Presa

La presa Edersee en Hesse, Alemania

Pequeña presa cerca de Groningen, Países Bajos

Una presa es una barrera que detiene o restringe el flujo de agua superficial o corrientes subterráneas. Los embalses creados por las represas no solo suprimen las inundaciones, sino que también proporcionan agua para actividades como el riego, el consumo humano, el uso industrial, la acuicultura y la navegabilidad. La energía hidroeléctrica a menudo se usa junto con las represas para generar electricidad. Una presa también se puede usar para recolectar o almacenar agua que se puede distribuir uniformemente entre ubicaciones. Las represas generalmente tienen el propósito principal de retener agua, mientras que otras estructuras, como compuertas o diques (también conocidos como diques), se utilizan para administrar o prevenir el flujo de agua hacia regiones terrestres específicas. La presa más antigua conocida es la presa Jawa en Jordania, que data del 3000 a.

La palabra dam se remonta al inglés medio y, antes de eso, al holandés medio, como se ve en los nombres de muchas ciudades antiguas, como Ámsterdam y Róterdam.

Historia

Presas antiguas

La construcción temprana de represas tuvo lugar en Mesopotamia y el Medio Oriente. Las presas se utilizaron para controlar los niveles de agua, ya que el clima de Mesopotamia afectó a los ríos Tigris y Éufrates.

La presa más antigua que se conoce es la presa de Jawa en Jordania, a 100 kilómetros (62 mi) al noreste de la capital, Ammán. Esta presa de gravedad presentaba originalmente un muro de piedra de 9 metros de alto (30 pies) y 1 m de ancho (3,3 pies), sostenido por una muralla de tierra de 50 m de ancho (160 pies). La estructura está fechada en el año 3000 a.

La antigua represa egipcia Sadd-el-Kafara en Wadi Al-Garawi, a unos 25 km (16 mi) al sur de El Cairo, tenía 102 m (335 ft) de largo en su base y 87 m (285 ft) de ancho. La estructura se construyó alrededor de 2800 o 2600 a. C. como una presa de desvío para el control de inundaciones, pero fue destruida por fuertes lluvias durante la construcción o poco después. Durante la Dinastía XII en el siglo XIX a. C., los faraones Senosert III, Amenemhat III y Amenemhat IV excavaron un canal de 16 km (9,9 mi) de largo que unía la depresión de Fayum con el Nilo en el Medio Egipto. Se construyeron dos represas llamadas Ha-Uar que corren de este a oeste para retener el agua durante la inundación anual y luego liberarla a las tierras circundantes. El lago llamado Mer-wer o lago Moeris cubría 1700 km² (660 sq mi) y hoy se conoce como Birket Qarun.

A mediados o finales del tercer milenio antes de Cristo, se construyó un complejo sistema de gestión del agua en Dholavira, en la India actual. El sistema incluía 16 embalses, presas y varios canales para recolectar agua y almacenarla.

Una de las maravillas de la ingeniería del mundo antiguo fue la Gran Presa de Marib en Yemen. Iniciado en algún momento entre 1750 y 1700 a. C., estaba hecho de tierra compactada, de sección transversal triangular, 580 m (1900 pies) de largo y originalmente 4 m (13 pies) de altura, que se extendía entre dos grupos de rocas a cada lado, para que estaba unida por una importante mampostería. Las reparaciones se llevaron a cabo durante varios períodos, la más importante alrededor del año 750 a. C., y 250 años más tarde, la altura de la presa se incrementó a 7 m (23 pies). Después del final del Reino de Saba, la presa cayó bajo el control de los Ḥimyaritas (c. 115 a. C.) quienes llevaron a cabo más mejoras, creando una estructura de 14 m (46 pies) de altura, con cinco aliviaderos, dos esclusas reforzadas con mampostería, un estanque de sedimentación y un canal de 1000 m (3300 pies) a un tanque de distribución. Estas obras no se terminaron hasta el año 325 d. C., cuando la presa permitió el riego de 25 000 acres (100 km²).

Eflatun Pınar es una represa hitita y un templo de manantial cerca de Konya, Turquía. Se cree que data del imperio hitita entre los siglos XV y XIII a.C.

El Kallanai está construido con piedra sin labrar, mide más de 300 m (980 pies) de largo, 4,5 m (15 pies) de alto y 20 m (66 pies) de ancho, cruzando la corriente principal del río Kaveri en Tamil Nadu, en el sur de la India.. La estructura básica data del siglo II d. C. y se considera una de las estructuras de regulación o desviación de agua más antiguas que aún se encuentran en uso. El propósito de la presa era desviar las aguas del Kaveri a través de la fértil región del delta para el riego a través de canales.

Du Jiang Yan es el sistema de riego más antiguo de China que incluía una presa que dirigía el flujo de agua. Se terminó en el 251 a. Una gran presa de tierra, hecha por Sunshu Ao, el primer ministro de Chu (estado), inundó un valle en la actual provincia norteña de Anhui que creó un enorme reservorio de irrigación (100 km (62 mi) de circunferencia), un reservorio que es todavía presente hoy.

Ingeniería romana

La presa romana de Cornalvo en España ha estado en uso durante casi dos milenios.

La construcción de presas romanas se caracterizó por "los romanos' capacidad para planificar y organizar la construcción de ingeniería a gran escala." Los planificadores romanos introdujeron el entonces novedoso concepto de grandes embalses que podrían asegurar un suministro de agua permanente para los asentamientos urbanos durante la estación seca. Su uso pionero de mortero hidráulico a prueba de agua y, en particular, hormigón romano permitió estructuras de presas mucho más grandes que las construidas anteriormente, como la presa del lago Homs, posiblemente la barrera de agua más grande hasta esa fecha, y la presa de Harbaqa, ambas en la Siria romana. La presa romana más alta fue la presa de Subiaco, cerca de Roma; su altura récord de 50 m (160 pies) permaneció insuperable hasta su destrucción accidental en 1305.

Los ingenieros romanos hicieron un uso rutinario de diseños estándar antiguos, como presas de terraplén y presas de gravedad de mampostería. Aparte de eso, mostraron un alto grado de inventiva, introduciendo la mayoría de los otros diseños básicos de presas que se desconocían hasta entonces. Estos incluyen presas de gravedad de arco, presas de arco, presas de contrafuerte y presas de contrafuerte de arco múltiple, todas las cuales eran conocidas y empleadas en el siglo II d. C. (ver Lista de presas romanas). Las fuerzas de trabajo romanas también fueron las primeras en construir puentes de presas, como el Puente de Valeriana en Irán.

Restos de la presa de Band-e Kaisar, construida por los romanos en el siglo III dC

En Irán, las represas puente, como Band-e Kaisar, se usaron para proporcionar energía hidroeléctrica a través de ruedas hidráulicas, que a menudo accionaban mecanismos para elevar el agua. Uno de los primeros fue el puente de la presa construido por los romanos en Dezful, que podía elevar el agua 50 codos (c. 23 m) para abastecer la ciudad. También se conocían presas de derivación. Se introdujeron presas de molienda que los ingenieros musulmanes llamaron Pul-i-Bulaiti. El primero se construyó en Shustar en el río Karun, Irán, y muchos de estos se construyeron más tarde en otras partes del mundo islámico. El agua se conducía desde la parte posterior de la presa a través de una tubería grande para impulsar una rueda hidráulica y un molino de agua. En el siglo X, Al-Muqaddasi describió varias presas en Persia. Informó que uno en Ahwaz tenía más de 910 m (3000 pies) de largo y que tenía muchas ruedas hidráulicas que elevaban el agua a los acueductos a través de los cuales fluía hacia los embalses de la ciudad. Otra, la represa Band-i-Amir, proporcionó riego a 300 aldeas.

