El almacenamiento de agua en la superficie terrestre Presa, barrera artificial que se construye en algunos ríos para embalsarlos y retener su caudal. Los motivos principales para construir presas son concentrar el agua del río en un sitio determinado, lo que permite generar electricidad (véase Energía hidráulica), regular el agua y dirigirla hacia canales y sistemas de abastecimiento, aumentar la profundidad de los ríos para hacerlos navegables, controlar el caudal de agua durante los periodos de inundaciones y sequía, y crear pantanos para actividades recreativas. Muchas presas desempeñan varias de estas funciones.
La primera presa de la que se tiene constancia se construyó en Egipto en el 4000 a.C. para desviar el cauce del Nilo y proporcionar más terreno a la ciudad de Menfis. Muchas presas de tierra antiguas, como las construidas por los babilonios, formaban parte de un complejo sistema de riego que transformaba regiones no productivas en fértiles vegas capaces de mantener a grandes poblaciones. Muy pocas de más de un siglo de antigüedad se mantienen en pie debido a los destrozos de las inundaciones periódicas. La construcción de presas de altura y capacidad de almacenamiento considerables, casi indestructibles, se hizo posible gracias al desarrollo del cemento Portland, del hormigón, y al uso de máquinas para mover tierra y equipamiento para el transporte de materiales.
El control y la utilización del agua mediante presas afecta de modo importante las posibilidades económicas de grandes áreas.
Una presa debe ser impermeable; las filtraciones a través o por debajo de ella deben ser controladas al máximo para evitar la salida del agua y el deterioro de la propia estructura. Debe estar construida de forma que resista las fuerzas que se ejercen sobre ella. Estas fuerzas que los ingenieros deben tener en cuenta son: la gravedad (que empuja a la presa hacia abajo), la presión hidrostática (la fuerza que ejerce el agua contenida), la presión hidrostática en la base (que produce una fuerza vertical hacia arriba que reduce el peso de la presa), la fuerza que ejercería el agua si se helase, y las tensiones de la tierra, incluyendo los efectos de los sismos.
Cuando se valora el mejor emplazamiento para construir una presa, el riesgo de terremotos forma parte del análisis geológico. Además, los geólogos deben determinar qué tipo de terreno está expuesto a filtraciones y cuál puede soportar el peso de la presa y el agua que contendrá detrás de ella.
Análisis geológicos inadecuados han tenido consecuencias catastróficas. Un ejemplo es el desastre ocurrido con la presa Vaiont, en los Alpes italianos. El 9 de octubre de 1963 perdieron la vida 4.000 personas cuando un desprendimiento de rocas detrás de la presa produjo una enorme ola que rebasó los 265 m de la estructura de hormigón. La fuerza de esta ola, al caer desde una altura tan grande, devastó varios kilómetros de valle río abajo. Varios factores geológicos fueron responsables del desprendimiento, sobre todo el debilitamiento de las paredes de roca, inestable en el agua embalsada.
La presa de Kariba está situada en la frontera entre Zambia y Zimbabue. Permite controlar las inundaciones y produce energía hidroeléctrica para ambos países. Una carretera pública recorre el borde de la presa, que separa el lago Kariba del río Zambeze. La característica forma de arco de la presa, distribuye uniformemente la presión del agua a lo largo de la estructura.
La altura de la presa está limitada por la topografía de su emplazamiento, aunque otros factores pueden determinar una altura máxima menor. Si la función principal de la presa es la obtención de energía, la altura es un factor crítico, ya que la energía potencial del agua embalsada es mayor cuanto mayor es la altura a la que se encuentra. Si la presa es de contención, el factor más importante es la capacidad de almacenamiento. El volumen de agua embalsada es mayor cuanto más alta es la presa. Otros factores son la utilidad y el valor de las tierras que quedarán sumergidas, y si las aguas afectarán a importantes vías de comunicación.
