Presa de terraplén

Una presa de terraplén es una gran presa artificial . Generalmente se crea mediante la colocación y compactación de un montículo semiplástico complejo de diversas composiciones de suelo o roca. Posee una cubierta natural resistente al agua en su superficie y puede presentar un núcleo denso e impermeable para resistir la erosión superficial o por filtración . ^{[ 1 ]} Dicha presa está compuesta de partículas de material fragmentadas e independientes. La fricción e interacción de las partículas las une formando una masa estable, en lugar de mediante el uso de una sustancia cementante. ^{[ 2 ]}

Las presas de terraplén se presentan en dos tipos: la presa de tierra compactada (también llamada presa de tierra o presa de terreno ) y la presa de roca . Una sección transversal de una presa de terraplén muestra una forma similar a un talud o colina. La mayoría tiene 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 asfalto . Este tipo de presa es una buena opción para terrenos con valles amplios. Se pueden construir sobre roca dura o suelos más blandos. Para una presa de roca, la roca se fragmenta mediante voladuras con explosivos. Además, puede ser necesario triturar los fragmentos de roca en tamaños más pequeños para obtener el rango de tamaño adecuado para su uso en una presa de terraplén. ^{[ 3 ]}

Presas de terraplén de enrocado

Las presas de enrocado son terraplenes de tierra granular compactada y de drenaje libre con una zona impermeable. La tierra utilizada suele contener un alto porcentaje de partículas grandes, de ahí el término "enrocado". La zona impermeable puede estar en la cara aguas arriba y estar hecha de mampostería , hormigón , membrana plástica, tablestacas 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 enrocado debido a las fuerzas de filtración, el núcleo se separa mediante un filtro. Los filtros son suelos con una granulometría específica diseñados para evitar la migración de partículas finas de suelo. Cuando se dispone de material de construcción adecuado, se minimiza el transporte, lo que genera ahorros de costes durante la construcción. Las presas de enrocado son resistentes a los daños causados ​​por terremotos . Sin embargo, un control de calidad inadecuado durante la construcción puede provocar una compactación deficiente y la presencia de arena en el terraplén, lo que puede causar la licuefacción del relleno de roca durante un terremoto. El riesgo de licuefacción se puede reducir evitando la saturación del material susceptible y asegurando una compactación adecuada durante la construcción. Un ejemplo de presa de relleno de roca es la presa de New Melones en California o la presa de Fierza en Albania .

Un material de núcleo cada vez más popular es el hormigón asfáltico . La mayoría de estas presas se construyen con roca y/o grava como relleno principal. Casi 100 presas de este diseño se han construido en todo el mundo desde que se completó la primera en 1962. Todas las presas con núcleo de hormigón asfáltico construidas hasta la fecha tienen un excelente historial de rendimiento. El tipo de asfalto utilizado es un material viscoelástico - plástico que puede adaptarse a los movimientos y deformaciones impuestos al terraplén en su conjunto, así como 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 enrocado con núcleo de asfalto. Tras su finalización 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 ]}

Presas de enrocado con revestimiento de hormigón

Una presa de enrocado con cara de hormigón (CFRD, por sus siglas en inglés) es una presa de enrocado con losas de hormigón en su cara aguas arriba. Este diseño proporciona la losa de hormigón como una pared impermeable para evitar filtraciones y también una estructura que no requiere considerar la presión de elevación. Además, el diseño CFRD es flexible para adaptarse a la topografía, más rápido de construir y menos costoso que las presas de tierra. El concepto CFRD se originó durante la Fiebre del Oro de California en la década de 1860, cuando los mineros construyeron presas de enrocado con cara de madera para operaciones de canalización . La madera fue reemplazada posteriormente por hormigón a medida que el diseño se aplicó a sistemas de riego y generación de energía. A medida que los diseños CFRD aumentaron en altura durante la década de 1960, el relleno se compactó y las juntas horizontales y verticales de la losa se reemplazaron por juntas verticales mejoradas. En las últimas décadas, el diseño se ha popularizado. ^{[ 8 ]}

La presa CFRD más alta del mundo es la presa Shuibuya en China , de 233 m de altura (764 pies) , terminada en 2008. ^{[ 9 ]}  

La construcción de una presa y el llenado del embalse situado detrás de ella ejercen una nueva presión sobre el fondo y las laderas de un valle. La tensión del agua aumenta linealmente con su profundidad. El agua también ejerce presión contra la cara aguas arriba de la presa, una estructura no rígida que, bajo tensión, se comporta de forma semiplástica, lo que requiere mayor flexibilidad cerca de la base de la presa que en zonas menos profundas. Por lo tanto, es necesario calcular el nivel de tensión de la presa antes de su construcción para asegurar que no se supere su umbral de rotura. ^{[ 10 ]}

El desbordamiento de una presa de terraplén más allá de la capacidad de su aliviadero provocará su eventual colapso . La erosión del material de la presa por el desbordamiento eliminará grandes cantidades de material cuyo peso la mantiene en su lugar y contrarresta las fuerzas hidráulicas que actúan para moverla. Incluso un pequeño desbordamiento sostenido puede eliminar miles de toneladas de tierra 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 embalsada detrás de la presa presiona contra la masa aligerada del terraplén, debido a 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, al carecer casi por completo de elasticidad, comenzaría a romperse en fragmentos, permitiendo que el agua del embalse fluya entre ellos, erosionando y eliminando aún más material a su paso. En las etapas finales del colapso, los fragmentos restantes del terraplén no ofrecerían prácticamente ninguna resistencia al flujo del agua y continuarían fracturándose en secciones cada vez más pequeñas de tierra o roca hasta desintegrarse 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 un nivel máximo 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 contra el desbordamiento de hormigón, estructuras de madera , tablestacas , escolleras y gaviones , tierra reforzada , vertederos de mínima pérdida de energía , aliviaderos escalonados de desbordamiento de terraplén y sistemas de protección de bloques de hormigón prefabricado.

Todas las presas son propensas a filtraciones por debajo, pero las presas de terraplén también lo son a través de ellas; por ejemplo, la presa de deslizamiento de Usoi presenta fugas de 35 a 80 metros cúbicos por segundo. Una filtración suficientemente rápida puede desprender partículas de los componentes de la presa, lo que acelera aún más la filtración y crea un círculo vicioso que puede destruirla por un fallo de tipo tubería. Por lo tanto, la monitorización de las filtraciones es una consideración de seguridad esencial. ^{[ 13 ]}

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