calculo de infiltración bidimensional - presa iruro
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA
MECÁNICA DE FLUIDOS
Proyecto Acarí – Bella Unión: Análisis e interpretación
numérica bidimensional del cálculo de infiltración en el
área de emplazamiento de la Presa Iruro
TESIS
Para optar el Título Profesional de Ingeniero mecánico de fluidos
AUTOR
Jayr Herbert Sahuanay Blácido
Lima – Perú
2012
DEDICATORIA
A mis padres Herbert y Patricia que durante largos años han sufrido con paciencia
la espera, anhelando ver concluido este propósito, y que sin su constante apoyo,
éste trabajo no hubiera podido ser realizado.
ÍNDICE
PÁG.
CAPÍTULO I – ASPECTOS GENERALES
1.1. ANTECEDENTES
001
1.2. OBJETIVO DEL ESTUDIO 002
1.2.1. OBJETIVO GENERAL 002
1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICO 002
1.3. METODOLOGÍA EMPLEADA 003
1.4. GENERALIDADES DEL PROYECTO 003
1.4.1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA 003
1.4.2. HIDROLOGÍA 004
1.4.2.1. HIDROGRAFÍA 004
1.4.2.2. OFERTA DE LA CUENCA COLECTORA 005
1.4.3. AGROLOGÍA 006
1.4.3.1. EXTENSIÓN DEL ÁREA BENEFICIADA 006
1.4.3.2. DEMANDA HÍDRICA 007
1.4.4. INGENIERÍA DEL PROYECTO 008
1.4.4.1. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA PRESA 008
1.4.4.2. CONFORMACIÓN DEL CUERPO DE LA PRESA 008
1.4.5. SITUACIÓN ACTUAL DE LA PRESA 009
CAPÍTULO II – CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS DE LA ZONA DE CIERRE DE LA PRESA PÁG.
2.1. GEOLOGÍA REGIONAL 011
2.1.1. GEOMORFOLOGÍA 011
2.1.2. ESTRATIGRAFÍA 012
2.1.3. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL 017
2.1.4. GEODINÁMICA EXTERNA 018
2.1.5. SISMICIDAD 018
2.2. GEOLOGÍA GENERAL DEL ÁREA DE INTERÉS 019
2.2.1. GEOMORFOLOGÍA 019
2.2.2. ESTRATIGRAFÍA 020
2.2.3. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL 028
2.3. GEOLOGÍA LOCAL DEL CAÑÓN IRURO 031
2.3.1. GEOMORFOLOGÍA 031
2.3.2. ESTRATIGRAFÍA 032
2.3.3. EL CAUCE DEL CAÑÓN 034
2.4. GEOLOGÍA LOCAL DE LA ZONA DE CIERRE DE LA PRESA IRURO 035
2.4.1. GEOMORFOLOGÍA 036
2.4.2. ESTRATIGRAFÍA 038
2.4.3. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL 039
2.4.4. ESTABILIDAD DE TALUDES 040
2.5. APRECIACIÓN INGENIERO-GEOLÓGICA 041
CAPÍTULO III – REVISIÓN E INTERPRETACIÓN DE LAS INVESTIGACIONES GEOFÍSICAS Y GEOTÉCNICAS
PÁG.
3.1. INTRODUCCIÓN
044
3.2. INVESTIGACIONES GEOFÍSICAS 046
3.2.1. GENERALIDADES 046
3.2.2. OBJETIVO DE LOS TRABAJOS 046
3.2.3. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN 046
3.2.3.1. MÉTODO DE REFRACCIÓN SÍSMICA 046
3.2.3.2. MÉTODO DE ANÁLISIS DE ONDAS SUPERFICIALES MASW 049
3.2.3.3. TRABAJOS DE CAMPO 051
3.2.3.4. RESULTADOS DEL ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA Y DEL MÉTODO MASW
052
3.2.4 EVALUACIÓN DE LA REFRACCIÓN SÍSMICA Y ANÁLISIS DE LA TÉCNICA MASW 054
3.2.5. INTERPRETACIÓN DE LOS PERFILES SÍSMICOS 056
3.2.6. CONCLUSIONES 061
3.3. INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS Y GEONÓSTICAS 062
3.3.1. GENERALIDADES 062
3.3.2. OBJETIVO DE LOS TRABAJOS 063
3.3.3. PERFORACIONES REALIZADAS 063
3.3.3.1. INFORMACIÓN GENERAL DE LOS SONDAJES 063
3.3.3.2. DESCRIPCIÓN DE LOS SONDEOS 067
3.3.3.3. ÍNDICE RQD (ROCK QUALITY DESIGNATION) 070
3.3.4. ENSAYOS DE PERMEABILIDAD GEOTÉCNICOS EN SONDAJES 073
3.3.4.1. ENSAYOS DE LEFRANC 073
3.3.4.2. ENSAYOS DE LUGEÓN 074
3.3.5. CAJAS PORTATESTIGOS 076
3.3.6. CONCLUSIONES 078
3.4. DESCRIPCIÓN DEL PERFIL ESTRATIGRÁFICO DEL SUELO DE CIMENTACIÓN 079
3.4.1. SUELO DE CIMENTACIÓN EN EL EJE DE PRESA 079
3.4.2. DETERMINACIÓN DE PERFILES ESTATIGRÁFICOS DE ACUERDO A LOS ESTUDIOS
REALIZADOS
088
3.4.3. DETERMINACIÓN DEL PERFIL CRÍTICO PARA EL ANÁLISIS NUMÉRICO 092
CAPÍTULO IV – ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN NUMÉRICA BIDIMENSIONAL DEL CÁLCULO DE INFILTRACIÓN
PÁG.
4.1. INTRODUCCIÓN
098
4.2. CONCEPTOS TEÓRICOS FUNDAMENTALES 099
4.2.1. LEY DE DARCY 099
4.2.2. INTERVALO DE VALIDEZ DE LA LEY DE DARCY 101
4.2.3. COEFICIENTE DE RESISTENCIA DE UN MEDIO POROSO 104
4.2.4. FÓRMULAS DE RESISTENCIA 107
4.2.5. APRECIACIÓN INGENIERIL 109
4.2.6. EL COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA “K” 110
4.3. ECUACIONES DEL FLUJO EN MEDIOS POROSOS 113
4.4. MÉTODOS DE SOLUCIÓN PARA RÉGIMEN PERMANENTE O ESTACIONARIO – SOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN DE LAPLACE
117
4.4.1. REDES DE FLUJO 118
4.4.1.1. CONDICIONES DE FRONTERA 118
4.4.1.2. LÍNEAS EQUIPOTENCIALES Y LÍNEAS DE CORRIENTE 123
4.4.2. MODELOS FÍSICOS 126
4.4.2.1. MODELOS DE ANALOGÍA ELÉCTRICA 126
4.4.2.2. MODELOS DE ARENA 127
4.4.2.3. MODELOS DE FLUJO VISCOSO 127
4.4.3. MÉTODOS ANALÍTICOS 128
4.4.3.1. TRANSFORMACIONES, MAPEOS 128
4.4.3.2. MÉTODOS DE LOS FRAGMENTOS 129
4.4.3.3. SOLUCIONES CERRADAS 134
4.4.4. MÉTODOS NUMÉRICOS Y COMPUTACIONALES 135
4.4.4.1. MÉTODO DE DIFERENCIAS FINITAS 135
4.4.4.2. MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS 139
4.5. FORMULACIÓN DE LOS ELEMENTOS FINITOS 142
4.5.1. ESTIMACIÓN DE LA PRECISIÓN 146
4.6. APLICACIÓN DE LOS ELEMENTOS FINITOS EN EL CALCULO DE LA INFILTRACIÓN POR LA CIMENTACIÓN DE LA PRESA IRURO
147
4.7. REVISIÓN DEL SOFTWARE EXISTENTE PARA INFILTRACIÓN 154
4.7.1. CRITERIOS DE SIMULACIÓN DE LA APLICACIÓN SOFTWARE SLIDE V.6.0 154
4.7.2. CONDICIONES GENERALES PARA EL MODELO 155
4.7.2.1. CONDICIONES DE FRONTERA 155
4.7.2.2. PARÁMETROS INGRESADOS AL SOFTWARE SLIDE V.6.0 156
4.7.3. RESULTADOS OBTENIDOS 157
4.8. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN NUMÉRICA DEL CALCULO DE INFILTRACIÓN 162
CAPÍTULO V – REVISIÓN DE LAS DISTINTAS TECNOLOGÍAS DE IMPERMEABILIZACIÓN EXISTENTES
PÁG.
5.1. TRATAMIENTO DE GRIETAS 164
5.2. TECNOLOGÍA DE IMPERMEABILIZACIÓN 165
5.2.1. CORTINAS RELATIVAMENTE ANCHO Y CON ZANJAS POCO PROFUNDAS 165
5.2.2. CORTINAS DEL TIPO DIAFRAGMA DELGADO, RESULTADO DE LOS AVANCES LOGRADOS EN LOS PROCESOS GEOTÉCNICOS
166
5.2.3. CORTINAS DEL TIPO DE ZONA INYECTADA 167
5.2.3.1. INYECCIONES 168
5.2.3.2. TIPOS DE TRATAMIENTO 169
5.2.3.3. MEDIOS INYECTABLES 169
5.2.3.4. MEZCLAS O LECHADAS 170
5.2.3.5. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 171
5.2.3.6. PRESIONES DE INYECCIÓN 174
5.2.3.7. NORMAS GENERALES 175
5.2.3.8. TAPETES Y PANTALLAS 177
5.2.3.9. COSTOS APROXIMADOS 180
5.2.4. IMPERMEABILIZACIÓN DE LA CIMENTACIÓN DE LA PRESA IRURO 180
5.3. DISEÑO DE LA IMPERMEABILIZACIÓN DE LA CIMENTACIÓN DE LA PRESA 184
5.3.1. CONDICIONES GENERALES 184
CAPÍTULO VI – CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES PÁG.
6.1. CONCLUSIONES
188
6.2. RECOMENDACIONES 189
RELACIÓN DE FIGURAS PÁG.
Figura Nº 1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL PROYECTO IRRIGACIÓN ACARÍ – BELLA UNIÓN
004
Figura Nº 2 CONFORMACIÓN DEL CUERPO DE LA PRESA 009
Figura Nº 3 GEOLOGÍA A NIVEL REGIONAL DEL ÁREA DE ESTUDIO (FUENTE CARTA GEOLÓGICA HOJA 29-Ñ, INGEMMET))
013
Figura Nº 4
DISPOSICIÓN EN EL CAMPO DE UN SISMÓGRAFO DE 24 CANALES MOSTRANDO LA DIRECCIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS DIRECTAS Y REFRACTADAS, EN UN SISTEMA SUELO/ROCA DE 2 ESTRATOS. (α = ÁNGULO CRÍTICO).
048
Figura Nº 5 DISPOSICIÓN EN EL CAMPO DE LOS GEÓFONOS Y SHOT (PUNTOS DE DISPARO).
