Obras conexas de la presa

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Departamento de Ingeniería 
Hidráulica y Sanitaria
UNIDAD IV
Ing. Jesús E. Briceño A.
Jesusbrice@hotmail.com
Jesusbrice@gmail.com
mailto:Jesusbrice@hotmail.com
mailto:Jesusbrice@gmail.com
OBRAS CONEXAS DE LA PRESA
• Obras de Desvío.
• Aliviaderos.
• Obras de Toma.
• Obras de Descargas.
La obras conexas constituyen fundamentalmente la
ingeniería hidráulica de un embalse. Las mayoría de las
presas están conformadas por:
FUNCIONES:
OBRAS CONEXAS DE LA PRESA
1. Desvio del río.
2. Descarga del fondo.
3. Generación de Energía.
4. Riego
5. Abastecimiento Urbano
6. Control de inundaciones o de 
crecientes.
7. Mantener una corriente permanente en 
el río.
8. Vaciado del embalse.
9. Extracción de sedimentos.
Características Generales:
 La función de una toma de
embalse es permitir la salida
regulada de las aguas, con el
propósito de cubrir las
demandas correspondientes.
TIPOS:
 Tomas a presión
 Tomas a superficie libre
 Tomas con funcionamiento hidráulico mixto.
Según la forma de captación:
◦ Tomas por gravedad
◦ Tomas por bombeo
Las obras de tomas, por lo general tienen los siguientes
componentes, aunque no necesariamente existen todos ellos en
todas las tomas.
Canal de aproximación:
Conexión entre el embalse y la
toma cuando está no se
encuentra dentro del embalse.
Obra de captación: Es la
estructura hidráulica cuyo
objetivo es captar las aguas
del embalse. La captación
puede realizarse por gravedad
o por bombeo.
Captaciones selectivas: pueden
tomar agua a diferentes niveles,
mediante la construcción de una
torretoma u obra similar, con
aberturas controladas a
diferentes alturas.
Captaciones no selectivas: Sólo captan a un solo nivel.
Conducto de Toma: Es
el conducto que lleva las
aguas captadas hasta la obra
de conducción del proyecto,
puede funcionar a presión, a
superficie libre o con ambos
tipos de flujos.
Controles de regulación:
Encargados de regular y
controlar las aguas a través de la
toma, con el propósito de que
los desagües del embalsen
vayan de acuerdo con las
demandas. Los mecanismos más
utilizados son las válvulas y las
compuertas.
Controles de contingencia: Son aquellos
destinados a permitir las inspección de las obras de tomas
o a facilitar las reparaciones correspondientes.
• Controles de emergencia: Válvulas o compuertas, que
operan totalmente abiertas o cerradas y que se utilizan
cuando los controles de regulación fallan, cortando los
desagües y permitiendo así la reparación de las fallas.
• Controles de entrada: los cuales se colocan al principio de
la toma, operan en forma similar a los de emergencia y
permiten una inspección de toda la toma.
Obras de descarga y disipación: El conducto de 
toma puede descargar de diferentes formas, como pueden 
ser:
• conectándolo directamente a una tubería de
conducción
• conectándolo a una estación de bombeo
• conectándolo a las turbinas de una sala de máquina de
una planta hidroeléctrica
• descargándolo en un canal superficial o
• descargándolo a un lecho natural (río o quebrada).
Obras complementarias: Obras de acceso a la cámara de
maniobras u operación de los controles y la cámara en sí,
obras de protección de taludes, accesos a las tomas( puentes,
carreteras, etc.).
LOCALIZACIÓN DE LAS TOMAS:
• Dentro del cuerpo de la presa
• En los estribos de la presa
• En cualquier otro lugar del embalse.
Canal de aproximación:
1. Garantizar la estabilidad de los taludes, los cuales van a
estar sometidos a un proceso de sumergencia variable.
2. Impedir velocidades de aproximación altas (> 0.5 m/seg),
con el propósito de evitar erosiones indeseables tanto en
los taludes como en el fondo.
3. Garantizar una aproximación a baja velocidad a toda la
estructura de captación, con el propósito de aminorar las
pérdidas de energía de entrada.
Captaciones:
La selección del mejor tipo de toma, tanto
selectiva como sumergida, de acuerdo con cada caso,
depende de los siguientes factores:
• Magnitud del gasto a ser captado.
• Condiciones topográficas y geológicas.
• El contenido de sólidos y basura en el embalse.
• El mantenimiento y factibilidad de operación.
Conductos de toma:
Controlar:
• Asentamiento
• Tubificación
Capacidad del conducto:
• Q conducto > Q Diseño
• Q desvío > Q toma
• Altura de la presa y conducción de la salida en 
la descarga
• Velocidades antierosivas
• Facilidad de construcción (mín túnel > 2m)
• Continuidad de la sección.
• Facilidad de acceso a la cámara de maniobra
Controles de Regulación y Controles de
Emergencia:
Ubicarlos en un mismo sitio (entrada, regulación y
emergencia)
• Controles de entrada: deben permitir la inspección total
de la toma.
•Controles de emergencia: deben estar aguas arriba de los
de regulación.
