Presas y embalses para todos
Nombre | Centro / Entidad |
MIGUEL ÁNGEL TOLEDO MUNICIO | E.T.S. DE ING. DE CAMINOS CANALES Y P. |
FRANCISCO JAVIER CABALLERO JIMÉNEZ | E.T.S. DE ING. DE CAMINOS CANALES Y P. |
RAFAEL MORÁN MOYA | E.T.S. DE ING. DE CAMINOS CANALES Y P. |
El MOOC que se propone tiene los siguientes objetivos:
a) Acercar el mundo de las presas y embalses a la sociedad en general y despertar su interés, proporcionando un material didáctico asequible para un ciudadano medianamente instruido pero ajeno al campo de la ingeniería, sin renunciar al rigor conceptual.
b) Proporcionar a los alumnos de ingeniería civil de los primeros cursos o a aquéllos que estén pensando cursar estudios de ingeniería civil, un acercamiento ameno y sencillo al mundo de las presas y embalses, para que conozcan los aspectos esenciales y con el objetivo de despertar su curiosidad.
c) Proporcionar a los alumnos de asignaturas sobre las presas y embalses de titulaciones de ingeniería civil un material didáctico que les permita de forma sencilla y amena entender los conceptos esenciales, que son necesarios para profundizar en los diversos temas, y que no es posible abordar con el necesario detenimiento en las clases regladas ni pueden encontrarse en la literatura técnica sobre la materia.
d) La mayor parte de los problemas importantes de diseño, construcción y explotación de presas se producen como consecuencia de una falta de comprensión de aspectos básicos esenciales por parte de los profesionales implicados. Este MOOC busca proporcionar a los profesionales titulados que deban enfrentarse a la realización de trabajos de análisis, diseño o construcción de presas, una forma de entender esos conceptos esenciales de forma sencilla y amena.
Por tanto, se trata de conjugar el rigor y la seriedad en el manejo de los conceptos, con la sencillez y amenidad necesarias para llegar a un amplio y diverso grupo de interesados.
1) El objetivo esencial del curso es despertar el interés y satisfacer la curiosidad por una obra civil monumental, la presa, que conjuga múltiples aspectos de la ingeniería civil: hidrología, geología, geotecnia, hidráulica, cálculo de estructuras, etc. Para ello el curso se desarrollará de forma sencilla y amena.
2) Al finalizar el curso los alumnos deberán haber desarrollado las siguientes capacidades:
- Comprender la utilidad de las presas para el suministro de agua para diversos usos y para la defensa frente a las avenidas de los ríos, así como para otros fines adicionales como la recarga de acuíferos o usos recreativos.
- Comprender el papel de las presas y embalses en el desarrollo de una sociedad.
- Conocer los efectos negativos y positivos de las presas y embalses sobre el medio ambiente.
- Distinguir los diferentes elementos que componen una presa y conocer su función.
- Distinguir los diferentes tipos de presas.
- Conocer y comprender los conceptos esenciales que permiten determinar el tamaño que debe tener una presa y el embalse que crea.
- Conocer y comprender los conceptos esenciales que justifican cómo son los distintos tipos de presas y cómo funcionan desde un punto de vista estructural.
- Distinguir los distintos tipos de aliviaderos de presas, y conocer los conceptos esenciales que permiten explicar la idoneidad de cada tipo en función de las circunstancias particulares de cada presa.
- Distinguir los distintos tipos de desagües y tomas de agua de las presas, conocer sus elementos y los conceptos esenciales que justifican su idoneidad en función de las circunstancias particulares de cada presa.
- Conocer algunos casos históricos de roturas de presas, y ser capaz de valorar el riesgo de rotura en su justa medida.
- Conocer el sistema de auscultación que se utiliza para controlar la seguridad de una presa.
El curso va dirigido a alumnos de diferentes perfiles, como se detalla en el apartado correspondiente más adelante, y los objetivos de aprendizaje son matizables según el perfil. El grado en que se adquieran las capacidades anteriores será más alto para los alumnos de asignaturas de carreras de ingeniería civil relacionadas con las presas y embalses, que podrán acceder a contenidos específicos para ellos.
El curso estará formado por los siguientes capítulos:
Capítulo 1: ¿Cómo son? Introducción
- Inicialmente se introducirán los conceptos básicos de presa, vaso, embalse y cuenca hidrográfica que permitan al alumno conocer la terminología básica. Se mostrarán también los elementos de una presa y sus obras auxiliares: cuerpo de presa, aliviadero, desagües y tomas, pantallas de impermeabilización y drenaje, sistema de auscultación, camino de acceso y línea eléctrica de alimentación.
