Presas TECNOL.

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Según el Diccionario de la Lengua Española (19 ed. Madrid 1970), p. es la "acción de prender o tomar una cosa", y también "muro grueso de piedra u otros materiales que se construye a través de un río, arroyo o canal, para detener el agua a fin de derivarla fuera del cauce". El segundo significado es una consecuencia del primero, pues se toma el agua para utilizarla en alguna de sus aplicaciones. En época pasada, cuando éstas se limitaban al movimiento de un molino o al riego de unas pocas tierras, se empleaba solamente el agua que llegaba por el río, y a ella habían de acomodarse las necesidades. Pero los ríos tienen un época de estiaje; de ahí la conveniencia de almacenar agua, creando un stock regulador de las variaciones de caudal a lo largo del año. Actualmente, se llama azud la p. de poca altura, construida para derivar o tomar el agua, y presa de embalse o simplemente presa, la que crea un embalse de cierta importancia, y, por tanto, permite almacenar agua para usarla cuando interese. El Diccionario incluye también el verbo represar, que significa "detener o estancar el agua corriente", y represa "obra generalmente de cemento armado, para contener el curso de las aguas". Por tanto, represa es sinónimo de p., pero en España se usa solamente el término presa. En cambio, en varias naciones de Hispanoamérica, el término represa es el empleado habitualmente. En lenguaje técnico, se llama p. a una estructura destinada a cerrar un valle para almacenar agua, y que puede estar construida con materiales diversos (mampostería, hormigón, tierra, escollera, etc.).

La p., como estructura, ha de tener suficiente resistencia para soportar las acciones que sobre ella actúan. Además, ha de retener el agua logrando la debida estanqueidad; es decir, conviene que no existan filtraciones a través de la p. y de la roca de cimentación, pues, aparte de perderse agua embalsada, pueden arrastrar o disolver partículas y producirse fenómenos de degradación en la p. o el cimiento, con aumento del caudal filtrado. Finalmente, la p. ha de tener durabilidad frente a la meteorización, variaciones térmicas, heladas, etc. Se debe tender a que se mantenga en buen estado, aunque pasen siglos. El hombre siempre necesitará agua para sus usos, y conviene recordar que en España están todavía en servicio las p. de Proserpina y Cornalbo, construidas en el s. tt para abastecer de agua a Mérida.

La p. ha de resistir el empuje del agua, o empuje hidrostático, que en cada punto es normal al paramento de agua arriba, y actúa con una presión p=yh, siendo y el peso específico del agua; h, la altura de agua existente por encima del punto considerado. Normalmente, se considera y=1, siendo entonces la ley de presiones una recta inclinada 45°. También ha de resistir el empuje de los sedimentos, que inevitablemente se depositan en el fondo y que muchas veces presionan contra la p., y, en climas fríos, el empuje del hielo, que se forma en la superficie del embalse. Los terremotos determinan incrementos instantáneos de la presión del agua, pues el movimiento vibrante u oscilatorio de la p. no está en completa concordancia con el del agua. Además, se producen con frecuencia grandes olas que hacen aumentar el empuje hidrostático, y pueden provocar daños; si vierten por encima de la presa. Por otra parte, las oscilaciones originan en la masa de la p. fuerzas de inercia que pudieran llegar a romperla, aunque el embalse esté vacío. Otra acción a considerar es el peso propio de la p., que normalmente actúa como estabilizador en mayor o menor grado, según el tipo de presa. Finalmente, hay que tener en cuenta que ni la p., ni su cimiento, son totalmente impermeables. Aunque sea con caudal muy reducido, el agua filtra a través de ellos, determinando una presión intersticial, que disminuye desde el paramento de agua arriba hasta tomar valor cero en el punto de la línea de corriente donde existe presión atmosférica. Supongamos una p. y en ella una sección AB (fig. 1); si la permeabilidad tiene igual valor en toda la sección, la presión varía según la línea recta CD. Al estudiar el equilibrio de la zona de p. que queda por encima de AB, hay que tener en cuenta la acción de esta subpresión siempre desfavorable, pues tiende a facilitar el deslizamiento. Sólo se conoció con claridad el fenómeno de subpresión a fines del s. xix, con motivo de las roturas de las p. de Bouzey (Francia) y El Habra (Argelia), cuyo perfil resistente resultaba insuficiente al contar también la subpresión. Interesa reducir lo más posible el volumen de las fuerzas de subpresión, y para ello hacer muy impermeable la zona próxima al paramento de agua arriba, colocando a continuación una fila de drenes que disminuyan la presión intersticial. La ley resulta del tipo CMD (fig. l). Por el contrario, si el paramento de agua arriba se fisura por estar sometido a esfuerzos de tracción, y si además la zona de agua abajo es bastante impermeable, resulta una ley como la CND notablemente más desfavorable, pues es mucho mayor el volumen total de subpresiones.