048
Figura Nº 6 OBTENCIÓN DE DROMOCRÓNICAS, VELOCIDADES Y ESTRATOS. 049
Figura Nº 7 PROCESOS DE ANÁLISIS DE LA TÉCNICA DEL MASW. 050
Figura Nº 8 DISTRIBUCIÓN DE LAS LÍNEAS SÍSMICAS REALIZADAS 052
Figura Nº 9 LÍNEA SÍSMICA LS-01 058
Figura Nº 10 LÍNEA SÍSMICA LS-02 058
Figura Nº 11 LÍNEA SÍSMICA LS-03 058
Figura Nº 12 LÍNEA SÍSMICA LS-04 059
Figura Nº 13 LÍNEA SÍSMICA LS-05 059
Figura Nº 14 LÍNEA SÍSMICA LS-06 059
Figura Nº 15 LÍNEA SÍSMICA LS-07 060
Figura Nº 16 LÍNEA SÍSMICA LS-08 060
Figura Nº 17 LÍNEA SÍSMICA LS-09 060
Figura Nº 18 LÍNEA SÍSMICA LS-10 061
Figura Nº 19 UBICACIÓN DE LOS PUNTOS DE PERFORACIÓN 064
Figura Nº 20 DISTRIBUCIÓN DE LOS PUNTOS DE PERFORACIÓN 089
Figura Nº 21 LÍNEAS DE ESTUDIO PROPUESTOS PARA EL ANÁLISIS DE INFILTRACIÓN 090
Figura Nº 22 PERFIL GEOLÓGICO DE LA LÍNEA DE ESTUDIO Nº1 091
Figura Nº 23 PERFIL GEOLÓGICO DE LA LÍNEA DE ESTUDIO Nº2 092
Figura Nº 24 PERFIL GEOLÓGICO DE LA LÍNEA DE ESTUDIO Nº3 092
Figura Nº 25 PERFIL GEOLÓGICO CRÍTICO 094
Figura Nº 26 PERFIL GEOLÓGICO CRÍTICO ESTRATIFICADO PARA LA SOLUCIÓN NUMÉRICA
095
Figura Nº 27 PERFIL GEOLÓGICO CRÍTICO DISCRETIZACIÓN PARA LA SOLUCIÓN NUMÉRICA
096
Figura Nº 28 LEY DE BERNOULLI MODIFICADA PARA EL FLUJO DE AGUA EN SUELOS 100
Figura Nº 29 DISPOSICIÓN DE SUPERFICIE PARA CALCULO DE PERMEABILIDAD KH y KV
111
Figura Nº 30 FLUJO CONFINADO BAJO LA CIMENTACIÓN 120
Figura Nº 31 FLUJO NO CONFINADO A TRAVÉS DE UNA PRESA 120
Figura Nº 32 CONDICIÓN DE INTERSECCIÓN DE LAS EQUIPOTENCIALES CON LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO
121
Figura Nº 33 CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO (TOMADOS DE CASAGRANDE, 1925-1940)
122
Figura Nº 34 CONDICIÓN DE INTERSECCIÓN DE LAS EQUIPOTENCIALES CON LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO,(MARSAL Y RESENDIZ NUÑEZ,•1975)
124
Figura Nº 35 RESUMEN DE TIPOS DE FRAGMENTOS Y FACTORES DE FORMA, (ADAPTADO DEL U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, 1993)
131
Figura Nº 36 ELEMENTOS FINITOS BIDIMENSIONALES MÁS UTILIZADOS 140
Figura Nº 37 CARACTERÍSTICAS GENERALES Y DE FRONTERA PARA LA PRESA IRURO 149
Figura Nº 38 MODELO DISCRETIZADO 151
Figura Nº 39 CASO Nº1: RED DE FLUJO 158
Figura Nº 40 CASO Nº1: VELOCIDAD DE DESCARGA 159
Figura Nº 41 CASO Nº1: GRADIENTE HIDRÁULICO 160
Figura Nº 42 CAUDAL UNITARIO DE INFILTRACIÓN (q) 161
Figura Nº 43 CORTINA DE ZANJA ABIERTA (SOLO A PROFUNDIDADES MODERADAS) 166
Figura Nº 44 CORTINA DE DIAFRAGMA (NO NECESITA PENETRAR A CAPAS IMPERMEABLES)
167
Figura Nº 45 CAPA AGUAS ARRIBA (PUEDE EMPLEARSE DRENES INFERIORES CON POZOS DE ALIVIO
167
Figura Nº 46 CORTINA INYECTADA (NO NECESITA PENETRAR CAPAS IMPERMEABLES) 168
Figura Nº 47 TRATAMIENTO DE CIMENTACIONES ROCOSAS 171
Figura Nº 48 VARIACIÓN DEL PROCESO DE INYECCIÓN EN GRIETAS 174
RELACIÓN DE CUADROS
Cuadro Nº 1 PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS CUENCA IRURO 005
Cuadro Nº 2 ÁREAS AGRÍCOLAS BENEFICIADAS POR EL PROYECTO 006
Cuadro Nº 3 DEMANDA HÍDRICA DEL PROYECTO 007
Cuadro Nº 4 PARÁMETROS GEOTÉCNICOS 008
Cuadro Nº 5 SECUENCIA Y RELACIONES ESTRATIGRÁFICAS GENERALIZADAS 014
Cuadro Nº 6 DISTRIBUCIÓN DE LAS LÍNEAS SÍSMICAS Y ESTACIONES DEL MASW 051
Cuadro Nº 7 RESULTADOS DE LÍNEAS GEOFÍSICAS 053
Cuadro Nº 8 PROFUNDIDADES DE LOS ESTRATOS DE LAS LÍNEAS SÍSMICAS 053
Cuadro Nº 9 RESULTADOS DE LAS ESTACIONES DE LA TÉCNICA DEL MASW 054
Cuadro Nº 10 ARCE HELBERG (1990) 055
Cuadro Nº 11 ASTM D 5777 – 95 055
Cuadro Nº 12 CASO: CURVICH J. (1975), DOBRIN, MILTON (1961), NB (1976), SAVICHA Y SATONOV V.A. (1979)
055
Cuadro Nº 13 RECOPILACIÓN DE MARTÍNEZ VARGAS A. (1990) 055
Cuadro Nº 14 RECOPILACIÓN MARTÍNEZ DEL ROSARIO J. 1997 056
Cuadro Nº 15 LÍNEAS DE PERFORACIÓN 063
Cuadro Nº 16 RESUMEN PERFORACIONES REALIZADAS 065
Cuadro Nº 17 INCIDENCIAS OCURRIDAS DURANTE LA PERFORACIÓN SONDEO Nº1 065
Cuadro Nº 18 INCIDENCIAS OCURRIDAS DURANTE LA PERFORACIÓN SONDEO Nº2 066
Cuadro Nº 19 INCIDENCIAS OCURRIDAS DURANTE LA PERFORACIÓN SONDEO Nº3 066
Cuadro Nº 20 DESCRIPCIÓN LITOLÓGICA SONDEO Nº1 067
Cuadro Nº 21 DESCRIPCIÓN LITOLÓGICA SONDEO Nº2 068
Cuadro Nº 22 DESCRIPCIÓN LITOLÓGICA SONDEO Nº3 069
Cuadro Nº 23 ÍNDICE RQD SONDEO Nº1 070
Cuadro Nº 24 ÍNDICE RQD SONDEO Nº2 071
Cuadro Nº 25 ÍNDICE RQD SONDEO Nº3 072
Cuadro Nº 26 ENSAYOS DE PERMEABILIDAD S-01 075
Cuadro Nº 27 ENSAYOS DE PERMEABILIDAD S-02 075
Cuadro Nº 28 ENSAYOS DE PERMEABILIDAD S-03 076
Cuadro Nº 29 DISTRIBUCIÓN DE TESTIGOS S-01 077
Cuadro Nº 30 DISTRIBUCIÓN DE TESTIGOS S-02 077
Cuadro Nº 31 DISTRIBUCIÓN DE TESTIGOS S-03 077
Cuadro Nº 32 INTERVALO APROXIMADO DE, K 112
Cuadro Nº 33 VALORES DE K EN CM/SEG 113
Cuadro Nº 34 MÉTODOS DE SOLUCIÓN PARA INFILTRACIÓN, (RADHAKRISHNA, 1978)
117
Cuadro Nº 35 NIVELES DE AGUA PARA LA SIMULACIÓN DE INFILTRACIÓN 148
Cuadro Nº 36 DETERMINACIÓN DEL ANCHO PROMEDIO DEL CAÑÓN IRURO 148
Cuadro Nº 37 COORDENADAS CARTESIANAS DE LA CARGA DE AGUA 152
Cuadro Nº 38 RESULTADOS DE CALCULO DE INFILTRACIÓN 153
Cuadro Nº 39 PROYECCIÓN DE LA INFILTRACIÓN ANUAL 153
Cuadro Nº 40 CARACTERÍSTICAS PARTICULARES CUERPO DE PRESA 155
Cuadro Nº 41 CARACTERÍSTICAS PARTICULARES CIMENTACIÓN DE LA PRESA 156
Cuadro Nº 42 RESULTADOS DE CALCULO DE INFILTRACIÓN 161
Cuadro Nº 43 CALCULO DE VOLUMEN MENSUAL DE INFILTRACIÓN 161
Cuadro Nº 44 VOLUMEN ANUAL APROXIMADO DE INFILTRACIÓN 162
Cuadro Nº 45 TRATAMIENTO DE CIMENTACIONES ROCOSAS 172
Cuadro Nº 46 PRESUPUESTO APROXIMADO DE INYECCIÓN DE CONSOLIDACIÓN 180
INTRODUCCIÓN
La Presa de Iruro, es un componente importante del Proyecto: “ACARÍ – BELLA
UNIÓN II ETAPA DE CONSTRUCCIÓN DE LA REPRESA IRURO”, que responde
a la necesidad de satisfacer la demanda hídrica con fines de riego de 10,249 ha.
de terreno agrícola, en 4 distritos en los departamento de Ayacucho y Arequipa;
por lo que, la culminación de la construcción de la misma, es de mucho interés
socioeconómico.
Con la finalidad de realizar el análisis e interpretación numérica bidimensional del
cálculo de infiltración en el área de emplazamiento de la presa Iruro, el presente
trabajo se fundamenta en la revisión de los estudios geológico – geotécnico de la
zona de cierre de la presa y de las distintas tecnologías de impermeabilización
existentes.
De las investigaciones geofísicas y geotécnicas realizadas en campo, se
determinó un perfil crítico representativo de la cimentación, cuyas propiedades
físicas y estratigráficas, son resultado de la aproximación de la información
obtenida en campo en los diferentes estudios y etapas del proyecto.
Para el análisis de infiltración en particular, se desarrolló el método numérico de
los elementos finitos como método de solución, y cuyos resultados fueron
verificados a través del Software Slide V. 6.0, obteniéndose un diferencia del
0.5% sobre los resultados de los elementos finitos, existiendo un grado de
confiabilidad.
Según el modelamiento numérico bidimensional realizado, existe un caudal
unitario de infiltración promedio bajo la cimentación de la Presa Iruro de q =
6.012E-05 m3/seg/m y una velocidad promedio 3.713 cm/día, lo que indica una
velocidad de infiltración moderada.
Se realizó la revisión las diferentes tecnologías de impermeabilización actuales
para el tratamiento de problemas de permeabilidad secundaria; siendo el rastrillo
del tipo de zona inyectada el empleado en la consolidación de la cimentación de
la Presa Iruro y de la cual existen evidencias en campo.
1
CAPÍTULO I – ASPECTOS GENERALES
1.1. ANTECEDENTES
El Proyecto Irrigación Acarí – Bella Unión, dentro de la estructura
proyectada contempla la construcción de la Presa Iruro, la cual ha
requerido la realización de estudios básicos de Hidrología, Agrología,
Geología y Geotecnia previos al diseño de los componentes de obra,
teniendo mayor implicancia el estudio Geológico y Geotécnico de la Presa.
