REPRESAS DE CONCRETO - (De gravedad, arco o bóveda, contrafuertes)
REPRESAS DE CONCRETO
Las represas o presas de concreto, son estructuras de grandes dimensiones diseñadas para embalsar un flujo de agua, que se caracterizan por utilizar el cemento como uno de sus materiales de construcción, el cual las hace ser mas compactas, resistentes y duraderas. Según su forma existen 3 tipos: De gravedad, contrafuertes y de arco o bóveda.
¿Qué es una represa de concreto?
La humanidad desde que se volvió sedentaria se ha establecido cerca de los ríos para aprovechar el recurso del agua; sin embargo, con forme las civilizaciones se fueron acrecentando se dificultó la tarea de distribuir el agua, fue ahí donde el hombre por medio de ramas y piedras logró crear las primeras represas para lograr desviar el agua o embalsarla para ser aprovechada en épocas de sequía. Las represas a lo largo del tiempo fueron evolucionando empezando como represas de piedra hasta ser de concreto llegando a tener cantidades de almacenaje suficiente para satisfacer las necesidades de una comunidad.
Tipos de represas
1) Presa de gravedad
La finalidad de estas es resistir las fuerzas mediante su propio peso, las fuerzas principales que actúan sobre estas son, fuerza al deslizamiento y fuerza al volcamiento. Como su nombre lo indica están constituidas principalmente por concreto, el cual se compone de cemento, gravas y arenas la actuación en conjunto de estos materiales genera un mayor peso, comparado si se construyera una presa con un solo tipo de estos materiales. Al aumentar el peso con esta mezcla se logra reducir la relación del ancho de la presa y su altura, ya que con menos cantidad de material se logran diseños óptimos debido a que el concreto se adapta a cualquier forma deseada mejorando los procesos de construcción. (Castillo, Romero & Gonzalo, 2019)
2) Presa de arco o bóveda
Las presas de arco o bóveda se caracterizan por presentar o bien una curvatura horizontal o una doble curvatura (una horizontal y otra vertical) teniendo una resistencia al empuje del agua de forma tridimensional predominando la una transmisión de fuerzas de manera horizontal distribuyendo la carga del agua entre los estribos de la presa a comparación de la presa de gravedad donde el componente principal es la distribución vertical de las cargas hacia el cimiento. Este tipo de presas pueden ir en una forma combinada con las presas de gravedad o de contrafuertes ofreciendo un mayor ábaco de posibilidades, de verse una presa que combine dos conceptos se suele observar que la base de dicha presa presenta un amplio espesor ofreciendo un mejor comportamiento a cualquier variación de las cargas debido a las aguas del embalse. (Santaella & Morales, 2001)
3) Presa de contrafuertes
Las presas en contrafuertes están constituidas por un parámetro relativamente delgado, este es apoyado por contrafuertes de tal manera que este se afiance y se convierta en una verdadera acción estructural, se podría decir que es una versión aligerada de la presa de gravedad. (Soto & Swain, 2005)
Impacto ambiental de una represa de concreto
Para la Comisión Internacional de Grandes Presas (CIGP), las presas facilitan el desarrollo, pues la energía y el agua son indispensables para el desarrollo de una nación. Se cree que las presas producen un 20% de la electricidad mundial y un 7% de la energía total sin efectos nocivos para la capa de ozono. También pueden suministrar agua potable y regar las tierras de cultivo. (Santaella & Morales, 2001)
Sin embargo, el aumento de la población y su expansión genera complicaciones ahora en la construcción de una presa, es por ello que ahora se necesita realizar un estudio del impacto en el ambiente que genera una represa, como principal cambio se tiene la variación del microclima pues un embalse al ser una gran acumulación de agua absorbe durante el día el calor para liberarlo en la noche lo que evita la presencia de temperaturas extremas y convirtiéndolas en regulares. Dichos cambios generan una alteración tanto en la flora y fauna presente en los alrededores.
Como parte de las desventajas en la construcción de una represa está la formación de dos zonas, una, aguas arriba de la presa y otra, aguas abajo, lo que genera una zona de riesgo en caso de presentarse alguna irregularidad pudiendo ocasionar daños irremediables a vidas humanas, medio ambiente y economía. También es por estas posibles situaciones que se prevén planes de emergencia en caso de riesgo donde las poblaciones en riesgo son capacitadas e informadas para una óptima evacuación en caso de presentarse una incidencia.
Calor de hidratación generado
Este tipo de construcciones a gran escala necesita una basta cantidad de cemento cuantificada en metros cúbicos, esta gran cantidad de material llega a generar un calor de hidratación demasía por la gran extensión que debe cubrir por ello el calor generado debido a la composición misma del cemento.
En este aporte de calor debido a procesos de hidratación participan los distintos constituyentes del cemento, de forma que es el aluminato tricálcico con 207 cal/g y la cal libre con 279 cal/g los que más calor desarrollan, y siendo el silicato bicálcico el que menos, con 62 cal/g. (Sánchez, Frías, & Rivera, 2000)
La proporción presentada en las bolsas de cemento determina la cantidad de calor generado que se verá presente al momento de su aplicación en obra, es por ello que se busca un cemento ideal que cumpla con los requerimientos de una aplicación masiva dentro de una obra de modo que apoye tanto en su aplicación como en los procesos posteriores de curado para evitar que este se fisure por un exceso de calor de hidratación que no puede ser sanado de manera convencional.