Edad Media

En los Países Bajos, un país de baja altitud, a menudo se construían presas para bloquear los ríos a fin de regular el nivel del agua y evitar que el mar entrara en las marismas. Tales represas a menudo marcaban el comienzo de un pueblo o ciudad porque era fácil cruzar el río en ese lugar y, a menudo, influyeron en los nombres de lugares holandeses. La actual capital holandesa, Ámsterdam (antiguo nombre Amstelredam), comenzó con una represa en el río Amstel a fines del siglo XII, y Róterdam comenzó con una represa en el río Rotte, un afluente menor del Nieuwe. Maas. La plaza central de Ámsterdam, que cubre el sitio original de la presa de 800 años de antigüedad, todavía lleva el nombre de Plaza Dam.

Revolución industrial

Grabado de las cerraduras del Canal de Rideau en Bytown

Los romanos fueron los primeros en construir presas de arco, donde las fuerzas de reacción del pilar estabilizan la estructura de la presión hidrostática externa, pero fue solo en el siglo XIX que las habilidades de ingeniería y los materiales de construcción disponibles fueron capaces de construir el primeras presas de arco a gran escala.

A principios del siglo XIX, se construyeron tres represas de arco pioneras alrededor del Imperio Británico. Henry Russel de Royal Engineers supervisó la construcción de la presa Mir Alam en 1804 para suministrar agua a la ciudad de Hyderabad (todavía está en uso en la actualidad). Tenía una altura de 12 m (39 pies) y constaba de 21 arcos de luz variable.

En las décadas de 1820 y 1830, el teniente coronel John By supervisó la construcción del canal Rideau en Canadá cerca de la actual Ottawa y construyó una serie de presas de mampostería curva como parte del sistema de vías fluviales. En particular, la represa Jones Falls, construida por John Redpath, se completó en 1832 como la represa más grande de América del Norte y una maravilla de la ingeniería. Para mantener el control del agua durante la construcción, se mantuvieron abiertas en la presa dos esclusas, canales artificiales para conducir el agua. El primero estaba cerca de la base de la presa en su lado este. Se colocó una segunda esclusa en el lado oeste de la presa, a unos 6,1 m (20 pies) por encima de la base. Para hacer el cambio de la esclusa inferior a la superior, se bloqueó la salida de Sand Lake.

Parramatta, Nueva Gales del Sur, la primera presa construida en Australia

Hunts Creek, cerca de la ciudad de Parramatta, Australia, fue represado en la década de 1850 para satisfacer la demanda de agua de la creciente población de la ciudad. El muro de la presa del arco de mampostería fue diseñado por el teniente Percy Simpson, quien fue influenciado por los avances en las técnicas de ingeniería de presas realizadas por los Ingenieros Reales en la India. La presa costó £ 17,000 y se completó en 1856 como la primera presa de ingeniería construida en Australia y la segunda presa de arco en el mundo construida con especificaciones matemáticas.

La primera represa de este tipo se abrió dos años antes en Francia. Fue la primera presa de arco francesa de la era industrial y fue construida por François Zola en el municipio de Aix-en-Provence para mejorar el suministro de agua después de que el brote de cólera de 1832 devastara la zona. Después de que se concediera la aprobación real en 1844, la presa se construyó durante la década siguiente. Su construcción se llevó a cabo sobre la base de los resultados matemáticos del análisis científico de estrés.

La presa de 75 millas cerca de Warwick, Australia, fue posiblemente la primera presa de arco de hormigón del mundo. Diseñado por Henry Charles Stanley en 1880 con un aliviadero de desbordamiento y una salida de agua especial, finalmente se elevó a 10 m (33 pies).

En la segunda mitad del siglo XIX, se realizaron avances significativos en la teoría científica del diseño de presas de mampostería. Esto transformó el diseño de presas de un arte basado en una metodología empírica a una profesión basada en un marco teórico científico rigurosamente aplicado. Este nuevo énfasis se centró en las facultades de ingeniería de las universidades de Francia y el Reino Unido. William John Macquorn Rankine de la Universidad de Glasgow fue pionero en la comprensión teórica de las estructuras de presas en su artículo de 1857 Sobre la estabilidad de la tierra suelta. La teoría de Rankine proporcionó una buena comprensión de los principios detrás del diseño de presas. En Francia, J. Augustin Tortene de Sazilly explicó la mecánica de las presas de gravedad de mampostería de paramento vertical, y la presa de Zola fue la primera en construirse sobre la base de estos principios.

Era moderna

La presa Hoover de Ansel Adams, 1942

La era de las grandes represas se inició con la construcción de la represa baja de Asuán en Egipto en 1902, una represa de contrafuerte de mampostería por gravedad en el río Nilo. Después de la invasión y ocupación de Egipto en 1882, los británicos comenzaron la construcción en 1898. El proyecto fue diseñado por Sir William Willcocks e involucró a varios ingenieros eminentes de la época, incluidos Sir Benjamin Baker y Sir John Aird, cuya firma, John Aird & Co., fue el contratista principal. El capital y la financiación fueron proporcionados por Ernest Cassel. Cuando se construyó inicialmente entre 1899 y 1902, nunca antes se había intentado nada de su escala; una vez finalizada, fue la presa de mampostería más grande del mundo.

La presa Hoover es una enorme presa de arco de gravedad de hormigón, construida en el Cañón Negro del río Colorado, en la frontera entre los estados de Arizona y Nevada, en EE. UU., entre 1931 y 1936 durante la Gran Depresión. En 1928, el Congreso autorizó el proyecto de construcción de una represa que controlaría las inundaciones, proporcionaría agua para riego y produciría energía hidroeléctrica. La oferta ganadora para construir la presa fue presentada por un consorcio llamado Six Companies, Inc. Nunca antes se había construido una estructura de hormigón tan grande y algunas de las técnicas no se habían probado. El clima tórrido del verano y la falta de instalaciones cerca del sitio también presentaron dificultades. Sin embargo, Six Companies entregó la presa al gobierno federal el 1 de marzo de 1936, más de dos años antes de lo previsto.

En 1997, había unas 800 000 presas en todo el mundo, unas 40 000 de ellas de más de 15 m (49 pies) de altura. En 2014, académicos de la Universidad de Oxford publicaron un estudio del costo de las grandes represas, basado en el mayor conjunto de datos existente, que documentó sobrecostos significativos para la mayoría de las represas y cuestionaron si los beneficios generalmente compensan los costos de tales represas.

Tipos de presas

Las represas pueden formarse por acción humana, causas naturales o incluso por la intervención de la vida silvestre, como los castores. Las represas hechas por el hombre generalmente se clasifican de acuerdo con su tamaño (altura), propósito previsto o estructura.

Por estructura

Según la estructura y el material utilizado, las presas se clasifican en de fácil construcción sin materiales, presas de arco-gravedad, presas de terraplén o presas de mampostería, con varios subtipos.