Estos estudios en sus inicios han sido realizados por el desaparecido
Ministerio de Fomento y Obras públicas en la década de los 60’ y luego
complementados y ampliados a través de investigaciones previas y
Estudios definitivos en la década de los 80’ y en la propia fase de
construcción de la Presa.
Los estudios geológicos y geotécnicos del Ministerio de Fomento y Obras
públicas fueron realizados en varias etapas en la década de los 60’; las que
se basaron exclusivamente en perforaciones diamantinas para la
evaluación de la zona de cierre y la zona de embalse.
En una primera etapa de las investigaciones se verificó la necesidad de
ampliarlas para un mejor conocimiento del área de embalse y cierre; por lo
que posteriormente se realizaron perforaciones diamantinas adicionales
que permitieron también la evaluación de la zona de cierre en el aliviadero
lateral y obras conexas.
Los Estudios antecedentes han permitido el acopio de datos para la
elaboración del Expediente Técnico a nivel constructivo de la Presa Iruro,
el cual fue desarrollada en los primeros años de la década de los 80’ por la
Asociación OIST S.A. (Oficina de Ingeniería y Servicios Técnicos S.A. -
Perú) e INTECSA (Internacional de Ingeniería y Estudios Técnicos S.A. -
España).
2
Esta Asociación desarrolló también trabajos e investigaciones
complementarias propias para concluir finalmente en un Expediente
Técnico a nivel de construcción. La Presa Iruro empezó a construirse a
mediados de la década de los 80’ y luego fue paralizada en el año 1987.
1.2. OBJETIVO DEL ESTUDIO
1.2.1. OBJETIVO GENERAL
Análisis e interpretación numérica bidimensional del cálculo de infiltración
en la cimentación de la Presa Iruro.
1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Estudio de la Impermeabilización en la zona de cierre de la Presa Iruro.
Revisión de la información geológica en la zona de cierre de la Presa.
Análisis de las investigaciones Geofísicas y Geonósticas realizadas en la
zona de cierre de la Presa
Estudio de las distintas tecnologías de impermeabilización existentes, para
problemas de infiltración por la cimentación de Presas
Comparación y evaluación de resultados numéricos con el software Slide
V.5.0, software aplicado al diseño de presas, para los cálculos hidráulicos
de líneas de flujo por la cimentación de la presa.
3
1.3. METODOLOGÍA EMPLEADA
La recopilación y el análisis de información serán las armas más valiosas
en el proceso de ejecución de este proyecto, donde se establecen las
siguientes tareas de trabajo:
a) Verificación Insitu de las características topográficas, geológicas,
hidráulicas de la zona de cierre de la Presa.
b) Recopilación de la mayor cantidad de información de los estudios
realizados en las diferentes etapas de estudio y construcción de la
Presa, así también de una bibliografía confiable.
c) Revisión y análisis de la información recopilada, permitirá tomar
alcance y conocimiento de las referencias que sean necesarias y útiles
para el propósito del proyecto.
d) Revisión de los estudios e investigaciones realizadas en campo tales
como:
- Estudios Geofísicos: Refracción Sísmica
- Estudios Geotécnicos: Perforación Diamantina
e) Se hará uso de la ingeniería básica, como la hidráulica, la mecánica de
suelos, y el modelamiento hidráulico, así también de los métodos
numéricos, para la solución numérica del cálculo.
1.4. GENERALIDADES DEL PROYECTO
1.4.1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA
La zona del Proyecto Irrigación Acarí – Bella Unión, está ubicada en la
parte sur este del Perú, correspondientes a los distritos de Lucanas, San
Juan, en la provincia de Lucanas, departamento de Ayacucho y Acarí, Bella
4
Unión, en la Provincia de Caravelí, departamento de Arequipa, zonificados
de la siguiente manera:
Figura Nº1: UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL PROYECTO IRRIGACIÓN ACARÍ – BELLA UNIÓN
1.4.2. HIDROLOGÍA
1.4.2.1. HIDROGRAFÍA
La cuenca del río Iruro constituye una Sub cuenca del Río Acarí, cuyo
aporte principal se da aguas abajo de la confluencia del Río Pallpo, en
la cuenca media del mismo. El área de la sub cuenca del río Iruro-
Chacarangra es de 185.53 Km2, y representa un 17.22% de la cuenca
del Río Iruro cuya área es 1076.9 Km2.
5
La cuenca del rio Iruro presenta la forma general circular ensanchado
en la parte superior, cuyo patrón de drenaje es de tipo dendrítica, su
ancho varía entre 18 km y 12 km, el área total de drenaje es de 185.53
km2, contando con una longitud máxima de recorrido desde sus
nacientes de 19.1 km. El río Iruro nace en las alturas de la laguna
Huancaccocha, adoptando su primera denominación como Río
Intoncca, luego adopta el nombre de río Iruro para posteriormente tomar
el nombre de río Acarí.
1.4.2.2. OFERTA DE LA CUENCA COLECTORA
La oferta de agua de la cuenca colectora Iruro es de 1.84 m3/s, como
promedio anual, y tiene un caudal específico de 9.92 It/s/km2; dicha
cuenca colectora tiene una capacidad de almacenamiento para una
probabilidad de ser llenado del 75% de 44.12MMC y a una probabilidad
de 95% es de 29.50MMC.
Cuadro Nº1: PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS CUENCA IRURO
Km2 185.53
Km 67.82
Coeficiente de Compacidad (Gravelius) 1 1.40
Km 19.01
Km 9.76
1 0.51
1 0.51
Lado Mayor Km 27.05
Lado Menor Km 6.86
Orden 1 Km 37.09
Orden 2 Km 27.86
Orden 3 Km 7.00
-
-
m.s.n.m. 4550
m.s.n.m. 4000
Km 0.55
m.s.n.m. 4275
m.s.n.m. 4266.1
m.s.n.m. 4400
m.s.n.m. 4200-4250
% 2.0
- Perenne
Km/Km2 0.39
m/m 0.0216
m.s.n.m. 4400
m.s.n.m. 3990
Hr. 4.00
- 3º
CUADRO Nº 3
PARAMETROS GEOMORFOLOGICOS
CUENCA IRURO - REPRESA IRURO
PARAMETROS UNIDAD
Radio de Circularidad
Factor de Forma
RECTANGULO EQUIVALENTE
Longitud total de los ríos de
diferentes grados
FA
CT
OR
DE
CU
EN
CA
FA
CT
OR
DE
FO
RM
A
Ancho Medio
PA
RA
ME
TR
OS
DE
RE
LIE
VE
Curva Hipsométrica
Polígono de Frecuencia
Altitud Máxima de la Cuenca
Altitud Mínima de la Cuenca
Desnivel total de la Cuenca
Altitud de Frecuencia Media
Altitud Media de la Cuenca
Altura Máxima del cauce
Altura más frecuente
PA
RA
ME
TR
OS
DE
LA
RE
D
HID
RO
GR
AF
ICA
DE
LA
CU
EN
CA
Tipo de corriente
Grado de ramificacion
Densidad de drenaje
Pendiente media del río principal
Altura Máxima del cauce
Altitud Mínima del cauce
Tiempo de concentracion
CUENCA IRURO
Pendiente de la cuenca (sist. del rectángulo equivalente)
AREA DE LA CUENCA
PERIMETRO
PA
RA
ME
TR
OS
DE
FO
RM
A Longitud ( // al curso más largo)
6
1.4.3. AGROLOGÍA
1.4.3.1. EXTENSIÓN DEL ÁREA BENEFICIADA
La extensión total del área de atención es de 3 637.99 Km2, las cuales
poseen una superficie agrícola de 18,447.47 ha, de las cuales más de
13,600.00 ha tienen aptitud de riego, de donde se desagrega que en la
Parte Alta (Lucanas y San Juan): 860 ha recuperadas y 3,793.00 ha
sembradas al año y en la Parte Baja (Acarí y Bella Unión): 1,908.00 ha
recuperadas y 9,621.00 ha sembradas al año, haciendo un total de
13,414.00 ha, que se proyecta sean irrigadas con la ejecución del
Proyecto “II Etapa de la Construcción de la Presa Iruro”, la misma que
beneficiara a 2,090 familias.
Cuadro Nº2: ÁREAS AGRÍCOLAS BENEFICIADAS POR EL PROYECTO
En toda la parte alta del área en estudio existen grandes extensiones de
tierras con pastos naturales que sirven de alimento a la ganadería,
como vacunos y ovinos así también para los camélidos domésticos y
silvestres como las alpacas, llamas y vicuña respectivamente, además
existen cultivos anteriores de avena forrajera en las comunidades de
Lucanas.
7
En la parte intermedio en los márgenes del río San José existen áreas
de cultivo como de papa, olluco mashua, oca, quinua, quiwicha, cebada
trigo, arveja, haba, maíz amiláceo, alfalfa y entre otros cultivos.
En la parte baja del área en estudio, en los márgenes del río Acarí se
encuentran los valles de Caravelí (Acarí y Bella Unión) donde se puede
presenciar diversos cultivos principalmente el maíz amarillo, hortalizas,
ají paprika, frijol canario, algodón, papa, olivo, frutales varios, alfalfa.
No obstante que el área del proyecto posee recursos hídricos
superficiales, las siembras se encuadran básicamente en atención a la
estación lluviosa, a pesar de que parte del área efectúa el riego. Con las
primeras lluvias que pueden presentarse en setiembre u octubre y luego
en noviembre y diciembre, se inician las primeras labores agrícolas de
arado del terreno. Por esta razón las siembras se concentran en un
100% entre los meses de noviembre y diciembre y solo se realiza una
campaña agrícola actualmente.
1.4.3.2. DEMANDA HÍDRICA
La demanda hídrica se obtuvo por cada una de las comisiones
beneficiadas en la Parte Alta y la Parte Baja del proyecto, teniéndose un
total de 92.07 MMC anules.
Cuadro Nº3: DEMANDA HÍDRICA DEL PROYECTO
8
1.4.4. INGENIERÍA DEL PROYECTO
1.4.4.1. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA PRESA
Volumen Total = 66.255 MMC
Volumen Útil = 58.631 MMC
Volumen Muerto = 7.624 MMC
Max. Nivel De Explot. (NAMO) = 4,068.00 msnm
Min. Nivel De Explot. (NAMIN) = 4,051.80 msnm
Nivel De Max. Avenida (NAME) = 4,069.69 msnm
Altura Total De Presa = 50 m
Cota De Coronación = 4,076.00 msnm
Ancho De Corona De Presa = 9.0 m
Cota De Vertedero Auxiliar = 4,069.70 msnm
1.4.4.2. CONFORMACIÓN DEL CUERPO DE LA PRESA
Cuadro Nº4: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS
ZONA FUNCIÓN DESCRIPCIÓNFUENTE
APROBADA
TAMAÑO
MÁXIMO
ESPESOR
DE CAPA
EQUIPO DE
COMPACTACIÓN
MINIMO MUNERO DE
PASADAS POR CAPA
DENSIDAD
MÍNIMA
VOLUMEN
ESTIMADO
(m3)
1Capa Semi-
Permeable
Enrrocado
ProcesadoCantera Nº2 7.5 cms (3") 40 cms
Vibratorio 10 Tn
Vibratorio 5 Tn
4 sentido Horizontal ,
8 sentido del ta lud
Dens idad
relativa > 80%29,635.28
2 Trans iciónEnrrocado
ProcesadoCantera Nº2
30 cms
(12")40 cms Vibratorio 10 Tn 4
Dens idad
relativa > 80%34,536.54
3Zona Aguas Arriba
Espaldón Res is tenteEnrrocado Cantera Nº2 60 cms 80 cms Vibratorio 10 Tn 4 2 Tn/m3 159,697.22
4Zona Aguas Arriba
Espaldón Res is tenteEnrrocado Cantera Nº2 1.2 m 1.60 m Vibratorio 10 Tn 4 2 Tn/m3 121,779.96
5Zona Aguas Arriba
Espaldón Res is tenteEnrrocado Cantera Nº2
Tamaño
Superior a
30 cms
Variable - - - 15,238.04
9
Figura Nº2: CONFORMACIÓN DEL CUERPO DE LA PRESA
De acuerdo con los parámetros obtenidos se tiene una altura de carga
de agua máxima de 42 m (NAMO), a partir de la cual desciende en la
etapa de operación (Abril – Diciembre) de la presa, hasta llegar a la
cota de la toma principal, con una carga de agua de 25.8 (NAMIN),
tomadas con referencia al eje de presa.