Después de determinar el nivel del embalse en condiciones normales, hay que establecer los procedimientos que aseguren que este nivel no se supere. Los aliviaderos son necesarios para descargar el excedente de agua para que este no dañe la presa, la central eléctrica ni la ribera del río delante de la presa. El tipo de aliviadero más común es el derrame. Este sistema consiste en que una zona de la parte superior es más baja. Para permitir el aprovechamiento máximo de la capacidad de almacenamiento, estas partes más bajas están cerradas con unas compuertas móviles. En algunas presas, los excedentes de agua son tan grandes que hay aliviaderos en todo el ancho de la presa, de forma que la estructura es una sucesión de pilares que sujetan compuertas levadizas. Otro tipo de aliviadero es el salto de agua, un canal de hormigón ancho, con mucha pendiente, que se construye en la base de algunas presas de altura moderada.
Las grandes presas de bóveda construidas en cañones rocosos tienen normalmente, río abajo, paredes demasiado inclinadas para utilizar aliviaderos de derrame. Un ejemplo de esto es la presa Hoover, en el río Colorado (Estados Unidos), en la que se utilizan vertederos de pozo, que consisten en un conducto vertical que conduce agua del embalse, cuando el nivel es alto, hasta un conducto horizontal que atraviesa la presa y la lleva río abajo.
Además de los aliviaderos, que aseguran que el embalse no rebase la presa, los desaguaderos son necesarios para extraer de modo constante agua del embalse. El agua extraída puede descargarse río abajo, puede llevarse a los generadores para obtener energía hidroeléctrica o puede utilizarse para riego. Los desaguaderos son conductos o túneles cuyas entradas se encuentran a la altura del nivel mínimo del embalse. Estas tomas poseen unas compuertas o válvulas que regulan la entrada de agua.
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| PROTECCIÓN CONTRA LA EROSIÓN |
Hay que evitar que el agua que se envía río abajo erosione la base de la presa. Para reducir la velocidad del agua se construyen unos embalses llamados cuencas amortiguadoras, que forman parte de las estructura de la presa. Existen dos tipos de estructura que se utilizan para disipar la energía destructiva que lleva el agua al caer. Uno en el que el flujo rápido y de poca profundidad que baja de la presa se convierte en un flujo profundo y lento al hacerlo pasar por una falda horizontal o poco inclinada de hormigón, construida río abajo desde la base de la presa. En el otro tipo la base de la presa tiene una forma que desvía el flujo, que baja a gran velocidad, hacia arriba y lo hace girar. Este giro disipa la energía destructiva del agua.
Las presas se clasifican según la forma de su estructura y los materiales empleados. Las grandes presas pueden ser de hormigón o de elementos sin trabar. Las presas de hormigón más comunes son de gravedad, de bóveda y de contrafuertes. Las presas de elementos sin trabar pueden ser de piedra o de tierra. También se construyen presas mixtas, por ejemplo de gravedad y de piedra, para conseguir mayor estabilidad. Además, una presa de tierra puede tener una estructura de gravedad de hormigón que soporte los aliviaderos. La elección del tipo de presa más adecuado para un emplazamiento concreto se determina mediante estudios de ingeniería y consideraciones económicas. El coste de cada tipo de presa depende de la disponibilidad en las cercanías de los materiales para su construcción y de las facilidades para su transporte. Muchas veces sólo las características del terreno determinan la elección del tipo de estructura.
La presa de Shasta está situada en el río Sacramento, en el norte de California (Estados Unidos). Como todas las presas de gravedad, esta presa retiene el agua en el embalse (el lago de Shasta) por la simple fuerza de su peso. Construida con hormigón macizo, esta enorme estructura tiene 183 m de altura. Tiene una anchura de 165 m en la base y sólo 9 m en la parte superior. Esta forma, típica de las presas de gravedad, contrarresta la fuerza que ejerce el agua contra la presa en el fondo del embalse, donde la presión es mayor.