Presas de arco

Gordon Dam, Tasmania, es una presa de arco.

En la presa de arco, la estabilidad se obtiene mediante una combinación de acción de arco y gravedad. Si la cara aguas arriba es vertical, todo el peso de la presa debe ser transportado a la cimentación por gravedad, mientras que la distribución de la presión hidrostática normal entre el voladizo vertical y la acción del arco dependerá de la rigidez de la presa en una dirección vertical y horizontal. Cuando la cara de aguas arriba está inclinada, la distribución es más complicada. El componente normal del peso del anillo del arco puede ser absorbido por la acción del arco, mientras que la presión hidrostática normal se distribuirá como se describe anteriormente. Para este tipo de presa, son más importantes los apoyos firmes y confiables en los estribos (ya sea contrafuerte o pared lateral del cañón). El lugar más deseable para una presa de arco es un cañón angosto con paredes laterales empinadas compuestas de roca sólida. La seguridad de una presa de arco depende de la resistencia de los estribos de las paredes laterales, por lo tanto, no solo el arco debe estar bien asentado en las paredes laterales, sino que también se debe inspeccionar cuidadosamente el carácter de la roca.

Daniel-Johnson Dam, Quebec, es una presa de fuerza múltiple.

Se utilizan dos tipos de presas de un solo arco, a saber, la presa de ángulo constante y la presa de radio constante. El tipo de radio constante emplea el mismo radio de cara en todas las elevaciones de la presa, lo que significa que a medida que el canal se estrecha hacia el fondo de la presa, el ángulo central subtendido por la cara de la presa se vuelve más pequeño. La presa Jones Falls, en Canadá, es una presa de radio constante. En una presa de ángulo constante, también conocida como presa de radio variable, este ángulo subtendido se mantiene constante y la variación en la distancia entre los estribos en varios niveles se soluciona variando los radios. Las represas de radio constante son mucho menos comunes que las represas de ángulo constante. Parker Dam en el río Colorado es una presa de arco de ángulo constante.

Un tipo similar es la presa de doble curvatura o de capa delgada. La presa Wildhorse cerca de Mountain City, Nevada, en los Estados Unidos, es un ejemplo de este tipo. Este método de construcción minimiza la cantidad de concreto necesario para la construcción pero transmite grandes cargas a los cimientos y estribos. La apariencia es similar a una presa de un solo arco pero con una curvatura vertical distintiva que le da la vaga apariencia de una lente cóncava vista desde aguas abajo.

La presa de múltiples arcos consta de una serie de presas de un solo arco con contrafuertes de hormigón como estribos de apoyo, como por ejemplo la presa Daniel-Johnson, Québec, Canadá. La presa de arcos múltiples no requiere tantos contrafuertes como el tipo de gravedad hueca, pero requiere una buena base de roca porque las cargas de los contrafuertes son pesadas.

Presas de gravedad

La presa Grand Coulee es un ejemplo de una presa de gravedad sólida.

En una represa de gravedad, la fuerza que mantiene la represa en su lugar contra el empuje del agua es la gravedad de la Tierra que empuja hacia abajo la masa de la represa. El agua presiona lateralmente (aguas abajo) sobre la presa, tendiendo a volcar la presa girando sobre su pie (un punto en el lado inferior de la presa aguas abajo). El peso del dique contrarresta esa fuerza, tendiendo a girar el dique hacia el otro lado sobre su base. El diseñador se asegura de que la presa sea lo suficientemente pesada como para que el peso de la presa gane ese concurso. En términos de ingeniería, eso es cierto siempre que la resultante de las fuerzas de gravedad que actúan sobre la presa y la presión del agua sobre la presa actúe en una línea que pasa aguas arriba del pie de la presa. El diseñador trata de dar forma a la presa de modo que si uno considerara la parte de la presa por encima de una altura particular como una presa completa, esa presa también se mantendría en su lugar por la gravedad, es decir, no hay tensión en la cara aguas arriba. de la presa sosteniendo la parte superior de la presa hacia abajo. El diseñador hace esto porque generalmente es más práctico hacer una presa de material esencialmente apilado que hacer que el material se pegue contra la tensión vertical. La forma que evita la tensión en la cara de aguas arriba también elimina la tensión de compresión de equilibrio en la cara de aguas abajo, proporcionando una economía adicional.

Para este tipo de presas, es fundamental contar con una base impermeable con alta resistencia portante. Los cimientos permeables tienen una mayor probabilidad de generar presiones de levantamiento debajo de la presa. Las presiones de levantamiento son presiones hidrostáticas causadas por la presión del agua del embalse que empuja contra el fondo de la presa. Si se generan presiones de levantamiento lo suficientemente grandes, existe el riesgo de desestabilizar la presa de gravedad de hormigón.

En un sitio adecuado, una presa de gravedad puede resultar una mejor alternativa a otros tipos de presas. Cuando se construye sobre una base sólida, la presa de gravedad representa probablemente el ejemplo mejor desarrollado de construcción de presas. Dado que el miedo a las inundaciones es un fuerte motivador en muchas regiones, las presas de gravedad se construyen en algunos casos en los que una presa de arco habría sido más económica.

Las presas de gravedad se clasifican como "sólidas" o "hueco" y generalmente están hechos de hormigón o mampostería. La forma sólida es la más utilizada de las dos, aunque la presa hueca suele ser más económica de construir. Grand Coulee Dam es una presa de gravedad sólida y Braddock Locks & La presa es una presa de gravedad hueca.

Presas de gravedad arqueada

La presa Hoover es un ejemplo de una presa de gravedad de arco.

Una presa de gravedad se puede combinar con una presa de arco en una presa de gravedad de arco para áreas con cantidades masivas de flujo de agua pero menos material disponible para una presa de gravedad pura. La compresión hacia adentro de la presa por el agua reduce la fuerza lateral (horizontal) que actúa sobre la presa. Por lo tanto, la fuerza gravitacional requerida por la presa se reduce, es decir, la presa no necesita ser tan masiva. Esto permite diques más delgados y ahorra recursos.

Aluviones

El Cuartel de Koshi de Nepal

Una represa de presa es un tipo especial de represa que consta de una línea de compuertas grandes que se pueden abrir o cerrar para controlar la cantidad de agua que pasa por la represa. Las compuertas se colocan entre pilares laterales que son responsables de soportar la carga de agua y, a menudo, se utilizan para controlar y estabilizar el flujo de agua para los sistemas de riego. Un ejemplo de este tipo de presa es la presa de desvío de Red Bluff ahora fuera de servicio en el río Sacramento cerca de Red Bluff, California.

Las presas que se construyen en las desembocaduras de los ríos o lagunas para evitar las incursiones de las mareas o utilizar el flujo de las mareas para la energía de las mareas se conocen como presas de mareas.

Presas de terraplén

Las presas de terraplén están hechas de tierra compactada y son de dos tipos principales: de escollera y de tierra. Al igual que las presas de gravedad de hormigón, las presas de terraplén dependen de su peso para contener la fuerza del agua.

Presas de terraplén de relleno de roca

Gathright Dam en Virginia es una presa de terraplén.