1.4.5. SITUACIÓN ACTUAL DE LA PRESA
La construcción de la presa Iruro presenta un avance físico global del 55%,
realizado en el periodo comprendido de 1984 a 1987 año en que los
trabajos fueron paralizados, debido a factores relacionados con la parte
social, económica, etc. Realizando una evaluación actual de las estructuras
realizadas hasta el año 1987, se tiene el siguiente diagnóstico:
a) Campamentos: Ejecutado en 100%.
b) Obras de Desvío: Túnel de desvío y Ataguía ejecutados en 100%.
c) Túnel de Descarga: La obra de toma ejecutada en 90%, faltando los
sistemas metálicos de rejilla, ataguías y relleno de las juntas; la cámara
de compuertas en 62% y la estructura terminal en 37%, quedando
10
pendiente los muros laterales y el solado de protección y el 100% del
cierre del desvío y el tapón de cierre.
d) Galería de Acceso: Ejecutado en 96%.
e) Presa Principal: La losa perimetral de concreto ejecutada en 100% y el
relleno del cuerpo de la Presa presenta un avance de 13%.
f) Dique Lateral: Presenta un avance del 20%.
g) Vertedero Principal: Se ha ejecutado el 70%, quedando pendiente la
construcción de muros y losas y el puente sobre el vertedero.
h) Vertedero Auxiliar: Se ha ejecutado un 90%, quedando pendiente el
dique de concreto.
i) Instrumentación de la Presa: Está pendiente el 100%.
j) Suministro y montaje de Compuertas: Está pendiente el 100%.
k) Tratamiento de Consolidación e Impermeabilización: Presenta un
avance de global de 70%, habiéndose concluido el tratamiento de la
Presa principal, quedando pendientes las inyecciones de consolidación
en el vertedero principal y un tramo de 20 m de longitud del dique
lateral.
11
CAPÍTULO II – CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS DE LA ZONA DE
CIERRE DE LA PRESA
2.1. GEOLOGÍA REGIONAL
2.1.1. GEOMORFOLOGÍA
A nivel regional, en la zona de estudio se distinguen las siguientes
unidades geomorfológicas: Estribaciones Andinas, Altiplanicie Andina, Valle
Interandino y Altas Cumbres.
A continuación se describirán brevemente cada una de ellas:
a).- Estribaciones Andinas:
Se extienden desde los 500.00 m.s.n.m. hasta los 2,400.00 m.s.n.m. con
una gradiente promedio entre los 5º y 15º hacia el Oeste.
Se caracteriza por presentar una morfología irregular con sistemas de
drenaje sub. Paralelo a dendrítica, convergente y perpendicular a la línea
de la costa.
Esta unidad geomorfológica ha sufrido por procesos de la última fase de la
Orogénia Andina y la acción erosiva profunda durante el Terciario superior
y Cuaternario por los ríos y quebradas que bajan del macizo andino,
complementada por los factores litológicos, geoestructurales y
climatológicos.
b).- Altiplanicie Andina:
Está comprendida entre las cotas 2,000.00 m.s.n.m. a 4,000.00
m.s.n.m. la que incluye las Estribaciones Andinas y la Altiplanicie Andina,
como Pampa Galeras y zonas adyacentes.
12
Esta unidad presenta una leve inclinación hacia el Oeste, con un sistema
de drenaje paralelo.
c).- Depresión Interandina:
Sobre esta unidad se desarrollaron los denominados valles interandinos,
que muestran un drenaje con cierto grado de control estructural; se ubica
en las partes altas de las cuencas del río Grande y río Palpa, las que
discurren con dirección de norte a sur y sur oeste. Presentan un sistema de
drenaje dendrítico con modelado del valle en sus bordes o laderas, con un
perfil angosto y profundo, en forma de cañón.
d).- Altas Cumbres:
Se ubican hacia las partes más altas, en donde se observan los
afloramientos de rocas de origen volcánico, con relieves escarpados.
Los rasgos morfológicos de la región ha sido el resultado de las
características litológicas de las unidades geológicas y de los aspectos
estructurales, en donde la actividad volcánica del terciario y los fenómenos
glaciares y fluviales han influenciado notablemente en el modelado actual;
en general la zona la zona se encuentra dominada por un paisaje alto
andino, con un relieve montañoso.
La evolución geomorfológica del área de estudio, está relacionada
preponderantemente con una superficie de ladera bastante amplia y
lomadas, con valles de escorrentía temporal y permanente, sobre las
cuales se notan geoformas menores, donde sobresalen: Lomadas,
Llanuras bajas, Pampas, Valles, Morrenas.
2.1.2. ESTRATIGRAFÍA
De acuerdo a la información geológica a nivel regional existente:
Cuadrángulo Geológico de Santa Ana a escala 1:100,000. INGEMMET,
13
1993; en el área de interés para el área de embalse, se han reconocido
unidades litoestratigráficas, cuyas edades se encuentran comprendidas en
el Terciario.
Figura Nº3: GEOLOGÍA A NIVEL REGIONAL DEL ÁREA DE ESTUDIO (FUENTE CARTA
GEOLÓGICA HOJA 29-Ñ, INGEMMET)
La Presa Iruro se encuentra emplazada sobre una secuencia de rocas de
origen Terciario y Cuaternario antiguo, constituida por las unidades
geológicas siguientes: Puquio, Tacaza, Sencca y Barroso de naturaleza
volcánica a sub-volcánica que da origen a Brechas (Aglomerados) y
Areniscas en las capas superiores y a Tufos y Tobas en las capas
inferiores.
Los sedimentos de época Cuaternaria reciente corresponden a productos
detríticos formados a expensas del zócalo rocoso Terciario a Cuaternario
14
antiguo, caracterizados por un transporte escaso y relacionado con
procesos glaciares cuyo impacto en la geomorfología es importante. Las
rocas más antiguas están afectadas por una leve tectónica cuaternaria, que
da lugar a unos suaves pliegues (Sensiblemente con dirección N-S) y a una
fisuración aprovechada por la erosión, que origina unos profundos surcos
en las zonas de la propia boquilla. En esta misma existe un tipo de erosión
columnar muy peculiar.
El área del vaso se encuentra constituida principalmente por materiales
finos (Tufos y Tobas) sub-horizontales y presenta en la zona afectada por
el embalse unas pendientes suaves (20% en promedio) que implican unas
condiciones de estabilidad adecuada.
Cuadro Nº5: SECUENCIA Y RELACIONES ESTRATIGRÁFICAS GENERALIZADAS UNIDAD
LITOESTRATIGRAFICA SIMBOLOGIA DESCRIPCION
Depósitos Aluviales Qr - al Arenas limosas con gravas,
eventualmente con bolonería.
Depósitos Coluviales Qr - c Fragmentos de rocas anulosas a sub angulosas, englobados en una matriz
arenosa con limos.
Depósitos Fluvio glaciares Qr - fl.gl
Arenas limo arcillosas, con gravas y fragmentos rocosos heterogéneos; con presencia de lentes de gravas y arenas
en forma irregular.
Grupo Barroso TQ - ba
Secuencia volcánica de derrames andesíticos; con escasa a nula presencia de brechas y flujos
piroclásticos.
Formación Sencca Ts - s
Secuencia volcánica sedimentaría, conformada por aglomerados y tobas
de color gris claro a blanquecino. Predominan las tobas de grano fino a
grueso, mal clasificadas.
A nivel regional y basado en la información geológica existente, en el área
de estudio se han reconocido unidades litoestratigráficas cuyas edades se
encuentran comprendidas desde el Terciario superior hasta el Cuaternario
reciente.
Las formaciones del Terciario corresponden mayormente a las secuencias
volcánico - clásticas que incluyen a Tobas volcánicas; también existe una
serie de depósitos cuaternarios: Glaciales y fluviales, que se distribuyen a
lo largo de las cuencas.
15
A continuación, se hace una breve descripción de las unidades
litoestratigráficas; en tal sentido, se ha utilizado la información regional
elaborada por INGEMMET - Instituto Geológico Minero y Metalúrgico,
complementada con las verificaciones de campo.
a).- Formación Sencca (Ts-s):
Las rocas que constituyen esta unidad son fundamentalmente de origen
volcánico piroclástico, constituido por una alternancia de niveles de tufos
más o menos consolidados con oquedades de 1 mm de espesor , muy
porosas y unidades aluviales arenosas seguidas por lavas piroclásticas.
b).- Grupo Barroso (TQ-ba):
El término fue empleado por J. Wilson (1966), para describir una secuencia
volcánica compuesta mayormente de derrames andesíticos expuestos en
la Cordillera del Barroso de la región de Tacna; en el extremo sur oriental
del cuadrángulo de Puquio, conforma relieves comprendidos entre 4,000.00
m.s.n.m. y 4,500.00 m.s.n.m. caracterizados de una morfología prominente
que destaca muy claramente sobre la superficie peniplanizada del área.
En la zona de estudio, está constituido por una sucesión de coladas
andesíticas porfiroides, en matriz afanítica gris a marrón, con escasa
proporción de ferromagnesianos; en dicha litología la presencia de brechas
y flujos piroclásticos es casi ausente.
Estudios geológicos existentes sobre el Grupo Barroso, le han asignado
una edad plio – pleitocénica; en concordancia a las características
litológicas, morfoestructurales y posición estratigráfica.
c).- Depósitos Cuaternarios:
Los depósitos cuaternarios, cubren indistintamente extensas áreas a lo
largo de la depresión interandina y valles, corresponden a depósitos
aluviales, fluviales, coluviales y fluvio glaciares.
16
c.1).- Depósito Fluvio Glaciar:
Esta unidad geológica se encuentra ocupando algunas depresiones,
cubriendo parcialmente las laderas de los cerros y formando morrenas
laterales y frontales.
Corresponden a las acumulaciones de materiales heterogéneos que varían
entre arenas arcillosas a areno limosas con inclusiones de fragmentos de
volcánicos.
En las depresiones, estos suelos superficialmente muestran alto porcentaje
de suelos orgánicos (Potencias entre 0.30 m a 0.50 m). Se distribuyen en
algunos casos constituyendo geoformas tipo: Morrenas ó bofedales.
c.2).- Depósitos aluviales (Q-al):
Bajo esta denominación genérica se describen los materiales areno
limosos que conforman las terrazas fluviales y las acumulaciones de
gravas, arenas y arcillas que se encuentran en el lecho de los ríos actuales.
c.3).- Depósitos Coluviales (Q-co):
Los depósitos coluviales se localizan a lo largo de las laderas que están
rodeando los valles; están constituidos por los fragmentos heterométricos
desprendidos de los afloramientos rocosos y englobados por una
englobados por una matriz arena arcillosa y/o limosa.
d).- Batólito de la Costa:
Esta unidad geológica corresponde a los afloramientos de las rocas
intrusivas que conforman el Batolito de la Costa.