- Se explicará cómo es un embalse, cómo se caracteriza a través de sus curvas características. También se contará cómo se produce evaporación en su superficie y cómo se va acumulando material sólido procedente de la cuenca que se decanta en el embalse.
-Se explicará cómo se obtiene la altura total que debe tener una presa.
Capítulo 2: ¿Para qué sirven? Usos
- Se presentarán los distintos usos de las presas y embalses: almacenamiento de agua para su uso o prevención de inundaciones como usos fundamentales, y también otros como recarga de acuíferos o usos recreativos.
- Además se mostrará el esquema general de un sistema de abastecimiento de agua con todos sus elementos, en cuyo marco se comprenderá la función de la presa.
- Finalmente se darán algunos datos sobre la influencia de las presas en la economía y el nivel de vida de los países. También se hablará sobre su impacto ambiental negativo y sobre el efecto positivo sobre el medio ambiente.
Capítulo 3: Así empezó todo. Tipos de presas y evolución histórica
- Se presentarán los tipos de presas, de forma muy breve.
- Se hará un resumen histórico desde las presas más antiguas conocidas, con más de 4.000 años, hasta las más modernas, haciendo hincapié en las causas que han ido provocando la evolución del diseño y construcción de presas.
- Se mostrarán algunos datos sobre las presas y embalses más importantes del mundo, por su altura, antigüedad o capacidad de embalse.
Capítulo 4: La base de todo. El cimiento
- Se presentará el cimiento sobre el que apoya la presa como un elemento fundamental a la hora de diseñar la presa y explicar su comportamiento.
- Se clasificarán los tipos de cimientos: suelos, rocas blandas y rocas competentes;
- Se adelantarán las propiedades del cimiento que afectan al diseño y comportamiento de las presas.
- Se pondrán algunos ejemplos de cimientos de cada uno de los tipos.
Capítulo 5: Una razón de peso. La presa de gravedad.
- Se describirá cómo es una presa de gravedad y cómo resiste el empuje del agua gracias a su peso.
- Se describirá cómo es el hormigón con que se construyen las presas de fábrica de HV.
- Se señalarán las condiciones de estabilidad y resistencia que debe cumplir la presa.
- Se analizará cómo influyen en las condiciones anteriores los parámetros geométricos que definen la sección de la presa, lo que proporciona un criterio para dimensionarla.
- Se explicará cómo son y qué función tienen las galerías de la presa.
- Se comentará la influencia del cimiento sobre la presa y sobre qué tipos de cimientos puede construirse una presa de gravedad.
- Se explicará brevemente cómo se construyen las presa de fábrica de HV.
- Se mostrarán imágenes de presas de gravedad importantes.
Capítulo 6: Construyendo montañas. La presa de materiales sueltos.
- Se describirá cómo son los distintos tipos de presas de materiales sueltos: presas homogéneas, de núcleo arcilloso central o inclinado, de pantalla de hormigón o asfáltica, de diafragma interno.
- Se comentará cómo una presa de materiales sueltos debe construirse con materiales disponibles en las proximidades.
- Se discutirán las propiedades que deben tener los materiales para servir para las distintas zonas de la presa, y qué tipos de materiales naturales tienen esas propiedades.
- Se tratará la función y propiedades de los filtros y de los drenes; también de la escollera de protección del talud de aguas arriba.
- Se especificarán las condiciones de estabilidad que deben cumplir las presas de materiales sueltos, y cómo realizar un dimensionamiento sencillo de los taludes de la presa.
- Se explicará brevemente cómo se construyen las presas de materiales sueltos.
- Se mostrarán imágenes de presas de materiales sueltos importantes.
Capítulo 7: El secreto para perder peso. La presa bóveda.
- Se explicará cómo resiste el empuje del agua una presa bóveda.
- Se explicará cómo son las formas de la presa bóveda, justificando por qué son como son.
- Se tratará el efecto importante de las variaciones de temperatura sobre el comportamiento de una presa bóveda.
- A partir de todo lo anterior, se justificará cuáles son las situaciones de carga más desfavorables para una presa bóveda.
- Se explicará cómo es el proceso de diseño de una presa bóveda.
- Se explicarán las diferencias del proceso de construcción de una presa bóveda respecto de una presa de gravedad, con especial atención a la inyección de las juntas transversales.
- Se mostrarán imágenes de presas bóveda importantes.