Las presas de escollera son terraplenes de tierra granular compactada de drenaje libre con una zona impermeable. La tierra utilizada a menudo contiene un alto porcentaje de partículas grandes, de ahí el término "relleno de roca". La zona impermeable puede estar en la cara aguas arriba y ser 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 "compuesto"; presa. Para evitar la erosión interna de la arcilla en el relleno de roca debido a las fuerzas de filtración, el núcleo se separa mediante un filtro. Los filtros son suelos clasificados específicamente diseñados para evitar la migración de partículas de suelo de grano fino. Cuando se dispone de material de construcción adecuado, se minimiza el transporte, lo que permite ahorrar costes durante la construcción. Las presas de escollera son resistentes al daño de los terremotos. Sin embargo, un control de calidad inadecuado durante la construcción puede dar lugar a una mala compactación y arena en el terraplén, lo que puede provocar la licuefacción del enrocado durante un terremoto. El potencial de licuefacción se puede reducir evitando que el material susceptible se sature y proporcionando una compactación adecuada durante la construcción. Un ejemplo de presa de escollera es la presa New Melones en California o la presa Fierza en Albania.

Un núcleo que está ganando popularidad es el hormigón asfáltico. La mayoría de estas presas se construyen con roca y/o grava como relleno principal. Casi 100 represas de este diseño se han construido en todo el mundo desde que se completó la primera represa en 1962. Todas las represas con núcleo de asfalto y concreto construidas hasta ahora tienen un excelente historial de desempeño. El tipo de asfalto utilizado es un material viscoelástico-plástico que se adapta a los movimientos y deformaciones que se le imponen al terraplén en su conjunto, ya los asentamientos de la cimentación. Las propiedades flexibles del asfalto hacen que estas presas sean especialmente adecuadas para regiones sísmicas.

Para la central hidroeléctrica de Moglicë en Albania, la compañía eléctrica noruega Statkraft construyó una presa de relleno de roca con núcleo de asfalto. Una vez terminada 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.

Presas de escollera con cara de hormigón

Una presa de escollera con cara de hormigón (CFRD, por sus siglas en inglés) es una presa de escollera con losas de hormigón en su cara aguas arriba. Este diseño proporciona a la losa de hormigón una pared impermeable para evitar fugas y también una estructura sin preocuparse por la presión de levantamiento. Además, el diseño CFRD es flexible para la topografía, más rápido de construir y menos costoso que las presas de relleno 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 madera con relleno de roca para operaciones de compuertas. Posteriormente, la madera se reemplazó por hormigón, ya que el diseño se aplicó a esquemas de riego y energía. A medida que los diseños de CFRD crecieron 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 vuelto popular.

El CFRD más alto del mundo es la presa Shuibuya de 233 m (764 pies) de altura en China, que se completó en 2008.

Presas de relleno de tierra

Las presas de relleno de tierra, también llamadas presas de tierra, presas de tierra laminada o presas de tierra, se construyen como un simple terraplén de tierra bien compactada. Una presa de tierra laminada homogénea se construye enteramente con un tipo de material, pero puede contener una capa de drenaje para recoger el agua de filtración. Una presa de tierra dividida en zonas tiene partes distintas o zonas de material diferente, típicamente un caparazón de material localmente abundante con un núcleo de arcilla hermético. Los terraplenes modernos de tierra dividida en zonas emplean zonas de filtro y drenaje para recolectar y eliminar el agua filtrada y preservar la integridad de la zona de revestimiento aguas abajo. Un método obsoleto de construcción de presas de tierra zonificada utilizaba un relleno hidráulico para producir un núcleo hermético. Las presas de tierra apisonada también pueden emplear un revestimiento o núcleo estanco a la manera de una presa de escollera. La presa de núcleo congelado es una presa de tierra temporal que se usa ocasionalmente en latitudes altas haciendo circular un refrigerante a través de tuberías dentro de la presa para mantener una región impermeable de permafrost dentro de ella.

La presa de Tarbela es una gran presa en el río Indo en Pakistán, a unos 50 km (31 mi) al noroeste de Islamabad. Su altura de 485 pies (148 m) sobre el lecho del río y su embalse de 95 sq mi (250 km²) la convierten en la presa de tierra más grande del mundo. El elemento principal del proyecto es un terraplén de 9.000 pies (2.700 m) de largo con una altura máxima de 465 pies (142 m). La presa usó aproximadamente 200 millones de yardas cúbicas (152,8 millones de metros cúbicos) de relleno, lo que la convierte en una de las estructuras artificiales más grandes del mundo.

Debido a que las represas de tierra se pueden construir con materiales locales, pueden ser rentables en regiones donde el costo de producir o traer concreto sería prohibitivo.

Presas de cresta fija

Una presa de cresta fija es una barrera de hormigón que cruza un río. Las presas de cresta fija están diseñadas para mantener la profundidad en el canal para la navegación. Presentan riesgos para los navegantes que pueden viajar sobre ellos, ya que son difíciles de detectar desde el agua y crean corrientes inducidas de las que es difícil escapar.

Por tamaño

Existe variabilidad, tanto en todo el mundo como dentro de cada país, como en los Estados Unidos, en cómo se clasifican las represas de diferentes tamaños. El tamaño de la represa influye en los costos de construcción, reparación y remoción y afecta el rango potencial de las represas y la magnitud de las perturbaciones ambientales.

Grandes presas

La Comisión Internacional de Grandes Represas (ICOLD) define una "gran represa" como "Una presa con una altura de 15 m (49 pies) o más desde el cimiento más bajo hasta la cima o una presa entre 5 m (16 pies) metros y 15 metros que retiene más de 3 millones de metros cúbicos (2400 acre⋅ft)". "Represas principales" miden más de 150 m (490 pies) de altura. El Informe de la Comisión Mundial de Represas también incluye en el "grande" categoría, presas que tienen entre 5 y 15 m (16 y 49 ft) de altura con una capacidad de embalse de más de 3 millones de metros cúbicos (2,400 acre⋅ft). Las represas hidroeléctricas se pueden clasificar como de "cabeza alta" (más de 30 m de altura) o "cabeza baja" (menos de 30 m de altura).

A partir de 2021, el Registro mundial de presas de ICOLD contiene 58 700 registros de grandes presas. La presa más alta del mundo es la presa Jinping-I de 305 m de altura (1001 pies) en China.

Pequeñas presas

Al igual que con las represas grandes, las represas pequeñas tienen múltiples usos, como, entre otros, la producción de energía hidroeléctrica, la protección contra inundaciones y el almacenamiento de agua. Las represas pequeñas pueden ser particularmente útiles en las fincas para capturar la escorrentía para su uso posterior, por ejemplo, durante la estación seca. Las represas a pequeña escala tienen el potencial de generar beneficios sin desplazar a las personas, y las represas hidroeléctricas pequeñas y descentralizadas pueden ayudar al desarrollo rural en los países en desarrollo. Solo en los Estados Unidos, hay aproximadamente 2,000,000 o más de "pequeños" presas que no están incluidas en el Inventario Nacional de presas del Cuerpo de Ingenieros del Ejército. Las agencias reguladoras estatales mantienen registros de pequeñas represas y, por lo tanto, la información sobre pequeñas represas está dispersa y tiene una cobertura geográfica desigual.