Las presas de gravedad son estructuras de hormigón de sección triangular; la base es ancha y se va estrechando hacia la parte superior; la cara que da al embalse es prácticamente vertical. Vistas desde arriba son rectas o de curva suave. La estabilidad de estas presas radica en su propio peso. Es el tipo de construcción más duradero y el que requiere menor mantenimiento. Su altura suele estar limitada por la resistencia del terreno. Debido a su peso las presas de gravedad de más de 20 m de altura se construyen sobre roca. La presa Grande Dixence, en Suiza, que se terminó de construir en 1962, tiene una altura de 284 m y es una de las más grandes del mundo. Tiene una estructura de hormigón de gravedad de 700 m de largo, construida sobre roca.
Este tipo de presa utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda. La curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, así la carga se distribuye por toda la presa hacia los extremos; las paredes de los estrechos valles y cañones donde se suele construir este tipo de presa. En condiciones favorables, esta estructura necesita menos hormigón que la de gravedad, pero es difícil encontrar emplazamientos donde se puedan construir.
7.3 |
| Presas de contrafuertes |
La presa del lago Tahoe, en el norte de California (Estados Unidos), es una presa de contrafuertes de planchas uniformes. La cara de la presa que está en contacto con el embalse es plana, mientras que por la otra cara la presa está soportada por una serie de contrafuertes. La presa del lago Tahoe mide 33 m de largo y tiene una altura de 5,5 m. Fue construida en 1913 para elevar el nivel del agua de este lago (un lago natural) a fin de disponer de más agua para regadíos.
Las presas de contrafuertes tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base. Estas presas precisan de un 35 a un 50% del hormigón que necesitaría una de gravedad de tamaño similar. Hay varios tipos de presa de contrafuertes: los más comunes son de planchas uniformes y de bóvedas múltiples. En las de planchas uniformes el elemento que contiene el agua es un conjunto de planchas que cubren la superficie entre los contrafuertes. En las de bóvedas múltiples, estas permiten que los contrafuertes estén más espaciados.
A pesar del ahorro de hormigón, las presas de contrafuertes no son siempre más económicas que las de gravedad. El coste de las complicadas estructuras para forjar el hormigón y la instalación de refuerzos de acero suele equivaler al ahorro en materiales de construcción. Pero este tipo de presa es necesario en terrenos poco estables.
7.4 |
| Presas de elementos sin trabar |
Las presas de piedra o tierra y los diques son las estructuras más usadas para contener agua. En su construcción se utiliza desde arcilla hasta grandes piedras. Las presas de tierra y piedra utilizan materiales naturales con la mínima transformación, aunque la disponibilidad de materiales utilizables en los alrededores condiciona la elección de este tipo de presa. El desarrollo de las excavadoras y otras grandes máquinas ha hecho que este tipo de presas compita en costes con las de hormigón. La escasa estabilidad de estos materiales obliga a que la anchura de la base de este tipo de presas sea de cuatro a siete veces mayor que su altura. La cuantía de filtraciones es inversamente proporcional a la distancia que debe recorrer el agua; por lo tanto, la ancha base debe estar bien asentada sobre un terreno cimentado.
Las presas de elementos sin trabar pueden estar construidas con materiales impermeables en su totalidad, como arcilla, o estar formadas por un núcleo de material impermeable reforzado por los dos lados con materiales más permeables, como arena, grava o roca. El núcleo debe extenderse hasta bastante más abajo de la base para evitar filtraciones.