Capítulo 8: Otras formas de resistir. Las presas de contrafuertes y de bóvedas múltiples.
- Se explicará cómo son las presas de contrafuerte, justificando sus formas.
- Se explicarán las razones que permiten reducir el peso del hormigón respecto de una presa de gravedad.
- Se explicará su modo de resistir el empuje del agua y qué factores son relevantes.
- Se mostrará cómo son las presas de bóvedas múltiples, justificando sus formas.
- Se mostrarán ejemplos de presas importantes de contrafuertes y de bóvedas múltiples.
Capítulo 9: Renovarse o morir. Las presas de hormigón compactado con rodillo (HCR).
- Se presentará la tecnología de construcción mediante HCR como una reacción del mundo del hormigón a la pujanza de las presas de materiales sueltos.
- Se explicará en qué consiste éste método de construcción de presas de hormigón, y qué cambios exige en la composición del hormigón, así como las propiedades del HCR endurecido.
- Se detallarán los tipos de juntas de las presas de HCR.
- Se presentarán los conceptos de relación pasta/mortero y factor de maduración, y cómo su adecuado manejo permite conseguir la unión entre tongadas sucesivas.
- Se señalarán las diferencias de diseño respecto de una presa de fábrica de hormigón vibrado convencional.
- Se mostrarán ejemplos de presas importantes de presas de HRC.
Capítulo 10: Dejen paso. Aliviaderos.
- Se presentarán las partes de un aliviadero.
- Se explicará lo que es el efecto laminador del embalse, y de qué factores depende.
- Se describirá cómo es la embocadura de un aliviadero, diferenciando los aliviaderos de labio fijo de los de compuertas, y los de vertido frontal de los de vertido lateral.
- Se describirá cómo es el canal de descarga, explicando la posibilidad de que discurra por la superficie del terreno o, en algunos casos, a través de un túnel.
- Se describirán las principales estructuras de devolución del agua al río: trampolín de lanzamiento, cuenco de resalto hidráulico, trampolín sumergido y cuenco de colchón de agua; se explicará la problemática en cada caso y en qué circunstancias puede ser adecuado cada tipo de estructura.
- Se presentarán los aliviaderos escalonados, usados habitualmente en las presas de HCR, y los aliviaderos en pozo (tipo "morning glory").
- Se presentarán algunos tipos de aliviaderos singulares o poco frecuentes: aliviaderos tipo laberinto, tipo tecla de piano, en sifón, aliviaderos con cajeros altamente convergentes y aliviaderos sobre presas de materiales sueltos.
Capítulo 11: Control de esfínteres. Desagües y tomas.
- Se describirá la diferencia entre los desagües y las tomas de una presa, que son las obras por las que la presa permite la salida del agua para vaciar el embalse o bien para destinar el agua a un uso.
- Se describirán las partes de un desagüe de fondo, el que sirve para vaciar el embalse, justificando cómo son y por qué. También se comentará la posibilidad de disponer desagües intermedios o de medio fondo.
- Se explicará cómo son las tomas de agua.
- Se mostrará cómo se implementan los desagües y las tomas en los distintos tipos de presas, a través del cuerpo de la presa en las que son de hormigón, y en una galería o túnel en las presas de materiales sueltos.
Capítulo 12: No siempre salió bien. Roturas de presas.
- Se darán algunos datos sobre las causas más frecuentes de rotura de las presas.
- Se presentará una selección de casos históricos de roturas de presas ilustrativas de las diferentes formas en que con mayor frecuencia se han producido las roturas de las presas.
- Se sacarán conclusiones respecto de los errores cometidos y que deben evitarse para evitar la rotura de nuevas presas.
Capítulo 13: ¿Cómo está el enfermo? Auscultación de presas.
- Se explicará en qué consiste el sistema de auscultación de una presa.
- Se describirán las medidas de movimientos, deformaciones, filtraciones y otras magnitudes que se miden sistemáticamente en distintas partes de la presa y su cimiento para controlar la seguridad de la presa.
- Se explicará cómo se tratan los datos obtenidos para comprobar que el funcionamiento de la presa es correcto.
El material docente incluirá los siguientes elementos:
- Vídeos en los que los profesores explicarán los contenidos.
- Presentaciones, que servirán a los profesores para explicar los contenidos.
- Vídeos educativos de diversa índole. En algunos de ellos se mostrarán aspectos diversos del curso de la vida real, como aliviaderos o desagües de presas en funcionamiento. En otros se ilustrarán conceptos difícilmente comprensibles mediante imágenes estáticas.