Los países de todo el mundo consideran que las pequeñas centrales hidroeléctricas (SHP) son importantes para sus estrategias energéticas, y ha habido un aumento notable en el interés por las SHP. Couto y Olden (2018) realizaron un estudio global y encontraron 82 891 pequeñas centrales hidroeléctricas (PCH) en funcionamiento o en construcción. Las definiciones técnicas de las PCH, como su capacidad de generación máxima, la altura de la presa, el área del embalse, etc., varían según el país.

Presas no jurisdiccionales

Una presa es no jurisdiccional cuando su tamaño (generalmente "pequeño") la excluye de estar sujeta a ciertas regulaciones legales. Los criterios técnicos para categorizar una presa como "jurisdiccional" o "no jurisdiccional" varía según la ubicación. En los Estados Unidos, cada estado define lo que constituye una represa no jurisdiccional. En el estado de Colorado, una presa no jurisdiccional se define como una presa que crea un embalse con una capacidad de 100 acres-pie o menos y un área de superficie de 20 acres o menos y con una altura medida como se define en las Reglas 4.2.5.1. y 4.2.19 de 10 pies o menos. Por el contrario, el estado de Nuevo México define una presa jurisdiccional como una presa de 25 pies o más de altura y que almacena más de 15 acres-pie o una presa que almacena 50 acres-pie o más y tiene seis pies o más de altura (sección 72- 5-32 NMSA), lo que sugiere que las represas que no cumplen con estos requisitos no son jurisdiccionales. La mayoría de las represas de EE. UU., 2,41 millones de un total de 2,5 millones de represas, no están bajo la jurisdicción de ninguna agencia pública (es decir, no son jurisdiccionales), ni figuran en el Inventario Nacional de Represas (NID).

Las represas pequeñas incurren en riesgos similares a los de las represas grandes. Sin embargo, la ausencia de regulación (a diferencia de las grandes represas más reguladas) y de un inventario de pequeñas represas (es decir, aquellas que no son jurisdiccionales) puede generar riesgos significativos tanto para los humanos como para los ecosistemas. Por ejemplo, según el Servicio de Parques Nacionales (NPS) de EE. UU., "No jurisdiccional—significa una estructura que no cumple con los criterios mínimos, tal como se enumeran en las Directrices federales para la seguridad de las represas, para ser incluida en los programas de seguridad de las represas.. La estructura no jurisdiccional no recibe una clasificación de riesgo y no se considera para ningún otro requisito o actividad bajo el programa de seguridad de presas del NPS." Las represas pequeñas pueden ser peligrosas individualmente (es decir, pueden fallar), pero también colectivamente, ya que una agregación de represas pequeñas a lo largo de un río o dentro de un área geográfica puede multiplicar los riesgos. El estudio de Graham de 1999 sobre fallas de represas en EE. UU. que resultaron en muertes entre 1960 y 1998 concluyó que la falla de represas de entre 6,1 y 15 m de altura (rango de altura típico de represas más pequeñas) causó el 86 % de las muertes, y la falla de represas menos de 6,1 m de altura causaron el 2% de las muertes. Las represas no jurisdiccionales pueden presentar peligros porque su diseño, construcción, mantenimiento y vigilancia no están regulados. Los académicos han señalado que se necesita más investigación para comprender mejor el impacto ambiental de las pequeñas represas (por ejemplo, su potencial para alterar el flujo, la temperatura, los sedimentos y la diversidad de plantas y animales de un río).

Por uso

Presa de silla de montar

Una presa de silla de montar es una presa auxiliar construida para confinar el embalse creado por una presa principal, ya sea para permitir una mayor elevación y almacenamiento de agua o para limitar la extensión de un embalse para aumentar la eficiencia. Una presa auxiliar se construye en un punto bajo o "silla de montar" a través del cual el depósito escaparía de otro modo. En ocasiones, un embalse está contenido por una estructura similar llamada dique para evitar la inundación de la tierra cercana. Los diques se usan comúnmente para la recuperación de tierras cultivables de un lago poco profundo, similar a un dique, que es un muro o terraplén construido a lo largo de un río o arroyo para proteger las tierras adyacentes de las inundaciones.

Presa

Una presa (a veces llamada "presa de desbordamiento") es una pequeña presa que se usa a menudo en el canal de un río para crear un lago de embalse con fines de extracción de agua y que también se puede usar para medir el flujo o retraso.

Presa de control

Una represa de control es una represa pequeña diseñada para reducir la velocidad del flujo y controlar la erosión del suelo. Por el contrario, una presa de ala es una estructura que solo restringe parcialmente una vía fluvial, creando un canal más rápido que resiste la acumulación de sedimentos.

Presa seca

Una presa seca, también conocida como estructura retardadora de inundaciones, está diseñada para controlar las inundaciones. Normalmente no retiene el agua y permite que el canal fluya libremente, excepto durante los períodos de flujo intenso que, de lo contrario, causarían inundaciones río abajo.

Presa de desvío

Una presa de desviación está diseñada para desviar todo o una parte del caudal de un río de su curso natural. El agua puede redirigirse a un canal o túnel para irrigación y/o producción de energía hidroeléctrica.

Presa subterránea

Las represas subterráneas se utilizan para atrapar el agua subterránea y almacenarla en su totalidad o en su mayor parte debajo de la superficie para un uso prolongado en un área localizada. En algunos casos, también se construyen para evitar que el agua salada se infiltre en un acuífero de agua dulce. Las represas subterráneas generalmente se construyen en áreas donde los recursos hídricos son mínimos y deben almacenarse de manera eficiente, como en los desiertos y en islas como la represa Fukuzato en Okinawa, Japón. Son más comunes en el noreste de África y las zonas áridas de Brasil, aunque también se utilizan en el suroeste de los Estados Unidos, México, India, Alemania, Italia, Grecia, Francia y Japón.

Hay dos tipos de presas subterráneas: "subsuperficiales" y un "almacenamiento de arena". Una presa subterránea se construye a través de un acuífero o ruta de drenaje desde una capa impermeable (como un lecho rocoso sólido) hasta justo debajo de la superficie. Se pueden construir con una variedad de materiales que incluyen ladrillos, piedras, concreto, acero o PVC. Una vez construida, el agua almacenada detrás de la presa eleva el nivel freático y luego se extrae con pozos. Una presa de almacenamiento de arena es una presa construida en etapas a lo largo de un arroyo o wadi. Debe ser fuerte, ya que las inundaciones bañarán su cresta. Con el tiempo, la arena se acumula en capas detrás de la presa, lo que ayuda a almacenar agua y, lo que es más importante, a evitar la evaporación. El agua almacenada se puede extraer con un pozo, a través del cuerpo de la presa o mediante una tubería de desagüe.

Presa de relaves

Una presa de relaves suele ser una presa de terraplén de relleno de tierra que se utiliza para almacenar relaves, que se producen durante las operaciones mineras después de separar la fracción valiosa de la fracción no económica de un mineral. Las represas de retención de agua convencionales pueden servir para este propósito, pero debido al costo, una represa de relaves es más viable. A diferencia de las represas de retención de agua, una represa de relaves se levanta en sucesión a lo largo de la vida útil de la mina en particular. Por lo general, se construye una presa base o inicial y, a medida que se llena con una mezcla de relaves y agua, se eleva. El material utilizado para levantar la presa puede incluir los relaves (dependiendo de su tamaño) junto con el suelo.

