Ingeniería Hidráulica: Diseño, Estabilidad y Materiales en Presas

Indicadores Hidrológicos Clave

Para una comprensión profunda de la gestión hídrica, se emplean diversos indicadores:

• I.H. (Índice de Habitabilidad Hídrica): Q(m³/año) rec. hid. disp. / nº hab. territorio
• I.C. (Índice de Consumo): Q(dem. consuntiva) / Q(rec. hid.) = (Db - R) / A.
  • Si I.C. > 1: Indica escasez estructural.
  • Si I.C. < 1: Indica escasez coyuntural.
• I.E. (Índice de Explotación): Q(dem. bruta) / Q(rec. hid.).
• Índice de Demanda No Consuntiva: I.E. - I.C.
• Eficiencia: Dn / Db.
• Coeficiente de Retorno: R / Db.

Componentes del Modelo Hidrológico

El Modelo Hidrológico se conforma por diversas cuestiones sectoriales interrelacionadas:

• Criterios y objetivos a seguir y alcanzar.
• Los recursos y las demandas actuales y futuros.
• Las infraestructuras hidráulicas y servicios del agua que las relacionan.
• Las medidas estructurales y no estructurales que se adoptan para conformar el modelo.
• Los costes y financiación de su implantación y funcionamiento, así como del resto de las medidas adoptadas.

Clasificación de Presas por Tipo Estructural

Presas de Gravedad

Se caracterizan porque su estabilidad se basa principalmente en el peso de la presa, el cual genera una resultante adecuada y francamente interior a la base. Son las de mayor volumen de hormigón y requieren terrenos resistentes para su cimentación (generalmente terrenos rocosos a poca profundidad).

• Presas de Gravedad Macizas: Suelen consistir en un perfil triangular.
• Presas de Gravedad Aligeradas: Presentan reducciones de hormigón, buscando un uso más eficiente del material. Para compensar la reducción de peso, se les confiere un talud aguas arriba que permite aprovechar el peso adicional del prisma de agua que gravita sobre él.

Presas de Arco

Utilizan una forma curva para la presa con el objetivo de transmitir el empuje del agua al terreno en dirección e intensidad adecuadas. Gracias a su forma geométrica, resisten y transmiten las cargas tanto a los cimientos como a los estribos.

• Pueden tener curvatura solo horizontal (conocidas como presas arco-gravedad).
• O presentar doble curvatura (denominadas presas bóveda).

Factores que Afectan la Estabilidad de Presas

Presiones Intersticiales

Las presiones intersticiales influyen de forma mucho más notable en las presas de materiales sueltos que en las de hormigón, debido a dos motivos principales:

• La corta o nula cohesión de los materiales sueltos, que puede ser insuficiente para contrarrestar estas presiones internas.
• El agua filtrada, al saturar los materiales, disminuye aún más su ya limitada cohesión y el coeficiente de rozamiento.

Materiales Geosintéticos en Ingeniería Hidráulica

Geotextiles

Los geotextiles son materiales no tejidos, constituidos por fibras o filamentos, unidos químicamente, mecánicamente, por medio de calor, o en combinación de estos métodos. En sistemas de drenaje de balsas y taludes, ejercen dos funciones principales:

1. Función de Protección: Las barreras geosintéticas pueden ser perforadas durante su instalación y a lo largo de su vida útil. El geotextil actúa como una capa protectora.
2. Función de Filtración: Facilitan el paso del agua y gases, al mismo tiempo que retienen las partículas finas, evitando la contaminación del material granular del sistema de drenaje, tanto en el fondo de la balsa como en los taludes.

Estabilidad de Taludes en Presas

La estabilidad de los taludes en presas es crucial y puede verse comprometida por diferentes escenarios:

Desembalse Rápido

• Es la causa más frecuente de deslizamientos en presas de materiales sueltos, afectando principalmente el talud de aguas arriba.
• El origen de la pérdida de estabilidad radica en la falta de tiempo para la disipación de las presiones intersticiales.

Deslizamientos a Largo Plazo

• Son poco frecuentes cuando el embalse está lleno y la red de filtración a través de la presa se encuentra en situación estacionaria.
• Pueden estar asociados a fallos en los sistemas de drenaje en el interior de la presa o a una subida anormal de las líneas de flujo de la red de filtración.

Soluciones de Impermeabilización en Presas

Para garantizar la estanqueidad y reducir las filtraciones en presas, se emplean diversas soluciones:

• Trinchera rellena con suelos arcillosos compactados: Una zanja excavada y rellenada con material de baja permeabilidad.
• Muro pantalla de hormigón: Una barrera vertical de hormigón construida en el subsuelo.
• Pantalla continua flexible: Materiales geosintéticos o similares que forman una barrera impermeable.
• Pantalla de tablestacas: Elementos prefabricados hincados en el terreno (su comportamiento no siempre es satisfactorio).
• Pantalla de inyecciones: Consiste en la inyección de lechadas en el terreno para reducir su permeabilidad, a menudo en varias alineaciones.

Elementos de Control de Filtraciones

Dentro del diseño de presas, ciertos elementos son fundamentales para gestionar y controlar las filtraciones:

• Núcleo arcilloso: Reduce significativamente los caudales de filtración a través del cuerpo de la presa.
• Filtro: Impide la erosión interna de los materiales finos de la presa, permitiendo el paso del agua pero reteniendo las partículas sólidas.
• Dren: Controla y reduce la filtración, recogiendo el agua que se filtra y dirigiéndola de forma segura fuera de la estructura.