La presa china de las Tres Gargantas La presa de las Tres Gargantas se extiende unos dos kilómetros entre las márgenes del río Yangtzé, cerca de la ciudad de Yichang, en la provincia de Hubei. Se prevé que este gigantesco complejo hidroeléctrico permita generar electricidad con unos 18.200 megavatios de potencia. Con la presa se pretende también controlar las inundaciones en una región en la que estas causaron más de 250.000 muertos entre 1930 y 1935. El embalse formado por la presa sumergirá una zona del valle del río Yangtzé de unos 600 km de longitud. Como toda gran presa, ha ocasionado graves efectos ambientales y sociales, pues ha destruido el río y ha provocado el éxodo obligatorio de un millón de personas; también es objeto de pesquisas por sospechas de corrupción y por haber incumplido las recomendaciones de la Comisión Mundial de Represas.
Un aspecto importante de la construcción de presas es la desecación y preparación de los cimientos. La desecación se consigue normalmente mediante una o varias ataguías, diseñadas para eliminar el agua del terreno donde se va a construir la presa. Las ataguías pueden ser presas de tierra o conjuntos de chapas de acero asentadas sobre pilotes y sujetas con tierra. También se deben construir ataguías a los lados del río para evitar el desbordamiento de su curso antes y después de la presa, y túneles rodeando la presa para conducir el agua. Estos túneles pueden aprovecharse cuando se haya terminado la presa. Si las condiciones topográficas impiden la construcción de túneles, la presa se debe realizar en dos etapas. Primero se instala una ataguía que deseca la mitad del ancho del río y se construye la base de esa mitad de la presa. Después se elimina esta ataguía y se construye una en la otra mitad. La construcción de grandes presas puede durar más de siete años; la posibilidad de que se produzcan inundaciones durante este periodo constituye un serio problema.
Sección transversal de una presa En las presas se genera electricidad liberando un flujo controlado de agua a alta presión a través de un conducto forzado. El agua impulsa unas turbinas que mueven los generadores y producen así una corriente eléctrica. A continuación, esta corriente elevada de baja tensión pasa por un elevador de tensión que la transforma en una corriente reducida de alta tensión. La corriente se transporta por cables de alta tensión hasta las subestaciones eléctricas donde se reduce la tensión para ser empleada por los usuarios. El agua sale de la presa por el desagüe.
El plan hidroeléctrico de las Tres Gargantas, en la cuenca del río Yangtzé (Yangzi Jiang), en China, incluye una presa de unos 2 km de largo y 185 m de altura, la mayor del mundo, que comenzó a construirse en 1993. Se trata de la mayor construcción realizada en China desde la Gran Muralla, y constituye asimismo el embalse más largo del mundo, que se extiende 600 km río arriba. El plan de las Tres Gargantas proporcionará energía a Shanghai y a toda la cuenca del río Yangtzé. También protegerá a los 10 millones de personas que viven río abajo de las inundaciones periódicas que asolan esta zona, donde se cultivan las dos terceras partes del arroz que se produce en China. Además, hace navegable el río más arriba de las gargantas Qutang, Wuxia y Xiling. El embalse inunda esta última garganta y ha supuesto el desplazamiento de más de un millón de habitantes. El curso del río quedó cerrado en noviembre de 2002, aunque sus aguas continuaron fluyendo por las aberturas inferiores de la presa. En junio de 2003 se cerraron las compuertas y el embalse comenzó a almacenar agua; en esta primera fase de llenado, la superficie del embalse se extenderá a lo largo de 436 km. Está previsto que en 2009 el embalse alcance los 600 km y las 26 turbinas de la central hidroeléctrica estén trabajando a pleno rendimiento. A pesar de los razonamientos expuestos por el gobierno chino, científicos y organizaciones como la International Rivers Network consideraron que estas grandes obras fueron un error innecesario, al existir alternativas que no se tuvieron en cuenta por intereses políticos y empresariales.
En la década de 1960 empezó a tomar fuerza la idea de demoler presas abandonadas e insostenibles por motivos económicos, de seguridad, ambientales y sociales. Estados Unidos, país pionero en este desmantelamiento, ha eliminado más de 600 presas. Cada vez es mayor el número de países que derriban presas para mejorar su economía, su protección civil y el medio ambiente.