Está constituida por rocas de origen ígneo de tipo diorita a granodiorita, de
textura granular, color grisáceo, masiva, de resistencia alta a moderada,
con un grado de meteorización moderado en superficie; no está
17
comprometido con la zona del proyecto, pero puede ser considerado dentro
de la zona proyectada para la prospección de los materiales de préstamo.
2.1.3. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL
Regionalmente, la zona de estudio y alrededores están afectadas por el
tectonismo que dio origen a la Cordillera de los Andes Peruanos y por los
eventos tectónicos de compresión del Eoceno superior de la fase Incaica.
Es evidente la existencia de la fase tectónica, originando deformaciones
como pliegues, fallas y diaclasas, afectando las unidades geológica que se
encuentran dentro del marco geológico regional; sobresalen los pliegues
con dirección predominante de NO-SE, que afectan la secuencia
sedimentaria y volcánico sedimentarias, así como las diaclasas en las
rocas intrusivas y volcánicas, que por su posición no son desfavorables
para la presa.
En la zona de estudio no existen evidencias de un tectonismo intenso, por
lo que consideramos de ligero a moderado, donde es evidente la presencia
de fisuras o diaclasas, pero originados por la misma naturaleza de la roca
volcánica. La presencia importante de grietas y fracturas rellenadas con
arcilla y con una apertura máxima de hasta 5.0 mm, no determinan la
presencia de una falla cerca del área de la Presa, por lo que la ubicación
seleccionada es la adecuada por procesos estructurales.
Los movimientos epirogénicos originaron transgresiones, con fallas
longitudinales, pero en la zona de estudio no se observan estas estructuras
importantes que puedan afectar las condiciones de cimentación y
almacenamiento del Represamiento del Río Iruro.
18
2.1.4. GEODINÁMICA EXTERNA
En la zona de cierre no se han observado procesos geodinámicos de
inestabilidad de talud, como; deslizamientos, derrumbes, caída de bloques,
etc., y otras ocurrencias. Los observados coinciden con derrumbes de
bloques rocosos y/o material sueltos provenientes de los derrames
volcánicos, como consecuencia de los grandes períodos de lluvias, pero
que son de magnitud leve y no son determinantes en los criterios de diseño
de la Presa Iruro.
La actividad geodinámica externa sobre el emplazamiento de la Presa Iruro
se encuentra relacionada básicamente a la presencia de materiales
coluviales y los derrumbes de bloques rocosos de naturaleza volcánica
(Derrames volcánicos tipo aglomerados) por acción de la gravedad y en
épocas de lluvias intensas. La acción erosiva del río Iruro sobre el fondo y
laderas del cauce no son importantes debido a la presencia de rocas
volcánicas del tipo andesitas, que en la práctica constituyen un lecho rígido
y no son erosionables. Los procesos erosivos en la superficie de la cuenca
no son intensos por lo que la producción de sedimentos es más bien baja y
determinan un escaso aporte al volumen muerto de la Presa Iruro.
2.1.5. SISMICIDAD
A nivel regional se cuenta con información que en áreas cercanas a la zona
en estudio se han producido sismos que han influido en el distrito de
Lucanas con intensidades promedio de VI a VIII, según la escala de
Mercalli modificada, que indican que el área de estudio se encuentra en
una zona de Sismicidad Alta.
Acorde al Mapa de zonificación sísmica del Perú y al Mapa de máximas
intensidades sísmicas de Perú, se desprende que el área en estudio se
encuentra en la Zona III correspondiente a una zona de sismicidad Alta y
con probabilidad de ocurrencia de sismos en la Escala de Mercalli
19
modificada de VI a VIII grados de intensidad. Asimismo se presenta el
Mapa de isoaceleraciones del territorio peruano para un Periodo de
Retorno de 475 años, en donde se obtiene para el área de estudio una
aceleración horizontal máxima de 0.38g.
2.2. GEOLOGÍA GENERAL DEL ÁREA DE INTERÉS
2.2.1. GEOMORFOLOGÍA
Los procesos geomorfológicos de erosión y acumulación tienen gran
significado en la formación de la depresión erosional de Iruro y por
consecuencia del Vaso y Boquilla.
La acción erosiva de las aguas en forma de corrientes como los del río
Iruro, filtraciones, lluvias y nevadas han constituido en la degradación de
los sedimentos que forman actualmente el vaso.
El transporte de los sedimentos se hacía inicialmente por toda la parte sur
del Vaso o sea sobrepasando los aglomerados del Cañón, de los cuales
quedan rezagos en los límites del Vaso y la cuenca vecina de Pucasalla.
Seguidamente al continuar la erosión se encuentran los aglomerados del
Cañón que por tener gran resistencia a la erosión, la acción del río Iruro se
concentró básicamente en lo que actualmente constituye el Cañón,
siguiendo una diaclasa o simplemente la topografía más baja existente.
Al continuar la erosión eran arrastrados los sedimentos del Vaso y
formándose la depresión con una velocidad mayor que la que se formaba
el Cañón por ser los aglomerados mucho más resistentes, lo que ha dejado
la forma del Vaso en las actuales condiciones.
El proceso geomorfológico de acumulación se manifiesta en la formación
de depósitos de sedimentación lacustre de limos arenosos y pocas arcillas
que se acumulan en las partes bajas del Vaso, la potencia de estos
20
sedimentos varía desde unos 300.0 m en la parte central del Vaso hasta
ser de poco espesor en los alrededores.
En las partes altas de la depresión de Iruro o sea en la cuenca de
acumulación de sedimentos se manifiesta en depósitos de arenas gruesas
en pequeñas depresiones y de poca profundidad.
2.2.2. ESTRATIGRAFÍA
El área de emplazamiento de la Presa Iruro engloba a un conjunto de rocas
sedimentario-volcánicas, tales como aglomerados, areniscas, tufos,
derrames lávicos y localmente un intrusivo de tipo hipoabisal.
La distribución en superficie de este conjunto sedimentario-volcánico se les
puede agrupar en tres formaciones de acuerdo al relieve y litología la que
se describe a continuación: (PLANO Nº1 – PGL – 01 – Anexos)
Formación A:
Se extiende desde la parte final del cañón del río Iruro hacia aguas abajo,
formando la cuenca vecina, está constituida por una estratificación de tufos
volcánicos tipo riolitas bastante duros, color gris claro a blanquecino, como
puede observarse en el flanco derecho de la quebrada.
En la parte superior de dicho flanco cerca de Azuljaja presenta algunos
derrames de rocas basálticas de coloración gris oscura y de buena
densidad. Esta formación es continua por varios kilómetros hacia aguas
abajo.
Formación B:
Se trata de un afloramiento de aglomerados intercalados con areniscas en
estratos potentes. Este afloramiento tiene una forma rectangular con una
21
longitud mayor transversal a la dirección del río que sobrepasa los 7.0 Km y
un ancho aproximado de 1.0 Km en la dirección del río.
La mejor exposición se encuentra en la parte final del flanco izquierdo del
cañón.
Formación C:
Está directamente relacionado con el Vaso o Área de embalse del río Iruro
y constituye la gran estratificación de tufos, areniscas tufáceas,
conglomerados y derrames lávicos que limitan la depresión erosional de
Iruro donde se emplaza el vaso, son de coloración gris blanquecina de baja
densidad y blandos a excepción de los derrames lávicos que están en la
parte superior a manera de mantos que son densos y compactos.
A continuación, se hace una descripción más detallada de la litología de la
zona de interés:
1).- Los aglomerados se encuentran en la zona sur del Vaso y su mejor
exposición está en la parte final del cañón del río Iruro donde se les
observa que no es un afloramiento masivo sino que se presenta en estratos
potentes intercalados con bancos de areniscas.
El estrato superior de los aglomerados es el mejor expuesto, se observa en
una extensión de 3.0 Km transversalmente al río Iruro y 800.0 m
longitudinales al mismo; estando el cañón de Iruro excavado íntegramente
en este estrato del cual forma actualmente los flancos y cauce del cañón
hasta los primeros 600.0 m.
Existen además dos estratos de aglomerados intercalados con otros tantos
de areniscas y que se encuentran bien expuestas en la parte final del
flanco izquierdo del cañón. Esta estratificación tiene un buzamiento de 10°
hacía el SE o se inclinados hacia aguas arriba.
Litológicamente los estratos de aglomerados tienen características
similares y están constituidos por fragmentos angulosos (de poco
22
transporte) de rocas volcánicas oscuras con diámetros variados de hasta
1.50 m sin orientación preferencial, envueltos en una matriz de textura
granular fina de material tufáceo color gris, la cementación es fuerte y la
proporción de material grueso con relación al fino (matriz) varía de unos
estratos a otros. Así tenemos que en los estratos inferiores, el material
grueso o sea los fragmentos angulosos están en una proporción
aproximada del 70% y la matriz de 30% y en estos estratos existen los
fragmentos más grandes de hasta 1.50 m de diámetro en cambio en el
estrato superior que es el que forma el cañón de Iruro, la proporción de
fragmentos es de un 40% y matriz de 50%. Los fragmentos tienen
diámetros más uniformes que varían hasta un máximo de 40.0 cm y el
conjunto presenta buena compactación.
Existe otro afloramiento de aglomerados en el Vaso a unos 2.0 Km al NE
del cañón con las mismas características que el aglomerado descrito en el
cañón, pudiéndosele correlacionar con el estrato superior por dos
observaciones:
a).- La proporción y el tamaño de los fragmentos gruesos con relación a
los finos; y
b).- Porque sobre ambos aglomerados se encuentra el mismo tipo de rocas
estratificadas que forma el Vaso.
Las areniscas, se han observado tanto en el Vaso como en la parte final
del Cañón de Iruro, aunque ambos con características diferentes.
2).- Las areniscas en el cañón se presentan en bancos interestratificados
con los aglomerados, tienen un color gris verdoso, buena compactación de
grano medio a fino, bastante limpias, presentan un fracturamiento
superficial a manera de un cuadrilátero.
Las areniscas observadas en el Vaso se encuentran en intercalaciones con
sedimentos tufáceos de coloración blanquecina, grano grueso a medio de
composición tufácea, se presentan en estratos delgados.
23
3).- Los tufos están ampliamente distribuidos en el Vaso,
estratigráficamente ocupan una posición intermedia entre los aglomerados
y areniscas estratificadas que forman el cañón y las lavas volcánicas que
están superyacientes a los tufos a manera de costra.
Esta formación tufácea está constituida por una alternancia en perfecta
estratificación delgada, de tufos, areniscas tufáceas y en menor proporción
lutitas y conglomerados, este conjunto tiene una coloración blanquecina y
el conjunto estratigráfico tiene un buzamiento de 5 ° NE, la dureza de los
estratos varía de acuerdo a su composición, siendo las areniscas tufáceas
y tufos volcánicos los de mayor compactación.
En la base de la estratificación se observan más conspicuamente los tufos
y areniscas tufáceas y en menor proporción lutitas en las partes altas de la
depresión predominan las cenizas volcánicas.
Se ha medido una sección estratigráfica en la zona de boquilla o cierre y
vaso o embalse donde se describe con más detalle las características de la
secuencia.