Presas de gravedad. Son aquellas cuya resistencia se debe fundamentalmente a su peso propio. La p. puede estar formada por una serie de bloques independientes, entre los cuales existan juntas, que permiten movimientos relativos de los dos bloques contiguos, y, por tanto, la resistencia y estabilidad se estudia en secciones planas verticales. Hace falta que sea estable tanto la totalidad de la p., junto con su cimiento, como cualquier parte de ella. Por consiguiente, en toda posible superficie de rotura, bien por la p., por su cimiento o por el contactoentre ambos, las fuerzas resistentes (en las que interviene la cohesión y el rozamiento) han de ser mayores, con el debido margen de seguridad, que las acciones que tienden al movimiento. La p. también ha de ser estable al vuelco. No sería admisible que la resultante de las fuerzas de peso propio, empuje hidrostático y subpresión saliese fuera de la base de la p., tendiendo a producir un giro alrededor de su pie de agua abajo. Finalmente, es necesario que en todo punto de la p., las tensiones sean menores que la carga a que pueda trabajar el material de que esté construida (normalmente hormigón); corriente mente se considera como carga de trabajo la de rotura dividida por un coeficiente de seguridad igual a 3,0. Las máximas compresiones y tensiones cortantes se producen en el pie de agua abajo de la p., mientras que en el de agua arriba pueden aparecer tracciones. Se exige que sean nulas éstas, para alejar el peligro de posible fisuración y consiguiente aumento de la subpresión. Las tensiones se pueden calcular aplicando las hipótesis de la resistencia de materiales (v. MATERIALES I), es decir, existe una dimensión predominante, y las secciones perpendiculares a ella se conservan planas después de la deformación; resulta, como consecuencia, que las tensiones en cualquier sección horizontal varían linealmente desde el paramento de agua arriba al de agua abajo. En la mayoría de los casos, proporciona suficiente aproximación, aunque en algunos da lugar a errores importantes. Tampoco son exactos los resultados obtenidos con el método de Pigeaud, basado en la teoría de la elasticidad (v.), pero que considera la p. como un triángulo indefinido, pues de otro modo las ecuaciones no son integrables. El método que consigue valores más aproximados a la realidad es el llamado de los elementos finitos. Se descompone la p. en pequeños elementos, normalmente triangulares o rectangulares; ha de realizarse con auxilio de una calculadora electrónica.

Presas de contrafuertes. En vez de ser macizas, tienen una especie de refuerzos para aumentar la resistencia al vuelco y conseguir la deseada estabilidad con menor masa de hormigón. Simultáneamente, los huecos que quedan entre los contrafuertes consiguen un efecto drenante; al ser menor la subpresión, se puede tener igual estabilidad al deslizamiento, aunque se haya reducido la masa de hormigón. Casi siempre, para aumentar la estabilidad al deslizamiento, se inclina el paramento de agua arriba; con ello se aprovecha el efecto estabilizador del peso de la cuña de agua que está encima de la presa. Las p. de contrafuertes pueden conseguir un ahorro de un 20% o un 30% del volumen de hormigón de una p. de gravedad; en cambio, requieren notablemente mayor superficie de encofrado, y además presentan mayores dificultades constructivas, debiendo ser el hormigón de mejor calidad. Por ello, suelen resultar con un coste similar a la p. de gravedad y rara vez consiguen un ahorro del 10%.

