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Tipología de presas II: presas de materiales sueltos

http://blog.structuralia.com/tipologia-de-presas-i-presas-de-fabricaresa de Asuán, Egipto.  Fotografía: Hajor (Wikipedia)

La semana pasada os contábamos en el post “Tipología de presas I: presas de fábrica” los distintos tipos existentes de presas de fábrica en función de sus materiales y mecanismos resistentes. Para completar nuestro repaso a la tipología de estas infraestructuras hidráulicas, en este post os contamos cuáles son los tipos de presas de materiales sueltos y sus características principales.

 

Presas de materiales sueltos

El cuerpo de las presas de materiales se construye con materiales naturales, bien sea escollera, gravas, rocas, arenas, limos o arcillas. Estos materiales no son sometidos a ningún proceso químico de transformación para su puesta en obra, por lo que están exentos de ligantes o conglomerantes hidráulicos, al contrario de lo que sucede en las presas de fábrica. La colocación de los materiales en obra se realiza mediante procedimiento de compactación propios de mecánica de suelos.

 

tipología de presas: escollera

 

A pesar de su elevado tamaño, las presas de materiales sueltos a menudo resultan más baratas que las presas de fábrica. Esto se debe a que pueden ser construidas con materiales procedentes de la excavación del vaso. Ésto supone una serie de ventajas económicas derivadas de los ahorros en costes por material y por transporte de éste a la obra y de su excedente a vertedero. Otra ventaja de las presas de materiales sueltos es que pueden ser construidas sobre cualquier tipo de terreno, dado que no generan presiones excesivas sobre este.

El mecanismo resistente de cualquier presa de materiales sueltos es la gravedad, debido a su monumental volumen, resistiendo el empuje del agua de igual forma que una presa de gravedad de fábrica.

El volumen y forma de una presa de materiales sueltos está condicionado por el ángulo de rozamiento de los materiales granulares usados en su construcción, de tal forma que se consiga una estructura establece sin deslizamientos en los taludes de sus paramentos. Por esta razón, éstas presas poseen una sección transversal que se asemeja a un triángulo isósceles, contando ambos paramentos, el de aguas arriba y el de aguas abajo, con un ángulo de inclinación similar con respecto a la horizontal. Ello genera un volumen del cuerpo de presa altamente superior a cualquier presa de fábrica en sus distintas tipologías.

 

Presa del Guadalhorce

Presa de Guadalhorce (aguas arriba), España. Fotografía: Malopez 21 (Wikipedia)

 

Al componerse de materiales no cementados, las presas de materiales sueltos tienen un elevado índice de oquedad, por lo que la permeabilidad del cuerpo de la presa no está garantizada por el material que la compone, hecho que sí sucede en las presas de fábrica.

De esta forma, para el correcto funcionamiento de una presa de materiales sueltos es necesaria la incorporación de material impermeable, normalmente arcilla o un conglomerante hidráulico, en lugares estratégicos del cuerpo de esta. Con la correcta aplicación de estos materiales, los problemas derivados de la permeabilidad no resultarán en el colapso de la estructura ni obstaculizarán  su adecuado funcionamiento.

 

Presa del Guadalhorce

Presa de Guadalhorce (aguas abajo), España. Fotografía: Cárdenas (Wikipedia)

 

 

Tipos de presas de materiales sueltos

El hecho de la situación y distribución de la impermeabilización que acabamos de comentar es el hecho que determina los tres tipos de presas de materiales sueltos existentes: presas homogéneas, presas de núcleo y presas de pantalla, los cuales se explican en detalle a continuación:

 

Presas Homogéneas

Las presas homogéneas emplean el material impermeable, arcilla debidamente compactada en este caso, en la totalidad del cuerpo de la presa, de tal forma que toda la infraestructura goce de buenas condiciones de impermeabilidad. El pequeño tamaño de los granos de arcilla (inferior a los 0,002 milímetros de diámetro) le aporta a este material unas condiciones impermeables muy adecuadas para su empleo en la construcción de obras hidráulicas.

Dados los coeficientes de rozamiento esperables para las arcillas, oscilantes entre los 15º y 20º y su forma de triángulo isósceles, el tamaño de la base de una presa homogénea de materiales sueltos es de unas 6-8 veces la altura de esta.

 

Tipo de presa homogénea de materiales sueltos

Sección tipo de una presa homogénea de materiales sueltos

 

Las presas homogéneas de materiales sueltos pueden (y suelen) incorporar ligeros mantos de otros materiales a modo de protección o como filtros y drenes, sin que ello comprometa su tipología. Se trata del tipo más deseable cuando el vaso de esta contiene terrenos arcillosos, los cuales se excavan para la ejecución de la obra, ya que se trata de unas presas de buenas condiciones técnicas que, en este caso, resultan de bajo coste.

 

Presas de núcleo

El cuerpo de estas presas en su mayor parte se encuentra constituido por materiales sueltos permeables, incorporando en su interior un núcleo impermeable, el cual generalmente también se construye con materiales arcillosos. El núcleo puede situarse bien en la franja central de la presa o bien ligeramente inclinado con respecto a esta; en ambos casos ocupando la totalidad de su altura. Las partes de la presa que quedan a ambos lados del núcleo se denominan espaldones.

Estas presas además incorporan una o varias franjas con materiales de granulometría intermedia entre los espaldones y el núcleo, denominados materiales de transición, los cuales cubren el núcleo y tienen funciones de filtraje y drenado.

 

Tipo de presa con núcleo impermeable

Sección tipo de una presa de materiales sueltos con núcleo impermeable

 

Presas de pantalla

Al igual que el caso anterior, este tipo de presas están compuestas en su mayor parte por materiales permeables pero incorporan una “pantalla” impermeable que se apoya sobre el paramento de aguas arriba de la presa. Los materiales usados en la construcción dicha pantalla son muy variados, existiendo en la actualidad ejemplos de presas con pantallas de hormigón, de conglomerante hidráulico y semihidráulico,  asfálticas y también plástica.

Debajo de la pantalla impermeable también se incorporan uno o varios materiales de transición, así como una franja de material drenante en la base de la presa.

 

Tipo de presa con pantalla impermeable

Sección tipo de una presa de materiales sueltos con pantalla impermeable

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