- Textos con enlaces a la web.
El curso se elaborará siguiendo las recomendaciones de buena práctica docente que se derivan de las investigaciones realizadas durante las últimas décadas. Por tanto, se seguirá la técnica docente más avanzada compatible con grupos muy numerosos de alumnos.
El curso que se propone tiene un claro interés estratégico principalmente por varios motivos:
1) No existe, hasta donde alcanza el conocimiento de los proponentes, ningún MOOC sobre el tema de presas y embalses en ninguna de las plataformas más extendidas, como MiriadaX, Edx o Coursera, ni en ninguna otra. Por tanto, es un asunto aún no cubierto y los interesados en el tema no tienen en este momento forma de satisfacer su demanda mediante un MOOC.
2) En la mayor parte de los países de Sudamérica está creciendo actualmente a ritmo rápido la actividad en proyecto y construcción de presas, necesarias para sustentar el desarrollo de dichos países. Dada la escasa actividad en este campo en el pasado, y la fuerte actividad actual, que va en aumento, se están viendo obligados a la contratación de empresas extranjeras, entre ellas las españolas. Al mismo tiempo están intentando por todos los medios a su alcance recibir la formación necesaria para poder participar en el diseño y construcción de sus propias presas, hasta tal punto que los proyectos adjudicados a empresas extranjeras suelen incluir trabajos de formación de los técnicos locales de los organismos del país implicados. En esta coyuntura, es previsible que un curso básico de Presas en español, procedente de la UPM, que es una institución de reconocido prestigio en Sudamérica, tenga una fuerte demanda por parte de los técnicos locales implicados en proyectos de presas, para los que no tienen formación adecuada, o de los que vean con interés el dedicarse a una actividad de volumen creciente en el continente americano. Es incluso previsible una fuerte demanda de certificados que acrediten la realización del curso, que será muy valorado en los concursos y licitaciones de trabajos relacionados con la presas. Este motivo estratégico hace aconsejable lanzar el curso primero en español. Posteriormente el curso podría también lanzarse en inglés, pues como se ha dicho anteriormente tampoco existe un MOOC en inglés sobe este tema.
3) A pesar de haber realizado búsquedas minuciosas, los proponentes no han encontrado ningún curso ni texto, ni ningún otro medio por el que una persona medianamente instruida, sin formación específica de ingeniería civil, pueda acercarse al mundo de las presas y embalses. Dicho de otra manera, no existen textos ni cursos divulgativos sobre el tema. Por tanto, el MOOC que se propone cubrirá una laguna que permitirá a todo aquél que lo desee satisfacer su curiosidad acerca de un campo hasta ahora vedado para los no iniciados. En este sentido, será una forma de acercar la actividad de la ingeniería civil a la sociedad en general.
4) Tampoco existe texto ni curso que permita al estudiante de ingeniería civil un acceso sencillo y ameno a los conceptos esenciales de la ingeniería de presas, que se encuentran siempre disueltos en una cantidad enorme de información, donde resulta difícil discriminar lo esencial de lo accesorio. La comprensión cabal de estos conceptos esenciales permite posteriormente acometer con éxito y sin gran dificultad el estudio de cuestiones más complejas del campo de las presas y embalses.
El curso que se propone, tal y como está concebido, admite alumnos de perfiles muy distintos, lo que amplía considerablemente el número de interesados potenciales. Los perfiles de alumno serían, por orden creciente de capacitación de base:
1) Personas ajenas al mundo de la ingeniería civil con formación básica (bachillerato español o grado equivalente en otro país), curiosos e interesados en diversos temas, entre los que puede caber el de las presas y embalses. Hay que tener presente que la presa es una obra colosal que, por su monumentalidad, llama la atención del profano.
2) Estudiantes de cursos preuniversitarios, que estén en proceso de elegir la carrera que vayan a comenzar próximamente. Para estos alumnos, el curso que se propone sería una forma de conocer el mundo de la ingeniería civil a través de las presas y embalses. El curso podría quizá en algunos casos despertar interés por este campo del conocimiento y decantar su elección hacia una carrera relacionada con la ingeniería civil.
3) Estudiantes de primeros cursos de carreras de ingeniería civil, que estén en proceso de elegir especialidad o el máster a cursar al terminar la titulación de grado. Para estos alumnos, que previsiblemente pueden tener interés por todo aquello relacionado con la ingeniería civil, el curso que se propone sería una forma de conocer, al menos parcialmente, la especialidad de la ingeniería civil que trata de las obras hidráulicas a través de su representante más significativo: la presa.