Refrigeración
Aunque el tipo de cemento que se utilice sea el ideal para este tipo de obras la cantidad de calor generado sigue siendo exponencial por la gran cantidad de metros cúbicos que se van a necesitar dentro de la estructura de la represa es por ello que se debe complementar con agua gélida dentro del curado de este concreto, esto se puede lograr mezclando hielo en el agua, mezclando nitrógeno líquido, agregando escarcha de hielo, esta agua es distribuida por a lo largo de la estructura por tuberías previamente instaladas con la finalidad de curar dicha mezcla al mismo tiempo que reduzca drásticamente su calor generado. Adicionalmente en el agua que se distribuya se puede acoplar cenizas volantes o escorias de alto horno. (Silva, 2020)
Técnica de construcción
A) Concreto Compactado con Rodillo (CCR) o (RCC)
El concreto compactado con rodillo (CCR) se define como “Un concreto de resistencia seca, asentamiento nulo, que coloca de forma continua y su consolidación se realiza con un rodillo vibrante”. Es decir, el Concreto Compactado con Rodillo es un material porque su dosificación y consistencia defieren del concreto convencional, y técnica, puesto que su manejo requiere un procedimiento diferente al utilizarlo en el concreto convencional. (LUZ ELENA, 1999)
Dentro de sus características principales podemos encontrar una mayor resistencia en sus propiedades mecánicas con una presencia menor de cemento y además el beneficio de poder instalar grandes volúmenes en un periodo de tiempo corto. En él, los agregados juegan un papel importante en los costos ya que deberán de considerarse agregados que estén cerca de la zona que cumplan las exigencias, que minimicen los vacíos en la mezcla y, por lo tanto, la cantidad de mezcla (cemento, puzolanas y agua) necesaria para alcanzar las exigencias a compresión. (GREGORIO B., 2009)
Características generales:
☻ El CCR endurecido alcanza una resistencia, impermeabilidad, densidad y durabilidad, comparables al del concreto convencional.
☻ Las presas de CCR destacan por abaratar gastos en materiales y en simplificación con las dimensiones de las presas.
Componentes del CCR.
Los materiales usados para producir CCR son similares a los que se conocen para la elaboración del concreto convencional, los componentes utilizados son cemento, agua, agregado grueso y fino, y algunas veces aditivos químicos. De igual manera que para un concreto convencional los materiales utilizados deben de cumplir con los requerimientos mínimos aplicables que proporcione una mezcla adecuada, económica y funcional.
Cementos utilizados en presas.
En presas el cemento utilizado es el ASTM C 150 Tipo II (resistente a los sulfatos) y Tipo IV (calor de hidratación moderado), y los cementos mezclados ASTM C 595, Tipo IP (cemento-puzolana) y ASTM C 595 Tipo IS (Cemento Portland con escoria de alto horno) El Tipo IP es el más utilizado en la mayoría de las presas y se compone de una mezcla con adiciones en un 30 % o un 80 % del peso de puzolanas naturales o artificiales.
Agregados.
Los agregados se definen como el material granular que abarca aproximadamente el 75 % al 85 % por ciento del volumen de una mezcla de CCR, y cuya finalidad es conformar el esqueleto del concreto y por lo tanto afectan de manera significativa las propiedades de éste en estado fresco como en estado endurecido. Los agregados deben de consistir en partículas duras, limpias, durables, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimiento de arcilla y otros materiales finos que puedan afectar la hidratación y la adherencia de la pasta del cemento.
La mayoría de proyectos de CCR han sido construidos con agregados que cumplen con los requerimientos del ASTM C 33 (Especificación Estándar de Agregados para Concreto), con la excepción en una cantidad aumentada de finos que pasan la malla Nº 200. Los límites de los requerimientos físicos y materiales nocivos para los agregados a ser usados en CCR deberán de cumplirse.
El tamaño máximo del agregado para la fabricación del CCR en presas, los proyectistas lo limitan a la cuarta parte del espesor de la capa, por lo tanto, para capas compactadas de 30 cm, se utilizan agregados entre 75 mm y 80 mm (aproximadamente 3 pulg).
B) Método convencional
Para este método se utiliza concreto convencional vibrado, en presas no tan masivas como la presa de gravedad de concreto, por ejemplo en presas de contrafuertes, arco o bóveda.
Este método implica muchos más recursos en comparación al método del CCR, ya que necesita mucho más cemento, y se incorpora al cuerpo de la presa por monolitos (Bloques independientes), para llenar estos monolitos se requiere de formaletas (Moldes) los cuales sirven para encofrar el concreto.
A continuación el concreto es vibrado con maquinas manuales, y se deja reposar para su curado.
Por ser un concreto convencional, y al estar agrupado en grandes cantidades; este generará mucho calor de hidratación, por lo cual es casi fundamental que se aplique técnicas de refrigeración; en muchos casos se elije un cemento a utilizar que genere un moderado calor de hidratación.