4).- Las lavas volcánicas o llamados también derrames lávicos se
encuentran en las partes altas del vaso y de la cuenca prácticamente,
cubriendo la formación tufácea a manera de un manto lávico, con una
inclinación suave hacía el Sur. La potencia observable en las partes altas
del Vaso donde ha sido cortado en taludes verticales por efecto de la
erosión varía entre 20.0 m en la zona NW del Vaso y 50.0 m en la zona NE
y E del Vaso.
En esta zona se ha modelado quebradas de poca profundidad y de gran
sección a manera de ondulaciones que marcan el nacimiento de los ríos
que van hacía Nazca y Acarí.
Además depresiones que han formado lagunas, muchas de las cuales
permanecen con agua durante todo el año como la Laguna Tacracocha
que se encuentra en la zona Norte del Vaso.
24
Estos derrames lávicos se presentan bastante compactos y duros, de
textura fina, color gris oscuro a gris claros, variando entre andesitas y
basaltos. Se ha podido observar que en la zona N a NW del Vaso, la roca
es más clara y el sistema de fracturamiento en los taludes observados
determinan bloques cuadriláteros, un cambio en la zona NE y E del vaso, la
roca es más oscura y el fracturamiento es de preferencia columnar y los
bloques desprendidos son alargados.
5).- La roca intrusiva de tipo hipoabisal se manifiesta solo localmente en la
zona E y parte alta del vaso a unos 3.50 Km del cañón de Iruro, existe un
afloramiento de forma alargada con unos 500.0 m. de largo por 100.0 m de
ancho y una sección de forma cónica. Las características de este
afloramiento indican que se trata de un episodio magmático de carácter
hipoabisal, limitado a las dimensiones consideradas, ya que se diferencian
de las rocas que forman el manto lávico que abarca toda la zona, tanto por
su textura como por su estructura.
Este afloramiento está constituido por rocas de carácter andesítico de
textura porfirítica, se presenta bastante fracturado en bloques cuadriláteros
de diferentes dimensiones con gran desordenamiento, limitando un valle
colgado de 400.0 m de largo por 150.0 m de ancho con los derrames
lávicos que predominan en la zona, en cuyo fondo limitan una laguna
alargada de la que se produce una descarga aproximada de 30 l/s, hacía el
Vaso de Iruro.
Para una mejor descripción de las formaciones geológicas encontradas, se
ha medido una sección geológica en la Zona E del Vaso con una dirección
aproximada de N 40°.
Esta sección empieza en el cauce del río Iruro, al final del cañón, pasa por
el flanco izquierdo donde mejor expuesta se encuentran las
estratificaciones, luego por el Vaso donde existen dos afloramientos
característicos y termina en la parte alta en derrames lávicos:
25
a).- Corresponde a la base de la estratificación, se presenta en forma
masiva, y se continúa en profundidad en el cauce del río Iruro, es una roca
tipo volcánica andesítica en proceso de metamorfismo por silificación,
presenta venillas de sílice amorfo (cuarzo, calcedonia) bien compacta y
muy dura, color gris rojizo.
b).- Banco de areniscas de grano grueso a medio, bien compactas color
gris verdoso, con estratificación cruzada, contiene pequeños lentes de
areniscas tufáceas, presenta fracturamiento superficial a manera de
cuadrillado, en su constitución predominan los fragmentos líticos oscuros.
c).- Estrato de aglomerados volcánicos constituido por fragmentos
angulosos de volcánicos oscuros andesíticos y basálticos, de tamaño
variado hasta de 1.50 m de diámetro, envueltos sin orientación preferencial
en una matriz arenosa de constitución tufácea. La proporción de
fragmentos a matriz es de 70% del total de la masa aglomerádica.
d).- Banco de areniscas con características similares a la letra “b”.
e).- Banco de aglomerados de iguales características a “c”.
f).- Paquete de areniscas, líticos con abundantes fragmentos de rocas
volcánicas y material tufáceo con regular compactación. Buzamiento del
estrato N 10° SE (Hacía aguas arriba).
g).- Potente banco de aglomerados constituido por fragmentos angulosos
volcánicos oscuros envueltos sin orientación preferencial en una matriz
arenosa un tanto terrosa de constitución tufácea. La proporción de gruesos
es de 40% y de matriz 60%. El conjunto presenta buena compactación.
Los fragmentos angulosos en este estrato a diferencia de “c” y “e” tienen un
diámetro más uniforme variando entre 10.0 cm a 20.0 cm.
h).- Andesita cubriendo en forma discontinua por erosión a los aglomerados
y que yacen en forma esporádica en diferentes puntos del Vaso, roca
bastante dura.
26
Hasta aquí, la Sección corresponde al flanco izquierdo del Cañón. La
sección continúa por la parte baja del Vaso.
i).- Areniscas de grano medio con buena compactación color gris claras
intercaladas con pequeños lentes de lutitas con oxidación. La potencia no
ha sido observada porque se continúa en profundidad. Estas forman
prácticamente el piso del vaso.
j).- Estratificación delgada entre 10.0 cm y 5.0 cm intercaladas de
sedimentos finos tipo lutitas bastante fracturadas con areniscas de grano
fino de constitución tufácea, con fragmentos líticos subredondeados de
volcánicos oscuros. Este paquete estratificado tiene un rumbo N 33° y
buzamiento 12° NE.
k).- Areniscas líticas depositadas en ambiente arenoso formadas por
fragmentos de rocas volcánicas, andesíticas, tamaño de arena gruesa
envueltos en matriz tufácea bastante porosa y de baja densidad, contiene
pequeñas intercalaciones de lutitas fracturadas.
l).- Lutitas en estratificación fina con fracturas perpendiculares a los
estratos, contienen material tufáceo.
ll).- Areniscas con escasa compactación color gris, grano medio a fino con
estratificación laminar con raras intercalaciones de láminas de material fino
tufáceo de constitución tufácea bastante fisibles. Presentan abundante
estratificación cruzada y perturbaciones debido a fragmentos de roca
englobados.
m).- Lutitas con pequeñas intercalaciones de arenas finas. Hacía la base
del estrato medio predominan las lutitas color marrones, muy fisibles en el
sentido de la estratificación, hacía la parte superior son más abundantes
las arenas finas. Presenta un fracturamiento perpendicular a la
estratificación con distanciamiento de 10.0 cm a 20.0 cm.
27
n).- Estrato de conglomerados, regularmente compactados, constituido por
fragmentos redondos a subredondeados de volcánicos andesíticos y
basálticos, de tamaño máximo de 2.0 cm envueltos en una matriz arenosa
de grano grueso, conteniendo material tufáceo color blanquecino.
ñ).- Estrato de tufos volcánicos color blanco, bastante duros en superficie
pero blando a los pocos centímetros de excavarlos hasta volverse polvo en
los dedos, contiene nódulos de tufos más compactos, se produce el
intemperismo en forma de conos.
En este estrato se midió un buzamiento de 6° SE que corresponde a la
estratificación general del vaso.
o).- Conglomerado parecido al descrito en la letra “n”.
p).- Lutitas como las de la letra “m”.
q).- Estrato formado por intercalaciones de areniscas y lutitas en estratos
delgados. Las areniscas de grano fino, cuarzosas, regular compactación,
color gris claras. Las lutitas se presentan bastante fracturadas, tienen algo
de material de tufos volcánicos.
r).- Areniscas tufáceas de grano grueso flojamente compactadas, color
blanco amarillento, en la parte superior del estrato la arenisca es de grano
fino intercalada con abundante material tipo limoso de constitución tufácea.
s).- Areniscas de grano fino intercaladas con lutitas en estratificación
delgada, con abundante material tufáceo, presentan raros fragmentos de
rocas volcánicas oscuras hasta de 1.0 cm de diámetro.
t).- Potente banco de cenizas volcánicas color gris plomiza, masiva, sin
estratificación poco densa, porosa, contiene abundante nódulos de ceniza
más resistentes a la erosión, de color negruzca.
28
u).- Tufos volcánicos blanquecinos finos al tacto poco densa, presentan
delgados lentes de conglomerados, conteniendo fragmentos de 2.0 cm con
arenas gruesas.
v).- Tufos redepositados (Hidrocinerita) conteniendo elementos líticos
angulosos de rocas oscuras volcánicas con matriz tufácea, contienen en la
base del estrato mayor proporción de arena. Regular compactación.
w).- Tufos volcánicos color rosado, característico, bastante friables poco
densas y sin compactación, porosas, contiene esporádicos fragmentos de
rocas oscuras angulosas.
x).- Arenas tufáceas, bastante sueltas de grano fino, porosas y poco
densas, color blanco.
y).- Derrame lávicos andesíticos que se encuentran cubriendo toda la
cuenca y cortadas en talud vertical alrededor del vaso.
2.2.3. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL
En el área de interés para la Presa Iruro se puede reconocer dos aspectos
estructurales importantes:
a).- La Secuencia estratigráfica
En la zona de estudio se distinguen dos secuencias estratigráficas bien
definidas: La secuencia estratigráfica en bancos potentes alternados de
areniscas y aglomerados que forman el cañón y la secuencia estratigráfica
delgada de tufos, areniscas, conglomerados que forman el vaso
propiamente dicho.
En el Vaso, la interestratificación es más o menos uniforme y el conjunto
estratigráfico tiene un buzamiento general hacía el Sur-Este (Inclinación
29
hacía aguas arriba). Este buzamiento varía entre un límite extremo de 12° a
8°.
En el cañón de Iruro, la secuencia de aglomerados y areniscas también
sigue con un buzamiento concordante con las estratificaciones en el Vaso.
De acuerdo a esta disposición estructural (estratos inclinados de 10° hacía
aguas arriba) en el Cañón, los 600.0 primeros metros aproximadamente
están excavados en el estrato superior y potente de aglomerados y los
250.0 m restantes en la estratificación subyacentes de areniscas y
aglomerados (bajando longitudinalmente por el cauce del cañón, se baja
también en la estratificación de estratos más recientes a más antiguos).
En el lado oeste de la depresión topográfica de Iruro, a unos 5.0 Km del
Cañón (zona no afectada por el embalse) en el flanco derecho de la
quebrada Jailana existe una pequeña disturbación de los sedimentos
tufáceos, en forma de monoclinal, que buza 10° hacía el NW, formando así
el flanco derecho de dicha quebrada. Este monoclinal se prolonga hacía la
cuenca vecina de Azuljaja. En la quebrada Jailana, este monoclinal
presenta discordancia estratigráfica, con relación a los estratos del flanco
derecho que tienen un buzamiento de 8° hacía el Nor-Este.
b).- El Sistema de fallas
Existen evidencias de campo que la zona ha sido afectada por fallas, éstas
pueden ser clasificadas en dos tipos: Fallas de carácter regional y fallas de
carácter local que pueden llamarse también como fallas inferidas y fallas
observadas.
Las fallas regionales o inferidas trazadas en el Mapa Geológico, (PLANO
Nº2 – PG – 03 – Anexos); han sido ubicadas en el campo principalmente
por evidencias fisiográficas como escarpas que siguen un determinado
alineamiento por varios kilómetros. Aunque no se han observado pruebas
directas del fallamiento regional a lo largo de estas escarpas, es posible
que dichos rasgos estén modificados por efectos de la erosión. Una falla de
30
carácter regional que pasa siguiendo un alineamiento de escarpas en la
zona N de la cuenca vecina de Pucasalla y pasa con una dirección de SE a
NW por aguas abajo del cañón de Iruro y se prolonga por la cuenca
Azuljaja.