4) Estudiantes de asignaturas de carreras de ingeniería civil directamente relacionadas con las presas y embalses, como son en la UPM: Presas, Ingeniería de presas, Ingeniería avanzada de presas, Infraestructuras hidráulicas, Obras hidráulicas. En muchos casos se observa que estos alumnos no han llegado asimilar los conceptos básicos esenciales para acometer estudios de mayor profundidad en este campo. Por tanto, para ellos el MOOC que se propone supondría una forma sencilla y amena de sentar unas bases sólidas para desarrollar estudios de mayor complejidad y detalle relativos a las presas y embalses. Las asignaturas relacionadas se verían beneficiadas, ya que sus alumnos contarían con un medio para resolver sus problemas de conocimiento de base.
5) Profesionales titulados en carreras de ingeniería civil que, o bien quieren ampliar su formación, o bien necesitan una formación específica en el área de presas y embalses por estar involucrados en trabajos relativos a dicho campo. A estos profesionales el curso que se propone podrá permitir clarificar los conceptos esenciales necesarios comprender otra información de mayor profundidad o complejidad relativa al tema tratado.
Puede observarse que los perfiles de los alumnos potenciales del curso que se propone son muy variados. El curso deberá adaptarse a ello. La larga experiencia en la docencia de la materia de presas permite a los proponentes asegurar que una parte importante de los conceptos esenciales de este tema puede explicarse de forma sencilla sin acudir a conceptos específicos de la ingeniería, y por tanto comprensible para cualquier persona medianamente instruida. Para algunos de los temas a tratar sí será necesario acudir a estos conceptos específicos, lo que obligará a explicarlos también de forma sencilla para que resulten asequibles para el alumno ajeno a la ingeniería. En algunos casos, finalmente, será realmente difícil hacer el contenido asequible para este perfil de alumno sin perder el rigor necesario. En este caso, que no será frecuente, el contenido se marcará como opcional, y dirigido específicamente a aquéllos alumnos con conocimientos básicos de ingeniería civil.
El curso podrá seguirse en modalidad libre o bien con evaluación del seguimiento. Esta segunda modalidad, si se superan las pruebas establecidas, permitirá la obtención de un certificado de aprovechamiento del curso, con una calificación.
El seguimiento del curso se evaluará mediante las siguientes pruebas:
a) Evaluación continua: Al final de cada capítulo el alumno realizará un test de evaluación continua sobre la materia del capítulo. El alumno deberá dar también la solución a los retos que se plantearán en el foro. La media de todos estos test realizados a lo largo del curso arrojará una nota. Si esta nota es mayor o igual que 5 (cinco), el alumno habrá superado el curso.
c) Examen final: El examen final servirá opcionalmente para subir nota a los alumnos que ya hayan superado el curso mediante evaluación continua. En los demás casos supondrá otra oportunidad para superar el curso. Consistirá en un test de mayor extensión que cubrirá toda la materia del curso, y en el que algunas de las preguntas pondrán en relación la materia de diversos capítulos.
La calificación final obtenida por el alumno será la mayor de las dos obtenidas en la evaluación continua o en el examen final.
Dado el elevado número de participantes que se prevé, el curso se dinamizará fundamentalmente a través de un foro, en el que interactuarán los alumnos, y también los profesores, que actuarán como dinamizadores del mismo. El foro será un elemento esencial del curso, que permitirá el desarrollo del aprendizaje activo y cooperativo del alumno. Para ello, se prevén las siguientes actuaciones:
1) Los profesores plantearán en el foro al menos un reto correspondiente a cada capítulo del curso, proponiendo su debate y resolución por parte de los alumnos. La solución de cada reto se proporcionará, también a través del foro, al plantear el siguiente reto. Cada alumno deberá dar la solución al reto en un test, antes de que aparezca la solución en el foro. Esto obligará a los alumnos menos participativos a entrar necesariamente en el foro y analizar las intervenciones de sus compañeros.
2) Los profesores del curso seguirán las intervenciones de los alumnos e intervendrán ellos mismos periódicamente, a veces para corregir ideas equivocadas o para resaltar la importancia de ideas correctas expresadas por parte de los alumnos y otras veces para plantear asuntos para su reflexión por parte de los alumnos.
3) El foro se utilizará también para suministrar enlaces a páginas web y bibliografía de interés relativos a los diferentes temas tratados en el curso a medida que éste vaya desarrollándose.