Hay tres diseños de represas de relaves elevadas, "aguas arriba", "aguas abajo" y "línea central", nombradas según el movimiento de la cresta durante la elevación. El diseño específico utilizado depende de la topografía, la geología, el clima, el tipo de relaves y el costo. Una presa de relaves río arriba consta de terraplenes trapezoidales que se construyen encima pero de punta a punta de la cresta de otro, moviendo la cresta río arriba. Esto crea un lado aguas abajo relativamente plano y un lado aguas arriba dentado que está soportado por lodos de relaves en el embalse. El diseño aguas abajo se refiere al levantamiento sucesivo del terraplén que posiciona el relleno y la coronación aguas abajo. Una presa de línea central tiene presas de terraplén secuenciales construidas directamente encima de otra, mientras que el relleno se coloca en el lado de aguas abajo para soporte y el lodo sostiene el lado de aguas arriba.

Debido a que las represas de relaves a menudo almacenan productos químicos tóxicos del proceso minero, tienen un revestimiento impermeable para evitar filtraciones. Los niveles de agua/lodo en la balsa de relaves también deben manejarse con fines ambientales y de estabilidad.

Por materiales

Presas de acero

Represa de acero de Redridge, construida en 1905, Michigan

Una presa de acero es un tipo de presa que se experimentó brevemente a principios del siglo XX y que utiliza placas de acero (en ángulo) y vigas de carga como estructura. Concebidas como estructuras permanentes, las presas de acero fueron un experimento (fallido) para determinar si se podía idear una técnica de construcción que fuera más barata que la mampostería, el hormigón o el movimiento de tierras, pero más resistente que las presas de madera.

Presas de madera

Una cuna de madera en Michigan, 1978

Las represas de madera fueron ampliamente utilizadas en la primera parte de la revolución industrial y en áreas fronterizas debido a la facilidad y rapidez de construcción. Raramente construidas en los tiempos modernos debido a su vida útil relativamente corta y la altura limitada a la que pueden construirse, las presas de madera deben mantenerse constantemente húmedas para mantener sus propiedades de retención de agua y limitar el deterioro por podredumbre, similar a un barril. Los lugares donde las presas de madera son más económicas de construir son aquellos donde la madera es abundante, el cemento es costoso o difícil de transportar y se requiere una presa de desvío de altura baja o la longevidad no es un problema. Las represas de madera alguna vez fueron numerosas, especialmente en el oeste de América del Norte, pero la mayoría han fallado, se han ocultado bajo terraplenes de tierra o han sido reemplazadas por estructuras completamente nuevas. Dos variaciones comunes de presas de madera fueron la "cuna" y el "tablón".

Las presas de cuna de madera se construyeron con vigas pesadas o troncos revestidos a la manera de una casa de troncos y el interior se llenó con tierra o escombros. La pesada estructura de la cuna soportó el frente de la presa y el peso del agua. Las presas de salpicadura eran presas de cuna de madera que se usaban para ayudar a flotar troncos río abajo a fines del siglo XIX y principios del XX.

"Presas de tablones de madera" eran estructuras más elegantes que empleaban una variedad de métodos de construcción utilizando maderas pesadas para soportar una disposición de tablones de retención de agua.

Otros tipos

Ataguías

Un cofferdam durante la construcción de cerraduras en el Montgomery Point Lock y Dam

Una ataguía es una barrera, generalmente temporal, construida para excluir el agua de un área que normalmente está sumergida. Hechos comúnmente de madera, concreto o tablestacas de acero, los cofferdams se utilizan para permitir la construcción sobre los cimientos de presas permanentes, puentes y estructuras similares. Cuando se complete el proyecto, la ataguía generalmente se demolerá o quitará, a menos que el área requiera un mantenimiento continuo. (Véase también calzada y muro de contención).

Los usos comunes de las ataguías incluyen la construcción y reparación de plataformas petroleras en alta mar. En tales casos, la ataguía se fabrica con chapa de acero y se suelda bajo el agua. Se bombea aire al espacio, desplazando el agua y permitiendo un ambiente de trabajo seco debajo de la superficie.

Presas naturales

Las fuerzas geológicas naturales también pueden crear represas. Las represas de lava se forman cuando los flujos de lava, a menudo basálticos, interceptan el camino de la desembocadura de un arroyo o lago, lo que da como resultado la creación de un embalse natural. Un ejemplo serían las erupciones del campo volcánico de Uinkaret hace entre 1,8 millones y 10 000 años, que crearon presas de lava en el río Colorado en el norte de Arizona en los Estados Unidos. El lago más grande creció hasta unos 800 km (500 mi) de longitud antes de la falla de su presa. La actividad glacial también puede formar represas naturales, como la represa de Clark Fork en Montana por la capa de hielo de la Cordillera, que formó los 7780 km² (3000 sq mi) del lago glacial Missoula cerca del final del última edad de hielo. Los depósitos de morrena que dejan los glaciares también pueden represar los ríos para formar lagos, como en Flathead Lake, también en Montana (ver lago represado por Moraine).

Los desastres naturales, como los terremotos y los deslizamientos de tierra, crean con frecuencia presas de deslizamiento de tierra en regiones montañosas con geología local inestable. Los ejemplos históricos incluyen la represa Usoi en Tayikistán, que bloquea el río Murghab para crear el lago Sarez. Con 560 m (1840 pies) de altura, es la represa más alta del mundo, incluidas las represas naturales y artificiales. Un ejemplo más reciente sería la creación del lago Attabad por un deslizamiento de tierra en el río Hunza de Pakistán.

Las represas naturales a menudo representan peligros significativos para los asentamientos humanos y la infraestructura. Los lagos resultantes a menudo inundan áreas habitadas, mientras que una falla catastrófica de la represa podría causar un daño aún mayor, como la falla del deslizamiento de tierra Gros Ventre del oeste de Wyoming en 1927, que arrasó con la ciudad de Kelly y provocó la muerte de seis personas.

Diques de castores

Los castores crean diques principalmente con barro y palos para inundar un área habitable en particular. Al inundar una parcela de tierra, los castores pueden navegar por debajo o cerca de la superficie y permanecer relativamente bien escondidos o protegidos de los depredadores. La región inundada también permite que los castores accedan a la comida, especialmente durante el invierno.

Elementos de construcción

Planta de generación de energía

Turbina hidráulica y generador eléctrico

A partir de 2005, la energía hidroeléctrica, principalmente de las represas, suministra alrededor del 19 % de la electricidad mundial y más del 63 % de la energía renovable. Gran parte de esto es generado por grandes represas, aunque China utiliza la generación hidroeléctrica a pequeña escala a gran escala y es responsable de aproximadamente el 50% del uso mundial de este tipo de energía.

La mayor parte de la energía hidroeléctrica proviene de la energía potencial del agua represada que impulsa una turbina de agua y un generador; Para aumentar las capacidades de generación de energía de una presa, el agua puede pasar por una tubería grande llamada tubería forzada antes de la turbina. Una variante de este modelo simple utiliza hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo para producir electricidad para hacer coincidir los períodos de alta y baja demanda, moviendo agua entre embalses a diferentes elevaciones. En momentos de baja demanda eléctrica, el exceso de capacidad de generación se utiliza para bombear agua al embalse superior. Cuando hay una mayor demanda, el agua se devuelve al depósito inferior a través de una turbina. (Por ejemplo, consulte Central eléctrica Dinorwig).