La existencia de esta falla de carácter regional, pone de manifiesto cambios
topográficos y geológicos en la zona. En la región N del fallamiento, la
topografía es suave y predominan rocas de constitución tufácea, blandas y
poco densas y derrames lávicos en la parte superior pero en la zona sur
existen rocas volcánicas del tipo riolíticas, que son bastante duras y los
afloramientos están a cota inferior a las anteriores.
El fallamiento menor en la zona se hace evidente en el campo,
seguramente como consecuencia de reajustes a fallas precedentes.
En la quebrada Turnopampa ubicada en la cuenca vecina a unos 3.0 Km
hacia el W del cañón (aguas abajo) existen fallas secundarias con
dirección SE a NW con un desplazamiento de aproximadamente 4.0 m. en
un paquete estratificado de tufos riolíticas que presentan un buzamiento de
37° al SW con un rumbo de W 317°. Prolongando esta falla en su dirección
hacía la parte final del Cañón se observa aquí que los tufos riolíticos
bastante duros y en estratificación delgada han sufrido un gran
distorsionamiento.
Teniendo en cuenta la geología y la estructura observada, podemos dar un
esbozo sobre el origen del vaso y la boquilla de Iruro.
Inicialmente los tufos blancos friables y derrames lávicos que forman el
Vaso cubrían ampliamente la zona; posteriormente se produjo un
fallamiento regional seguido de un ciclo erosivo que hizo desaparecer los
tufos en la zona sur, poniendo al descubierto los tufos riolíticos bastante
duros diferentes a los del vaso y también los aglomerados del cañón.
Posteriormente, la erosión continuó hasta su nivel máximo antes de formar
el Cañón de Iruro, existiendo todavía tufos blandos en la cuenca antigua
31
aguas abajo del Cañón. En estas condiciones la erosión y transporte de los
tufos producía por encima de los aglomerados del cañón como se ve
remanentes en las partes altas hacía la cuenca de Pucasalla.
Continuando la erosión, se empieza a formar el cañón de Iruro y
formándose progresivamente el vaso por acción fluvial, siguiendo
posiblemente una fractura.
Pero debido a que la resistencia a la erosión de las rocas del cañón y del
Vaso son bastante diferentes, el agua erosionada el cañón lentamente pero
se iba formando el Vaso con mayor velocidad por la misma consistencia de
las rocas friables ayudada por las filtraciones superiores que ayudaban a
erosionar los flancos del vaso hasta presentar las características actuales.
2.3. GEOLOGÍA LOCAL DEL CAÑÓN IRURO
2.3.1. GEOMORFOLOGÍA
Tiene una longitud aproximada de 850.0 m con una dirección general de N
30°, produciéndose pequeños cambios de dirección que forman recodos
del río.
El cañón es angosto y presenta simetría topográfica y geológica en ambos
flancos, habiendo sido excavado en una misma unidad geológica. Esto
tiene una importancia desde el punto de vista estructural que nos permite
negar la existencia de una falla longitudinal que haya originado el cañón
confirmando así el origen fluvial.
En los primeros 230.0 m el cauce tiene un ancho de 10.0 m y las paredes
se levantan casi verticales hasta los primeros 30.0 m de altura, luego se
abren en pendientes más suaves. Desde los 230.0 m (Zona del eje) hacia
aguas abajo, el cauce es más angosto y las pendientes iniciales casi
verticales tienen una altura de hasta 40.0 m y luego se ensanchan en
32
pendientes más suaves hasta tener una altura total de aproximadamente
60.0 m y un ancho en las cumbres de 80.0 m.
El cañón con paredes verticales y angosto continua hacía aguas abajo con
una longitud total de 850.0 m donde termina bruscamente y sus flancos
adquieren su máxima altura y se amplían en ambos lados formando la
cuenca vecina.
La morfología del cañón corresponde únicamente a un origen de carácter
fluvial. La acción erosiva de las aguas corrientes del río Iruro que han
profundizado y secundariamente la acción de las aguas meteóricas que
actuaban en los flancos contribuyendo a su ensanchamiento cuya acción
ha sido más bien limitada.
2.3.2. ESTRATIGRAFÍA
El cañón del río Iruro está excavado en un paquete de rocas estratigráficas
que difieren en todas sus propiedades de las que forman el vaso y las
cuencas vecinas.
Se trata de una alternancia de estratos potentes de areniscas y
aglomerados cuya mejor exposición se observa en el tramo final del flanco
izquierdo. El afloramiento de estas rocas tiene una forma rectangular, la
mayor longitud perpendicular a la dirección del Cañón tiene
aproximadamente 3.5 Km y un ancho mayor expuesto de 900.0 m medidos
en el mismo cañón.
La Secuencia estratigráfica es la siguiente:
a).- En la base de la secuencia se encuentra una roca volcánica color
oscuro, silicificada en proceso de metamorfismo y muy cerca con una
potencia desconocida que profundiza en el río.
b).- Estrato de areniscas, con potencia aproximada de 15.0 m.
33
c).- Estrato de aglomerados de 20.0 m de potencia.
d).-Estrato de areniscas parecidas a la anterior, con potencia aproximada
de 35.0 m.
e).- Estratos de aglomerados igual al anterior, potencia aproximada de 20.0
m.
f).- Estrato de unos 6.0 m de potencia de areniscas en la base y areniscas
líticas tufáceas en la parte superior.
g).- Estrato final de unos 50.0 m de potencia de aglomerados.
Estructuralmente este conjunto estratigráfico, tiene una inclinación o
buzamiento aproximado de 10° a 13° hacía el NE o sea, inclinados hacia
aguas arriba del cañón. Por esta disposición estructural cuando se camina
por el cauce del cañón desde el inicio hacia aguas abajo se baja
estratigráficamente.
Los 600 primeros metros del cañón están excavados en el estrato superior
de aglomerados y luego en los estratos inferiores.
Los aglomerados que forma el cañón están formados por dos
constituyentes principales: fragmentos de rocas y matriz. Los fragmentos
son de constitución andesítica en su mayoría angulosos de tamaños que
varían hasta de 30.0 cm, están desordenadamente dispuestos en una
matriz de constitución tufácea gris oscura a un tanto verdosa en muestra
fresca con una granulometría que varía desde fina (Terrosa) hasta tramos
de arena fina a media. El conjunto presenta buena compactación la
proporción de fragmentos es aproximadamente de 40% a 60% de matriz.
La sección de cierre está ubicada a 230.0 m de iniciado el Cañón. Aquí la
cota del cauce marca 4,015 m.s.n.m., el estribo izquierdo marca una altura
de 4.065.00 m.s.n.m. y el derecho 4,075.00 m.s.n.m.
34
Los estribos del Cañón presentan en general una simetría topográfica y
geológica, tanto en sección transversal como en longitudinal.
Se observa en amos estribos que la masa aglomerádica ha sido afectada
por erosión principalmente de aguas meteóricas. A menudo en ambos
flancos se notan columnas de disolución que se profundizan lateralmente
unas más que otras, muchas de estas separan bloques que luego se
desprenden.
El fracturamiento por medio de diaclasas es de poca importancia. Se ha
encontrado no más de tres fracturas en el estribo derecho con una
inclinación de 20° hacía aguas arriba en el talud vertical a unos 20.0 m
aguas abajo del Vertedero, pero en el flanco izquierdo no se les ha
observado por la cobertura que tienen los aglomerados.
En ambos estribos, la cobertura en los aglomerados es muy escasa,
encontrándose solamente pequeños detritos de rocas andesíticas en las
apartes superiores de ambos flancos, en algunos puntos del cañón donde
se han producido desprendimientos de bloques existen superficies
pequeñas cubiertas por vegetación de pajas.
2.3.3. EL CAUCE DEL CAÑÓN
Este se va angostando desde aguas arriba hacía aguas abajo. En los
primeros 200.0 m tiene un ancho que varía desde 15.0 m hasta 5.0 m, en
este primer tramo está ubicada la Estación de aforo tipo vertedero. A partir
de los 200.0 m aproximadamente existe un pequeño bulto del río de 1.50 m
de desnivel, desde aquí para adelante el cauce se estrecha y se hace difícil
el acceso. La pendiente del río es más o menos uniforme del orden de 0.02
antes y después del salto mencionado.
En el primer tramo del cauce o sea aproximadamente hasta los 200.00 m
muy cerca del eje propuesto, el cauce tiene escasos bolones de rocas
35
siendo el mayor de 1.00 m de diámetro y estas zonas son removidas
constantemente con las avenidas y se observa que el piso del cauce es
bastante plano formado por rocas aglomerádicas, aquí es importante ver
pequeñas cavernas de disolución de poca profundidad posiblemente por
acción química de las aguas del río. Desde la zona del eje hacía aguas
abajo, el cauce contiene grandes bloques de rocas volcánicas
transportados por el río y aglomerádicas desprendidos de los flancos que
forman muchos veces puntos naturales por lo estrecho del cañón.
En las perforaciones realizadas, se ha podido ver que la roca presentaba
buena compactación y la recuperación de muestras era de 100% y en 20.0
m de perforación se encontraron escasas fracturas.
De todo lo descrito, se desprende que las rocas aglomerádicas que forman
el cañón, son rocas competentes desde el punto de vista mecánico y la
gran masa en la que se presenta, ofrece buenas condiciones para el apoyo
de la Presa. La acción química de las aguas más bien tienen importancia
en los aglomerados ya que han producido disoluciones tanto en el flanco
como en el cauce, aunque parece que esta acción actúan lentamente o los
aglomerados ofrecen también resistencia por el hecho de que a través del
tiempo permanecen los taludes verticales, de lo contrario tal vez estos
hubieran adquirido relieves suaves abiertos y el cañón habría ido muy
amplio.
2.4. GEOLOGÍA LOCAL DE LA ZONA DE CIERRE DE LA PRESA IRURO
La boquilla se encuentra en la parte sur del Vaso Iruro. Formando un cañón
angosto en forma de V con un ancho de más o menos de 10.0 m en el
cauce y 150.0 m en la parte superior, en una longitud aproximada de 100.0
m Los taludes presentan en los primeros 30.0 m fuerte pendiente llegando
a más o menos 25°; abriéndose luego en pendientes más suaves con
ángulos de 60° hasta una altura de 50.0 m. Geológicamente la boquilla está
36
constituida de rocas aglomerádicas, cuya erosión superficial es de forma
columnar, pero de poca potencia, presentándose en profundidad muy
compacta, sana e impermeable.
La zona de cierre de la Presa Iruro se ubica en el sector Norte de la
quebrada del mismo nombre, que se muestra angosta con una sección
transversal en forma de “V” asimétrica, y a continuación presenta estribos
escarpados casi con inclinación vertical.
El cañón de la Presa Iruro está labrado sobre un Aglomerado (Brecha)
masivo, de leve estratificación, de rumbo N-S 30° W y buzamiento 15 - 25°
a N-E, surcado por fisuras N 40º E, N 70º E subverticales.
Las zonas media y baja de este cañón, se presentan más alteradas,
cruzadas por fracturas o fallas de cierta significación. Debido a ello, se
aconseja ubicar la presa a la entrada del cañón, coincidiendo por tanto esta
ubicación con la elegida en estudios anteriores.
El marco geológico local está conformado por la unidad geológica de la
Formación Sencca (Predominan los aglomerados volcánicos; en menor
escala las Tufos volcánicos que se encuentran en secuencias alternadas:
Aglomerados-Tufos Volcánicos, que se observan en ambos estribos de la
zona de Presa y por los depósitos fluvio aluviales (Arenas limosas con
gravas) que ocupan el fondo del cauce de la quebrada.