Presas bóveda. Logran la resistencia fundamentalmente gracias a su forma arqueada, transmitiendo el empuje hidrostático a las laderas, mientras que en las p. de gravedad se transmite casi exclusivamente en dirección vertical y, por tanto, resulta el fondo del valle la parte más cargada. En España, la p. de Elche, con una altura de 23 m., fue construida en el s. XVII; resiste el empuje del agua gracias a su forma arqueada, y es una de las realizaciones más antiguas de este tipo de presas. Hacia el primer tercio de nuestro siglo, las p. bóvedas se consideraban como una yuxtaposición de arcos, de directriz circular, y se hacía que el paramento de agua arribaresultase un cilindro de generatrices verticales. De ahí el nombre de presas arco. Incluso se construyeron algunas, siguiendo las ideas del ingeniero español A. Peña Boeuf (1888-1966), con dispositivos adecuados para permitir movimientos independientes entre los distintos arcos. Al profundizar los conocimientos, se vio que la unión de los arcos entre sí suele originar tracciones en las ménsulas, en su pie de agua arriba y en el paramento de agua abajo, aproximadamente en su tercio superior. Estas tracciones se evitan desplomando las ménsulas, hacia agua arriba en la parte baja, y hacia agua abajo en la parte superior, para que el peso propio del hormigón contrarreste las tracciones. Resultan así las ménsulas con acusada curvatura vertical, y se empezó a llamar presas cúpulas las que tienen esta forma. Las p. modernas tienen siempre curvatura vertical y, por ello, hoy día no se hace distinción entre p. arco y p. cúpula. .Otra innovación importante en las p. bóveda fue la de hacerlas con arcos, es decir, secciones horizontales, no circulares, sino de radio de curvatura menor en la clave que en los arranques. Se consigue así mejor reparto tensional, tanto en arcos como en ménsulas, y una incidencia más favorable en las laderas. Aunque las p. bóveda son menos sensibles que las de gravedad al efecto desfavorable de la subpresión, también debe establecerse en ellas un sistema de drenaje para reducirla lo más posible. Poseen mayor reserva de resistencia que las de gravedad, pudiendo soportar incrementos importantes de las cargas. Así, la p. de Vajont no se rompió, aunque pasó sobre ella una ola de gran altura (en el embalse de Vajont, cayó súbitamente una masa de terreno de 3 Km. de longitud por 500 m. de ancho y 30 de profundidad; como consecuencia de ello, el agua del embalse saltó por encima de la p., con una altura que variaba desde 25 a 40 m, en la orilla izquierda) con el consiguiente incremento del empuje hidrostático. El cálculo de las p. bóveda ofrecía dificultades prácticamente irresolubles, hasta que se extendió el empleo de las calculadoras electrónicas, las cuales permiten realizarlo con aproximación suficiente y con plazo y coste razonables.

Presas de materiales sueltos. Las p. de gravedad, de contrafuertes y bóvedas, se construyen con hormigón, cuya resistencia por cohesión es relativamente alta; pero también se pueden construir p. con escollera, gravas, arenas, tierra, etc., es decir, con materiales de poca o ninguna cohesión, que se conocen con el nombre genérico de materiales sueltos. Probablemente, los primeros diques realizados por el hombre estaban hechos de tierra y piedras mezclados con ramaje; en época histórica, se tiene certeza de que en Mesopotamia e India fueron construidas con tierra p. de cierta importancia, y, en el siglo pasado, los pioneros que colonizaron el Far West americano, para atender necesidades de agua en minas y regadíos, hubieron de hacer p. con tierra, que era el material más fácilmente disponible. Hoy día, la construcción de carreteras, aeropuertos, etc., ha llevado a perfeccionar y abaratar la maquinaria para movimiento de tierras, mientras que ha aumentado considerablemente el coste de la mano de obra. Por eso, las p. de materiales sueltos son actualmente más económicas en la mayoría de los casos. Sólo si la cerrada es estrecha, y el cimiento de buena calidad, resulta más ventajosa la p. bóveda, y si el caudal de avenida es muy fuerte convendrá adoptar la p. de gravedad. Como toda otra p., la de materiales sueltos ha de satisfacer las condiciones de resistencia y estanqueidad. La resistencia es debida al rozamiento y la cohesión que existan entre las partículas. La p. más alta del mundo, la de Nurek, en la URSS, con 304 m. de altura, es de materiales sueltos, y aún puede haber otras más altas, pues, desde un punto de vista teórico, no existe limitación en la altura de este tipo de p., mientras que la tensión máxima que puede resistir el hormigón pone límite a la altura de una p. bóveda. La condición de impermeabilidad se satisface directamente si la p. está construida con tierra arcillosa. En cambio, los materiales llamados granulares (escollera, grava, arena) tienen mayor resistencia, pero son permeables, y las p. realizadas con ellos han de conseguir la estanqueidad mediante una pantalla dispuesta sobre el talud de agua arriba y realizada con losas de hormigón armado, o con un aglomerado asfáltico, parecido al que se emplea en pavimentos de carreteras, o bien mediante un núcleo de material arcilloso. Este núcleo puede estar en la zona central de la p., o bien inclinado hacia la parte de agua arriba; ha de tener espesor suficiente, y llevar a ambos lados filtros para impedir arrastres de sus partículas finas hacia los huecos existentes entre el material granular que constituye el resto de la presa. La estabilidad o capacidad resistente se determina mediante cálculo, suponiendo una serie de superficies deslizantes, y hallando en cada una de ellas la relación entre acciones estabilizadoras y acciones que tienden a producir el deslizamiento; se llama coeficiente de seguridad de la p. al mínimo de todos los cocientes que resultan para las distintas superficies. Mediante las calculadoras electrónicas, se pueden calcular numerosas superficies de deslizamiento en un tiempo reducido.

