Presas de materiales sueltos: vulnerabilidades y tipologías de núcleo

Resumen

El texto describe las principales vulnerabilidades de las presas de materiales sueltos (sobrevertido, estabilidad de taludes y erosión interna) y cómo mitigarlas. También explica las subtipologías de presas de núcleo vertical e inclinado, sus criterios de diseño y las razones constructivas para elegir cada una.

Puntos clave

El sobrevertido satura el espaldón y erosiona los materiales, provocando deslizamientos; se mitiga aumentando los resguardos y los periodos de retorno de diseño.
La disposición de drenajes es la medida más eficaz para mejorar la estabilidad de los taludes, manteniendo secos los paramentos.
La erosión interna se produce cuando el gradiente hidráulico arrastra partículas, sobre todo las más finas, y se mitiga con un filtro aguas abajo del núcleo.
En las presas de núcleo vertical, el núcleo suele estar centrado y apoyado en un cimiento impermeable; si el aluvial supera unos 10-15 m, se implementa una pantalla de impermeabilidad.
En las presas de núcleo inclinado, la inclinación facilita la construcción por fases, evita tracciones en el núcleo y simplifica futuros recrecimientos.

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Presas de Materiales Sueltos: Vulnerabilidades y Tipologías

Las presas de materiales sueltos son estructuras fundamentales en la ingeniería hidráulica, pero presentan vulnerabilidades específicas que deben ser cuidadosamente gestionadas durante su diseño y construcción. A continuación, se detallan los tres fenómenos principales que las afectan:

Vulnerabilidades Clave de las Presas de Materiales Sueltos

Sobrevertido
Las presas de materiales sueltos son particularmente susceptibles al sobrevertido. Cuando este fenómeno ocurre, el espaldón se satura y los materiales se erosionan, lo que provoca deslizamientos. Para mitigar este riesgo, es crucial aumentar los resguardos y los periodos de retorno de diseño.
Estabilidad de Taludes
Para mejorar la estabilidad de los taludes, la medida más efectiva es la disposición de drenajes. Es fundamental asegurar que los paramentos (especialmente el de aguas abajo y el de aguas arriba cuando la presa se vacía rápidamente) permanezcan secos para prevenir fallos.
Erosión Interna
La erosión interna ocurre cuando partículas del cuerpo de la presa son arrastradas por el gradiente hidráulico. Las partículas más finas son las más susceptibles a este arrastre. Este fenómeno se mitiga eficazmente mediante la implementación de una barrera que impida la migración de materiales, es decir, un filtro. Este filtro se suele ubicar aguas abajo del núcleo, zona donde se concentra el gradiente hidráulico y donde se encuentran las partículas más finas.

Subtipologías de Presas de Materiales Sueltos

Presas de Núcleo Vertical

El núcleo de estas presas suele estar centrado, a menos que existan condicionantes específicos que justifiquen su desplazamiento. El núcleo debe apoyarse en un cimiento impermeable. Si el aluvial es muy profundo (con una potencia superior a 10-15 metros), de modo que el dentellón o rastrillo del núcleo no alcanza la roca, se implementa una pantalla de impermeabilidad. El grosor del núcleo depende del material del vaso y de la calidad del cimiento (relacionado con la superficie de asiento).

Presas de Núcleo Inclinado

Existen situaciones en las que es conveniente inclinar el núcleo paralelamente al espaldón de aguas arriba. Las razones principales incluyen:

Facilidad Constructiva por Fases: Cuando, desde el punto de vista constructivo, es preferible ejecutar la obra por fases (por ejemplo, colocando primero la escollera aguas abajo del núcleo). Esto puede ocurrir cuando la presa se localiza en una zona con alta pluviosidad o con épocas de lluvias intensas y concentradas.
Prevención de Tracciones en el Núcleo: Cuando se desea evitar tracciones en el núcleo para que este no quede "colgado". Esto puede suceder en núcleos verticales delgados, ya que la arcilla asienta antes que la escollera y la fricción con otros materiales puede generar tracciones internas en el núcleo, lo que podría provocar fisuras. Este efecto se puede mitigar inclinando el núcleo o añadiendo arenas u otros materiales con granulometría adecuada.
Facilidad para Futuros Recrecimientos: Cuando se prevé la necesidad de recrecer la presa en el futuro. Este recrecimiento es más sencillo en las presas de materiales sueltos con núcleo inclinado, ya que basta con aumentar la escollera aguas abajo del núcleo y añadir una pantalla de impermeabilización en la parte superior del núcleo.

Preguntas frecuentes

¿Qué medida es más efectiva para mejorar la estabilidad de los taludes de una presa de materiales sueltos?

La medida más efectiva es la disposición de drenajes. Además, es fundamental que los paramentos, especialmente el de aguas abajo y el de aguas arriba si la presa se vacía rápidamente, permanezcan secos.

¿Cómo se mitiga la erosión interna en una presa de materiales sueltos?

Se mitiga mediante un filtro que impida la migración de materiales. Suele ubicarse aguas abajo del núcleo, donde se concentra el gradiente hidráulico y las partículas más finas.

¿Cuándo se necesita una pantalla de impermeabilidad en una presa de núcleo vertical?

Se implementa cuando el aluvial es muy profundo, con una potencia superior a 10-15 metros, de modo que el dentellón o rastrillo del núcleo no alcanza la roca.

¿Por qué se inclina el núcleo en algunas presas?

Se inclina para facilitar la construcción por fases, evitar tracciones internas que puedan dejar el núcleo colgado y simplificar futuros recrecimientos.