Para la construcción de una presa es necesario disponer
del sitio de obras seco; es decir deben desviarse las aguas
del río del lugar de los trabajos. El conjunto de obras que
cumplen ese objetivo se denominan obras de desvío.
• Ataguías
• Túnel o conducto
• Contrataguías
Esquema típico de obras de desvió para presas de 
concreto en grandes ríos
Esquema típico de obras de desvió para presas de 
concreto en grandes ríos
Ver Plano
OR-2007-OD-05.dwg
1. Predimensionado del desvío (túnel o conducto).
2. Calcular la curva de gasto del desvío.
3. Calcular la curva de almacenamiento aguas arriba del desvío.
4. Calcular la curva la curva auxiliar ( vs. O) para el 
tránsito de la creciente de desvío.
5. Transitar la creciente de desvío a través del conducto o túnel. 
6. Determinar la altura de la ataguía. 
7. Analizar el esquema de desvío. 
Cálculo de la curva de Gasto del Conducto de 
desviación:
H/D < 1.2  Funcionamiento a superficie libre (como canal)
(Ecuación de Manning)
(Ecuación de Froude)
y y/do A/Ao R/Ro A R Q F
Si F > 1 el flujo es supercrítico y el control está aguas
arriba, por lo tanto, la profundidad más cercana a la
uniforme se alcanzará cerca de la salida del conducto. En
este caso se cumplirá en forma aproximada que:
siendo:
L = Longitud del conducto (m)
S = Pendiente de fondo del canal
Ke = Coeficiente de pérdidas en la entrada del conducto.
Si F<1 el flujo es subcrítico y el control está aguas abajo,
por lo tanto, la profundidad más cercana a la uniforme se
alcanzará cerca de la entrada del conducto.
1.2 < H/D < 1.5 Funcionamiento como orificio
H/D > 1.2  Funcionamiento a presión.
CRITERIOS DE DISEÑO PARA LA DESCARGA DE 
FONDO:
• HNNO/ 3  Se debe descargar entre una semana y un mes
• HNNO  debe poder ser descargado en un tiempo de 3 
meses.
• Q(HNNO/ 2)  Qmedio del río
• Q(HNNO)  3 Qmedio del río
CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL 
DISEÑO DE TÚNELES:
• Geología adecuada ( Roca)
• En los portales mínimo recubrimiento de techo 3
• Se debe cumplir el techo mínimo en todo el alineamiento.
• Si la roca es buena el techo mínimo puede ser menor que 3.
• El túnel debe penetrar en el macizo rocoso.
• Evitar atravesar fallas geológicas.
• Se debe proteger el portal de entrada para evitar
inundaciones.
CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO 
DE TÚNELES:
CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES:
1.- Perforación y voladura 
(Método tradicional)
• Se colocan cargas de dinamita 
para detonar.
• Por tubería se extrae el polvo y 
escombros
• Se utiliza como soporte perfiles 
doble T colocados como costillas.
• Se colocan los servicios: 
Electricidad, ventilación, niveles.
Posibles soportes:
• Costillas de acero
• Anclajes
CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES:
2.- Maquinas excavadoras:
• Topos
• Rozadoras
CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES:
2.- Maquinas excavadoras:
• Topos
• Rozadoras
CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES:
CONSTRUCCIÓN DE TÚNELES:
CARGAS ACTUANTES:
A. Carga vertical de la roca
B. Carga del agua interior
C. Carga del agua exterior
CONSIDERACIONES DE DISEÑO DE 
CONDUCTOS ENTERRADOS
1.- Evitar Asentamientos: Ubicarlos sobre terreno 
firme, sino se excava y se remplaza por material más 
seguro.
Se debe colocar juntas flexibles sobrela fundación.
2.- Evitar la tubificación:
• Se debe considerar la forma del conducto.
• Compactación adecuada.
• Evitar bordes agudos
• Colocar collares.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO DE 
CONDUCTOS ENTERRADOS
CARGAS SOBRE EL CONDUCTO:
• Carga vertical del terreno
• Carga lateral del terreno.
• Reacción de la fundación.
• Carga del agua interior
• Carga del agua exterior
Funciones: Los aliviaderos tienen como función evacuar los
excesos de aguas no regulables de los embalses, de tal forma que
se cumpla lo siguiente:
• Se garantice la integridad física de la presa y de las obras de
embalse conexas.
• Se garantice que no se causen daños inaceptables aguas
abajo.
Son con frecuencia estructuras independientes de las obras de
embalse (presas y tomas), pero en algunas ocasiones están
integrado a ellas.
Clasificación de aliviaderos:
Tipo lámina vertiente: la estructura de control tiene la forma
de la lámina inferior del chorro proveniente de un vertedero
de pared delgada.
Tipo caída libre: La estructura de control es básicamente un
vertedero de pared angosto o ancha. El agua, luego de pasar
sobre la cresta, cae libremente hasta el lecho del río receptor.
Tipo Abanico: Es una variación del topo lámina vertiente, con
la modificación de que la cresta tienen una curvatura
apreciable.