Represa hidroeléctrica en sección transversal

Aliviaderos

Spillway en la presa de Llyn Brianne, Gales, poco después de llenar

Un aliviadero es una sección de una presa diseñada para hacer pasar agua desde el lado de aguas arriba de una presa hasta el lado de aguas abajo. Muchos aliviaderos tienen compuertas diseñadas para controlar el flujo a través del aliviadero. Hay varios tipos de aliviadero. Un "vertedero de servicio" o "aliviadero principal" pasa el flujo normal. Un "vertedero auxiliar" libera flujo en exceso de la capacidad del aliviadero de servicio. Un "aliviadero de emergencia" está diseñado para condiciones extremas, como un mal funcionamiento grave del aliviadero de servicio. Un "vertedero de tapón de fusible" es un terraplén bajo diseñado para ser rebasado y arrastrado en caso de una gran inundación. Los elementos de un enchufe fusible son bloques independientes independientes, colocados uno al lado del otro, que funcionan sin ningún control remoto. Permiten aumentar el estanque normal de la presa sin comprometer la seguridad de la presa porque están diseñadas para ser evacuadas gradualmente ante eventos excepcionales. A veces funcionan como presas fijas al permitir el desbordamiento en inundaciones comunes.

Un aliviadero puede erosionarse gradualmente por el flujo de agua, incluida la cavitación o la turbulencia del agua que fluye sobre el aliviadero, lo que lleva a su falla. Fue el diseño inadecuado del aliviadero y la instalación de rejillas para peces lo que condujo al desbordamiento en 1889 de la presa South Fork en Johnstown, Pensilvania, lo que resultó en la inundación de Johnstown (la "gran inundación de 1889")..

Las tasas de erosión a menudo se controlan, y el riesgo normalmente se minimiza, dando forma a la cara aguas abajo del aliviadero en una curva que minimiza el flujo turbulento, como una curva conopial.

Creación de presas

Propósitos comunes

Algunos de estos propósitos están en conflicto, y el operador de la represa necesita hacer concesiones dinámicas. Por ejemplo, la generación de energía y el suministro de agua mantendrían alto el embalse, mientras que la prevención de inundaciones lo mantendría bajo. Muchas represas en áreas donde la precipitación fluctúa en un ciclo anual también verán que el embalse fluctúa anualmente en un intento de equilibrar estos diferentes propósitos. La gestión de represas se convierte en un ejercicio complejo entre partes interesadas en competencia.

Ubicación

La descarga de la presa de Takato

Uno de los mejores lugares para construir una represa es una parte angosta del profundo valle de un río; los lados del valle pueden entonces actuar como muros naturales. La función principal de la estructura de la presa es llenar el vacío en la línea del embalse natural que deja el canal del arroyo. Los sitios suelen ser aquellos en los que el desfase se convierte en un mínimo para la capacidad de almacenamiento requerida. La disposición más económica suele ser una estructura compuesta, como una presa de mampostería flanqueada por terraplenes de tierra. El uso actual del terreno a inundar debe ser prescindible.

Otras consideraciones importantes de ingeniería y geología de ingeniería al construir una presa incluyen:

• Permeabilidad de la roca o el suelo circundante
• Fallos del terremoto
• Landslides and slope stability
• Mesa de agua
• Corrientes de inundaciones de pico
• Reservoir silting
• Impactos ambientales en la pesca de ríos, bosques y fauna silvestre (véase también la escalera de peces)
• Impactos en las viviendas humanas
• Indemnización de las tierras inundadas y reasentamiento de la población
• Eliminación de materiales y edificios tóxicos de la zona de embalses propuesta

Evaluación de impacto

El impacto se evalúa de varias maneras: los beneficios para la sociedad humana derivados de la represa (agricultura, agua, prevención de daños y energía), daño o beneficio para la naturaleza y la vida silvestre, impacto en la geología de un área (ya sea el cambio a el flujo y los niveles de agua aumentarán o disminuirán la estabilidad), y la interrupción de la vida humana (reubicación, pérdida de asuntos arqueológicos o culturales bajo el agua).

Impacto ambiental

Madera y acumulación de basura debido a una presa

Los embalses que se encuentran detrás de las represas afectan muchos aspectos ecológicos de un río. La topografía y la dinámica de los ríos dependen de una amplia gama de flujos, mientras que los ríos debajo de las represas a menudo experimentan largos períodos de condiciones de flujo muy estables o patrones de flujo en diente de sierra causados por descargas seguidas de ausencia de descargas. Las descargas de agua de un embalse, incluida la que sale de una turbina, generalmente contienen muy pocos sedimentos en suspensión y esto, a su vez, puede provocar la erosión de los lechos de los ríos y la pérdida de las riberas; por ejemplo, la variación del flujo cíclico diario causada por la represa Glen Canyon contribuyó a la erosión de la barra de arena.

Las represas más antiguas a menudo carecen de una escalera para peces, lo que impide que muchos peces se muevan río arriba hacia sus lugares de reproducción naturales, lo que provoca la falla de los ciclos de reproducción o el bloqueo de las rutas de migración. Ni siquiera las escalas para peces impiden que se reduzca el número de peces que llegan a las zonas de desove río arriba. En algunas áreas, los peces jóvenes ("smolt") se transportan río abajo en barcazas durante partes del año. Los diseños de turbinas y centrales eléctricas que tienen un menor impacto sobre la vida acuática son un área activa de investigación.

Al mismo tiempo, sin embargo, algunas represas particulares pueden contribuir al establecimiento de mejores condiciones para algunos tipos de peces y otros organismos acuáticos. Los estudios han demostrado el papel clave que desempeñan los afluentes aguas abajo del embalse del río principal, lo que influyó en las condiciones ambientales locales y los patrones de diversidad beta de cada grupo biológico. Tanto las diferencias de reemplazo como de riqueza contribuyeron a valores altos de diversidad beta total para peces (promedio=0,77) y fitoplancton (promedio=0,79), pero su importancia relativa estuvo más asociada con el componente de reemplazo para ambos grupos biológicos (promedio=0,45 y 0,52, respectivamente). Un estudio realizado por de Almeida, R. A., Steiner, M.T.A y otros encontró que, mientras algunas especies disminuyeron en población en más del 30 % después de la construcción de la represa, otras aumentaron su población en un 28 %. Tales cambios pueden explicarse por el hecho de que los peces adquirieron diferentes hábitos de alimentación, encontrándose casi todas las especies en más de un grupo.

Una represa grande puede provocar la pérdida de ecosferas enteras, incluidas especies en peligro de extinción y desconocidas en el área, y el reemplazo del entorno original por un nuevo lago interior.

Los grandes embalses formados detrás de las represas han sido señalados en la contribución de la actividad sísmica, debido a cambios en la carga de agua y/o la altura del nivel freático. Sin embargo, esta es una suposición errónea, porque la tensión relativamente marginal atribuida a la carga de agua es mucho menor que la fuerza de un terremoto. El aumento de la tensión de la carga de agua es insuficiente para fracturar la corteza terrestre y, por lo tanto, no aumenta la gravedad de un terremoto.

