el mundo desde que se completó la primera en 1962. Todas las represas con núcleo de asfalto y hormigón construidas hasta ahora tienen un excelente historial de rendimiento. El tipo de asfalto utilizado es un material viscoelástico - plástico que se adapta a los movimientos y deformaciones impuestas al conjunto del terraplén, y al asentamiento de la cimentación. Las propiedades flexibles del asfalto hacen que estas presas sean especialmente adecuadas para regiones sísmicas . [4]
Para la central hidroeléctrica de Moglicë en Albania, la empresa eléctrica noruega Statkraft construyó una presa de roca y núcleo de asfalto. Una vez finalizada en 2018, se prevé que la presa de 320 m de largo, 150 m de alto y 460 m de ancho sea la más alta del mundo de su tipo. [5] [6] [7]
Una presa de enrocado con cara de hormigón (CFRD) es una presa de enrocado con losas de hormigón en su cara aguas arriba. Este diseño proporciona la losa de concreto como una pared impermeable para evitar fugas y también una estructura sin preocuparse por la presión de elevación. Además, el diseño CFRD es flexible en cuanto a 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 con revestimiento de madera y relleno de roca para operaciones de esclusas . Posteriormente, la madera fue reemplazada por hormigón cuando el diseño se aplicó a sistemas de riego 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 fueron reemplazadas por juntas verticales mejoradas. En las últimas décadas, el diseño se ha vuelto popular. [8]
El CFRD más alto del mundo es la presa Shuibuya de 233 m de altura (764 pies) en China , terminada en 2008. [9]
La construcción de una presa y el llenado del embalse detrás de ella impone un nuevo peso sobre el suelo y las laderas 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 semiplásticamente y provoca una mayor necesidad de ajuste (flexibilidad) cerca de la base de la presa que en niveles de agua menos profundos. Por lo tanto, el nivel de tensión de la presa debe calcularse antes de su construcción para garantizar que no se exceda su umbral de nivel de rotura. [10]
El desbordamiento o desbordamiento de una presa de terraplén más allá de su capacidad de aliviadero provocará su eventual falla . La erosión del material de la presa al desbordar la escorrentía eliminará masas de material cuyo peso mantiene la presa en su lugar y contra las fuerzas hidráulicas que actúan para mover la presa. 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 confinada detrás de la presa presiona contra la masa aligerada del terraplén, aligerada por la erosión superficial. 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, permitiendo que el agua del embalse fluya entre ellos, erosionando y eliminando aún más material a medida que pasa. En las etapas finales de falla, los pedazos restantes del terraplén casi no ofrecerían resistencia al flujo del agua y continuarían fracturando en secciones cada vez más pequeñas de tierra o roca hasta que se desintegraran 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 una etapa máxima de inundación. Es común que sus especificaciones estén escritas de manera que pueda contener al menos una inundación de cien años. [11] A principios del siglo XXI se desarrollaron varios sistemas de protección contra el desbordamiento de presas de terraplén. [12] Estas técnicas incluyen sistemas de protección de desbordes de hormigón, cunas de madera , tablestacas , escolleras y gaviones , tierra armada , presas de pérdida mínima de energía , aliviaderos escalonados de desbordamiento de terraplenes y sistemas de protección de bloques de hormigón prefabricados.
Todas las presas son propensas a filtrarse debajo de la presa, pero las presas de terraplén también son propensas a filtrarse a través de la presa; por ejemplo, la presa de deslizamientos de tierra de Usoi pierde entre 35 y 80 metros cúbicos por segundo. Una filtración suficientemente rápida puede desalojar las partículas que componen una presa, lo que resulta en una filtración más rápida, que se convierte en un circuito de retroalimentación descontrolado que puede destruir la presa en 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 Reclamación de EE. UU.