Clasificación de aliviaderos:
Tipo Canal lateral: En esta clase de aliviadero el agua del
embalse penetra al aliviadero a través de un vertedero de
lámina vertiente, cayendo a un canal situado
aproximadamente paralelo a su cresta; por lo tanto, el agua
cruza en un ángulo cercano a los 90.
Tipo embudo o vertical: Estos aliviaderos son similares a las
tomas del mismo nombre. En ellos el agua se acerca al
aliviadero en forma radial y aproximadamente horizontal y al
penetrar al embudo gira un ángulo de 90 u otro cercano a
él.
Clasificación de aliviaderos:
Tipo rápido disipador: es un aliviadero tipo lamina vertiente,
pero que una en una sola estructura
Tipo orificio: un aliviadero tipo orificio se encuentra
generalmente ubicado en el fondo de la presa y por ello, son
también conocidos como descarga de fondo. el rápido y el
disipador.
Clasificación de aliviaderos:
Tipo alcantarilla: Como su nombre lo indica, consisten en un
conducto cerrado que atraviesa el cuerpo de la presa o uno de
sus estribos y que tiene un funcionamiento hidráulico del
llamado tipo alcantarilla, es decir, pueden funcionar con
superficie libre o a presión, con control a la entrada o a la salida.
Tipo sifón: Este tipo de aliviadero hace uso del llamado efecto
sifón; es decir el agua no supera el punto alto del conducto sino
cuando adquiere una carga suficiente.
Selección de la crecida del proyecto: 
• En ningún caso Tr debe ser inferior a 10 años y para presas de
mediana y gran envergadura (alturas mayores de unos 30
metros) la cifra anterior debe ser al menos 500 años.
• Si el embalse está situado aguas arriba de poblaciones de
mediana y gran magnitud, el valor de Tr no debe ser menor de
1000 años.
• Cuando la ruptura de la presa signifique que queda suprimido
el servicio prestado, sin existir alteraciones mínimas de
sustitución a corto plazo, y se afecten áreas y poblaciones
importante , el valor mínimo de Tr debe ser 1000 años.
Componentes de un aliviadero: 
• Canal de aproximación.
• Estructura de control
• Estructura de 
conducción 
• Estructura de disipación 
• Canal de descarga 
Localización de los aliviaderos: Ubicar el o los aliviaderos de un
embalse depende de varios factores, entre los cuales merecen
destacarse:
• Tipo de presa
• Ubicación de otras obras
de embalse.
• Ubicación de las obras
conexas.
• Topografía
• Geología
• Tamaño y tipo de
aliviadero.
CONSIDERACIONES GENRALES DE DISEÑO: 
Canal de aproximación:
• Velocidades máximas; deben mantenerse lo más bajas 
posibles, usualmente del orden de 0.5 m/seg, con el fin 
de minimizar pérdidas y evitar erosión de los canales no 
revestidos (flujo subcrítico).
•Garantizar que las aguas lleguen a la estructura de 
control con flujo lo más uniforme posible.
CONSIDERACIONES GENRALES DE DISEÑO: 
Estructura de Control:
El criterio básico de diseño de una estructura de control, es definir
una curva de gastos lo más nítida posible y que se adapte a las
condiciones de operación del embalse (nivel máximo aceptable,
desagües apropiados, etc).
La mayor parte de estructura de control tienen curva de gastos
definidas por ecuaciones del tipo vertedero:
donde q es el gasto desaguado en m3/seg, Cd
el coeficiente de descarga, L la longitud neta
efectiva de la cresta en m y H la altura de la
línea de energía sobre la cresta del vertedero
en m (carga total).
CONSIDERACIONES GENRALES DE DISEÑO: 
Estructura de conducción:
• La primera recomendación general del diseño es: un
aliviadero a superficie libre es preferible, salvo que resulte
demasiado costoso.
• Una segunda recomendación general del diseño, también
dentro de lo razonablemente económico, sería mantener
alineamientos rectos tanto en el trazado vertical como en el
horizontal y además, evitar al máximo posible los cambios de
sección.
• La tercera recomendación sería el logro de un flujo lo más
estable posible, donde se minimicen las vibraciones y las ondas
y se controlen las presiones negativas para evitar cavitación.
CONSIDERACIONES GENRALES DE DISEÑO: 
Estructura de disipación:
• Trampolines: denominados disipadores
de lanzamiento, de chorro o de salto en ski.
• Pozos amortiguadores: son disipadores
diseñados de forma que induzcan la
creación del resalto hidráulico.
• Vórtices sumergidos.
• Disipadores de impacto: Son aquellos
donde la disipación de energía ocurre por el
choque del agua con un obstáculo.
• Disipación mediante válvulas.
CONSIDERACIONES GENRALES DE DISEÑO: 
Canal de descarga:
• Garantizar las transferencia de las aguas hasta el curso
receptor final, de forma tal que en este último no se causen
socavaciones indeseables.
• Permitir en el canal velocidades que no causen la erosión de
los lados y el fondo del mismo.
•Garantizar en su extremo superior los niveles de agua
requeridos para el apropiado funcionamiento del disipador.