También se ha descubierto que las represas influyen en el calentamiento global. Los niveles cambiantes del agua en los embalses son una fuente de gases de efecto invernadero como el metano. Si bien las represas y el agua detrás de ellas cubren solo una pequeña porción de la superficie terrestre, albergan actividad biológica que puede producir grandes cantidades de gases de efecto invernadero.

Impacto social humano

Represas' impacto en la sociedad humana es significativo. Nick Cullather argumenta en Hungry World: America's Cold War Battle Against Poverty in Asia que la construcción de represas requiere que el estado desplace a las personas en nombre del bien común, y que a menudo conduce a abusos. de las masas por los planificadores. Cita a Morarji Desai, ministro del Interior de la India, en 1960 hablando con los aldeanos molestos por la represa de Pong, quienes amenazaron con "liberar las aguas" y ahogar a los aldeanos si no cooperaban.

La presa de las Tres Gargantas en el río Yangtze en China tiene más de cinco veces el tamaño de la presa Hoover (EE. UU.). Crea un embalse de 600 km (370 mi) de largo que se usará para el control de inundaciones y la generación de energía hidroeléctrica. Su construcción requirió la pérdida de más de un millón de hogares y su reubicación masiva, la pérdida de muchos sitios arqueológicos y culturales valiosos y un cambio ecológico significativo. Durante las inundaciones de China de 2010, la presa contuvo lo que habría sido una inundación desastrosa y el enorme embalse se elevó 4 m (13 pies) durante la noche.

En 2008, se estimó que entre 40 y 80 millones de personas en todo el mundo habían sido desplazadas de sus hogares como resultado de la construcción de represas.

Economía

La construcción de una planta hidroeléctrica requiere un tiempo de preparación prolongado para los estudios del sitio, los estudios hidrológicos y las evaluaciones de impacto ambiental, y son proyectos a gran escala en comparación con la generación de energía basada en el carbono. El número de sitios que pueden desarrollarse económicamente para la producción hidroeléctrica es limitado; los nuevos sitios tienden a estar lejos de los centros de población y por lo general requieren extensas líneas de transmisión de energía. La generación hidroeléctrica puede ser vulnerable a cambios importantes en el clima, incluidas las variaciones en las precipitaciones, los niveles de aguas superficiales y subterráneas y el derretimiento de los glaciares, lo que genera un gasto adicional para la capacidad adicional para garantizar que haya suficiente energía disponible en los años de escasez de agua.

Una vez completada, si está bien diseñada y mantenida, una fuente de energía hidroeléctrica suele ser comparativamente barata y confiable. No tiene combustible y tiene un bajo riesgo de fuga, y como fuente de energía limpia es más barata que la energía nuclear y la eólica. Es más fácil de regular para almacenar agua según sea necesario y generar altos niveles de energía bajo demanda en comparación con la energía eólica.

Mejoras de embalses y presas

A pesar de algunos efectos positivos, la construcción de represas afecta gravemente los ecosistemas fluviales, lo que lleva a la degradación de los ecosistemas fluviales como parte de la alteración hidrológica. Una de las principales formas de reducir los impactos negativos de los embalses y las represas es implementar el modelo de optimización de embalses más nuevo basado en la naturaleza para resolver el conflicto en la demanda humana de agua y la protección del ecosistema fluvial.

Remoción de presas

Los flujos de agua y sedimentos se pueden restablecer eliminando las represas de un río. La remoción de represas se considera apropiada cuando la represa es antigua y los costos de mantenimiento exceden el costo de su remoción. Algunos efectos de la remoción de las represas incluyen la erosión de los sedimentos en el embalse, el aumento del suministro de sedimentos río abajo, el aumento del ancho y trenzado del río, el restablecimiento de las temperaturas naturales del agua y la recolonización de hábitats que antes no estaban disponibles debido a las represas.

La remoción de una represa más grande del mundo ocurrió en el río Elwha en el estado de Washington, EE. UU. (ver Restauración del río Elwha). Dos represas, las represas de Elwha y Glynes Canyon, fueron removidas entre 2011 y 2014 y juntas almacenaron aproximadamente 30 Mt de sedimento. Como resultado, se restableció la entrega de sedimentos y madera al río y delta aguas abajo. Aproximadamente el 65% del sedimento almacenado en los embalses se erosionó, del cual ~10% se depositó en el lecho del río. El ~90% restante fue transportado a la costa. En total, la entrega renovada de sedimentos provocó aproximadamente 60 ha de crecimiento del delta y también resultó en un aumento del trenzado del río.

Derrame de la presa

Fracaso de South Fork Dam e inundación resultante que destruyó Johnstown en Pensilvania en 1889

Signo especial internacional para obras e instalaciones que contienen fuerzas peligrosas

Las fallas de las represas generalmente son catastróficas si la estructura se rompe o se daña significativamente. El monitoreo rutinario de la deformación y el monitoreo de la filtración de los desagües dentro y alrededor de las presas más grandes es útil para anticipar cualquier problema y permitir que se tomen medidas correctivas antes de que ocurra una falla estructural. La mayoría de las presas incorporan mecanismos que permiten bajar o incluso drenar el embalse en caso de que surjan estos problemas. Otra solución puede ser la lechada de roca: bombeo a presión de lechada de cemento Portland en roca fracturada débil.

Durante un conflicto armado, una presa debe considerarse como una "instalación que contiene fuerzas peligrosas" debido al impacto masivo de la posible destrucción sobre la población civil y el medio ambiente. Como tal, está protegido por las normas del derecho internacional humanitario (DIH) y no debe ser objeto de ataque si ello puede causar graves pérdidas entre la población civil. Para facilitar la identificación, las normas del DIH definen un signo protector que consta de tres círculos de color naranja brillante colocados en el mismo eje.

Las causas principales de la falla de una represa incluyen una capacidad inadecuada del aliviadero, tuberías a través del terraplén, cimientos o pilares, error de diseño del aliviadero (represa South Fork), inestabilidad geológica causada por cambios en los niveles del agua durante el llenado o levantamientos deficientes (Vajont, Malpasset, presas de Testalinden Creek), mantenimiento deficiente, especialmente de las tuberías de salida (presa de Lawn Lake, colapso de la presa de Val di Stava), precipitaciones extremas (presa de Shakidor), terremotos y errores humanos, informáticos o de diseño (inundación de Buffalo Creek, embalse de Dale Dike, embalse de Taum Planta de almacenamiento por bombeo de Sauk).

Un caso notable de falla deliberada de una represa (antes del fallo anterior) fue el 'Dambusters' de la Royal Air Force. incursión en Alemania en la Segunda Guerra Mundial (denominada en código "Operación Chastise"), en la que se seleccionaron tres represas alemanas para ser violadas con el fin de dañar la infraestructura alemana y las capacidades de fabricación y energía derivadas de los ríos Ruhr y Eder. Esta incursión más tarde se convirtió en la base de varias películas.

Desde 2007, la fundación holandesa IJkdijk está desarrollando un modelo de innovación abierta y un sistema de alerta temprana para fallas de diques/diques. Como parte del esfuerzo de desarrollo, se destruyen diques a gran escala en el laboratorio de campo de IJkdijk. El proceso de destrucción es monitoreado por redes de sensores de un grupo internacional de empresas e instituciones científicas.