Aliviaderos. Cuando el embalse está lleno, la p. ha de tener dispositivos para evacuar el exceso de agua que aporta el río, sin que se produzcan daños en ella. Los aliviaderos, que normalmente se disponen a cotas altas (aliviaderos de superficie), cumplen esta misión. Si la p. es de hormigón, el agua puede verter sobre ella (p. vertedero). En cambio, no pueden pasar las crecidas sobre las p. de materiales sueltos, pues el agua podría arruinarlas por erosión y arrastre del material, y requieren el aliviadero en un canal o túnel lateral, independiente de la presa. Todo aliviadero ha de tener: a) una embocadura, que puede ser de labio fijo, o bien con unas compuertas, que se abren o cierran a voluntad, de modo que el caudal depende no sólo del nivel del embalse, sino también del grado de apertura de las compuertas; b) una zona de amortiguamiento donde ha de disiparse la fuerza viva adquirida por el agua al descender de cota, para que siga por el río lo más tranquila posible, y no produzca erosiones en la propia p., carreteras o construcciones existentes, laderas del río, etc. Una p. permite reducir los daños que producen las crecidas del río, pues éstas se pueden laminar, dejando salir -del embalse menor caudal que el que llega, y disminuir las inundaciones en la zona de agua abajo; con frecuencia, es rentable construir una p., aunque sólo sea con este fin. En España, la p. del Agujero sirve para proteger Málaga de las crecidas del río Guadalmedina. Recibe este nombre por tener un túnel o "agujero"; el embalse se mantiene normalmente vacío, almacenando agua en las avenidas que llegan con mayor caudal del que puede pasar por el túnel.

Desagües y tomas. La p. ha de estar provista de tomas, es decir, dispositivos para "tomar" el agua y conducirla a los sitios en que va a ser utilizada, y de desagües profundos, que permiten vaciar el embalse si se quiere revisar la p., o si surgiese una situación peligrosa para su estabilidad. En las p. de hormigón, las tomas y desagües se disponen mediante tuberías que atraviesan el cuerpo de la p. y quedan embebidas en el hormigón, mientras que en las de materiales sueltos se hacen a través de galerías en las laderas, o de un túnel artificial sobre el lecho del río. Tanto en uno como en otro tipo de p., deben llevar siempre doble sistema de cierre.

Accidentes en presas. Auscultación y control. Las p. reportan beneficios incalculables, pudiéndose asegurar queson indispensables para la civilización. El agua, en volúmenes enormes, es esencial para la vida moderna y se precisan embalses para adecuar las aportaciones del río a la demanda de cada momento. Como contrapartida, la Humanidad ha pagado en una serie de casos el tributo. Los accidentes en el caso de las p. revisten características especiales, porque sus consecuencias afectan a extensas zonas situadas agua abajo. Casi todos ellos han sido consecuencia de la necesidad de p. cada vez más altas, a costes relativamente menores, para atender los requerimientos de agua, llevando a realizaciones prácticas por delante de los conocimientos teóricos. Actualmente, se dispone de eficaces herramientas de cálculo y de la experimentación en modelos reducidos, con lo cual, aun antes de construir una solución o disposición nueva, se puede comprobar y conocer cómo será su comportamiento. Además, existen organismos dedicados a vigilar detalladamente no sólo las p. de nueva realización, sino también las que están en funcionamiento, para asegurarse de que el tiempo no va deteriorándolas, y poner remedio, caso de que así sucediese. Se realiza una auscultación, midiendo filtraciones, presiones intersticiales, tensiones, corrimientos, etc., y se controla que se mantienen con valores normales para tomar las disposiciones convenientes si surgiese alguna anomalía. De este modo, hay garantía del buen comportamiento de las p.

A. ALVAREZ MARTÍNEZ.

BIBL.: Los grandes avances tecnológicos sobre p., en los últimos años, hacen que libros con sólo un par de lustros resulten un tanto anticuados, y que recientemente no se hayan escrito obras de carácter general. No obstante, el lector puede consultar J. L. GOMEZ NAVARRO y J. JUAN-ARACIL, Saltos de agua y presas de embalse, Madrid 1953; H. VARLET, Presas de embalse, Madrid 1972; A. H. CULLEN, Ríos encadenados, México 1964; W. H. DREZE, Presas gigantescas y aguas apacibles, México 1968; R. G. KAZMANN, Hidrología moderna, México 1969; J. Ruiz ZORITA, Obras hidráulicas, Barcelona 1971; M. DíAZ MARTA, Las obras hidráulicas en España, México 1969. Para conocer los adelantos modernos, se debe acudir a las publicaciones de los Congresos Internacionales de Grandes Presas (ICOLD), que se celebran cada tres años.