En la zona de cierre, en ambos estribos predominan los afloramientos de
los derrames volcánicos de tipo aglomerado (Formación Sencca), mientras
que en el cauce se presentan una escasa cobertura fluvial.
2.4.1. GEOMORFOLOGÍA
En el sector de cierre, la quebrada Iruro, es muy angosta y presenta una
sección transversal en forma de “V” simétrica con flancos de pendientes
promedios entre 60º a 70º, con el estribo izquierdo ligeramente menos
37
empinado. Aguas abajo de la Zona de Presa, la quebrada se mantiene
encañonada en forma de “V”, se muestra con flancos escarpados y se
incrementa la gradiente del perfil longitudinal del río.
En la Zona de Presa, al nivel del cauce principal, el ancho promedio es
inferior a 15.00 m (Cota del cauce = 4,026.000 m.s.n.m.) y al nivel de
coronación (4,076.000 m.s.n.m.) la Presa tendrá una longitud máxima de
500 m aproximadamente para una altura de 50.0 m.
Las condiciones topográficas implican en la margen izquierda, la
realización de un muro o presa lateral de poca altura.
El eje de Presa está ubicado a 360.0 m aguas abajo de iniciado el cañón,
justamente donde se angosta más el cauce del río que aquí tiene un ancho
de 6.0 m y una cota de 4.026.00 m.s.n.m. Los taludes son casi verticales
hasta una altura de 30.0 m y un ancho superior de 60.0 m, luego los
taludes se ensanchan con taludes más suaves hasta la coronación con un
ancho total de 150.0 m.
En la primera parte del talud o sea hasta los 30.0 m de altura está expuesta
la roca aglomerádica, en el estribo derecho se presenta masiva, de buena
compactación y muy dura, presenta algunas columnas de disolución por
aguas meteóricas, de estas existe una de importancia que está muy cerca
del eje y que ha seccionado a los aglomerados hasta más o menos 1.0 m
de profundidad lateral.
En el estribo izquierdo es más bien característica, superficies que muestran
el desgarramiento de grandes bloques.
En la porción superior de ambos estribos, el talud es más suave, estando la
roca aglomerádica cubierta con detritos de volcánicos andesíticos que
forman escasa potencia dando a entrever en varios puntos a los
aglomerados.
38
El eje descrito reúne las mejores condiciones topográficas porque se
encuentra en una porción del cañón donde los taludes presentan su
máxima altura aprovechable con relación a la pendiente del río, y la
dirección del cañón es bien definida sin formar recodos. Dicha ubicación
permite también que el aliviadero sea por canal superficial aprovechando
una pequeña depresión en el flanco izquierdo que estaría al final del talud
aguas debajo de la cortina.
El cañón ofrece condiciones geológicas muy similares por lo menos en sus
600.0 m iniciales para el apoyo de una Presa, por la simetría de las rocas
que conforman ambos flancos.
2.4.2. ESTRATIGRAFÍA
La secuencia lito estratigráfica en la zona de estudio, está determinada por
el desarrollo de rocas volcánicas y las acumulaciones cuaternarias; a
continuación se describirán brevemente cada una de las unidades:
a).- Formación Sencca:
En la Zona de Presa predominan los derrames volcánicos andesíticos del
tipo aglomerado, de color gris a gris verdoso (Estado sano) que se
encuentran alternados con niveles de Tufos y Areniscas Tufáceas más o
menos consolidadas y que presentan oquedades.
La secuencia en que se presentan estas rocas es la siguiente: Aglomerado
volcánico-Tufos y/o Areniscas Tufáceas; las cuales adoptan tonalidades
pardas amarillentas al estado alterado.
El cañón de la Presa Iruro está labrado sobre un Aglomerado (Brecha)
masivo, de leve estratificación, de rumbo N-S 30° W y buzamiento 15 - 25°
a N-E, surcado por fisuras N 40º E, N 70º E subverticales.
39
b).- Depósitos Fluviales:
Corresponden a las acumulaciones de gravas arenosas y arenas gravosas,
que se localizan en lecho del cauce del Río Iruro y que no alcanzan un gran
desarrollo.
2.4.3. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL
Las zonas media y baja de la zona de cierre de la Presa Iruro, se presentan
más alteradas, cruzadas por fracturas o fallas de cierta significación. Sobre
el estribo derecho aguas debajo de la zona de cierre se presentan gran
cantidad de fallas que prácticamente cruzan ambos flancos de la quebrada
y que representan un serio problema de tipo estructural; por lo que se
aconseja de acuerdo a lo recomendado en Estudios anteriores, disponer la
zona de cierre aguas arriba y al inicio de la zona encañonada sobre el río
Iruro.
Las principales estructuras geológicas observadas, corresponden a
sistemas de fracturas y/o diaclasas, que afectan a los afloramientos
rocosos y que han incidido en el alineamiento de la cuenca; sistemas con
las siguientes características:
a).- Azimut de buzamiento entre 160º a 200º, con ángulos de buzamientos
superiores a 75º y en algunos casos son sub verticales.
b).- Azimut de buzamiento entre 270º a 300º, con similares ángulos de
buzamientos; mayores a 75º a sub verticales.
Es conveniente indicar que en zonas con sucesivos eventos volcánicos, no
se pueden descartar la presencia de fallas, muchas de las cuales pueden
haber sido cubiertos por estos eventos
40
Las capas de los volcánicos muestran un azimut de buzamiento entre 195º
a 215º, con ángulos de inclinaciones entre 25 a 30º; la tendencia es a buzar
hacia el estribo izquierdo.
La presencia de fallas y diaclasas en la zona de cierre de la Presa Iruro es
de fundamental importancia para el Proyecto, debido a que son
evidentemente planos de debilidades por los cuales se crea una
permeabilidad secundaria que determina altos procesos de infiltración a
través de la cimentación de la Presa.
Esta hipótesis de trabajo, se ha verificado durante la primera etapa de
construcción de la Presa Iruro en el proceso de inyecciones de
impermeabilización, ya que las inicialmente propuestas tuvieron que ser
ampliadas debido al mayor requerimiento de agua-cemento para poder
sellar en forma completa las fisuras y de esta manera garantizar las
condiciones de impermeabilización.
En el Diseño inicial de la Presa Iruro se tenía previsto realizar inyecciones
distanciadas a cada 5.0 m y con profundidades variables de 15.0 m a 30.0
m; sin embargo, en la fase de construcción se tuvo que aumentar el
número de inyecciones hasta obtener una separación que en promedio es
de 1.0 m a 1.50 m, sin conocerse exactamente si es que se logró sellar
completamente las fisuras y grietas existentes.
2.4.4. ESTABILIDAD DE TALUDES
La estabilidad de los estribos en la zona de presa, en general es aceptable;
en el área de implantación de la presa, predominan los afloramientos de
rocas volcánicas andesíticas del tipo aglomerados con relieves inferiores a
50º. Zonas más escarpadas se observan aguas abajo del eje de presa
seleccionado, con taludes superiores a 60º con sectores sub verticales. Las
propias características de cohesión y fricción interna de la roca andesita del
derrame volcánico determinan que sus taludes sean estables hasta con
41
paredes verticales a subverticales, por lo que la estabilidad de los flancos
de la Presa se encuentra totalmente garantizada.
Los afloramientos rocosos, tienen un alto grado sostenimiento aun en la
zona de roca fuertemente intemperizada y fracturada con grietas en distinta
dirección, razón por la que no se prevén la ocurrencia de movimientos
importantes de masas que afecten la estabilidad de los estribos y se trata
de un emplazamiento estable.
En general, en la zona de cierre, no se han observado procesos
geodinámicos recientes de gran magnitud (Deslizamientos, derrumbes,
caídas de bloques, etc.) que puedan incidir en la seguridad de la obra.
2.5. APRECIACIÓN INGENIERO-GEOLÓGICA
a).- El represamiento del río Iruro se encuentra sobre un tramo encañonado
del mismo.
b).- La cuenca ha sido excavada por acción fluvio-glaciar, en rocas
mayormente volcánicas-sedimentarias, en cuya evolución han existido los
controles litológicos y estructurales.
c).- Geología: En la Zona de Presa, ambos estribos están conformados por
afloramientos de rocas volcánicas de la Formación Sencca (Andesitas,
aglomerados, Tufos y Areniscas Tufáceas) que se encuentran parcialmente
cubiertas por derrames volcánicos, que son más potentes en el estribo
izquierdo.
En general a lo largo de la sección de cierre, se infiere que las rocas
volcánicas se encontrarán con diferencial grado de meteorización,
fracturamiento y resistencia; con tendencia natural a mejorar sus
características geomecánicas en profundidad y que deben ser
corroborados con los resultados de las investigaciones con Sondeos.
42
En ambos estribos se observan, fragmentos y/o bloques de rocas
volcánicas de formas sub angulosas y tamaños heterométricos, que se
distribuyen erráticamente en las laderas.
Los afloramientos rocosos se muestran afectados por sistemas de fracturas
y/o diaclasas, con alineamientos principales que siguen una orientación
paralela y normal al cauce de la quebrada; estructuras que presentan
ángulos de buzamientos superiores a 70º hasta sub verticales.
d).- Geomorfología: En el sector de la Presa, el río Iruro es más angosto y
presenta una sección transversal simétrica con flancos de pendientes
promedios entre 50º a 70º, con el estribo izquierdo menos empinado.
En la Zona de Presa, al nivel del cauce principal, el ancho promedio es
inferior a 15.00 m (Cota del cauce = 4,026.000 m.s.n.m.) y al nivel de
coronación (4,076.000 m.s.n.m.) la Presa tendrá una longitud máxima de
500 m. aproximadamente para una altura de 50.0 m.
e).- Vaso: El área del embalse, involucrará a las siguientes unidades lito
estratigráficas: Formación Sencca (Tufos y Areniscas Tufáceas) y a los
depósitos sedimentarios lacustrinos y fluvio aluviales; predominan a lo largo
del embalse los materiales de origen volcánico de Sencca, que cubren la
parte baja y los flancos del embalse.
f).- La presencia de derrames volcánicos andesíticas fracturados de media
a alta resistencia a la compresión simple y que han originado en algunos
sectores fragmentos de roca desde tamaños máximos de 1.0 m hasta
mínimos de 4”, determina la posibilidad de su utilización para la
construcción del cuerpo de la Presa. Este material puede ser explotado
muy fácilmente al pie de la obra, con lo cual se conseguirá una disminución
considerable en los costos de construcción; más aún si se toma en cuenta
que en los alrededores del área de embalse existen también limos, arenas
y gravas-limosas que constituyen materiales adecuados para su utilización
43
en la construcción de una Presa. La Presa recomendada es del tipo
enrocado.
g).- La cimentación de la Presa Iruro y que está constituida por la roca
andesítica fuertemente fracturada tiene una capacidad portante muy alta y
que se encuentra gobernada por la media a alta resistencia a la
compresión simple de la matriz (Mayor a 1,000.0 Kg/cm2) y el valor del
Rock Mass Rating (RMR) que se encuentra entre 50 a 60. Esta capacidad
portante supera largamente los 10.0 Kg/cm2 que sin embargo suele
limitarse a 4.0 Kg/cm2 por cuestiones prácticas.
h).- La principal restricción que tiene la cimentación de la Presa Iruro y que
está constituida por la roca volcánica andesítica fuertemente fracturada es
su alto grado de permeabilidad (Mayor a 10-5 cm/s) que determina que por
las fisuras, grietas y fracturas del macizo rocoso se presente filtraciones
importantes de agua que deben ser tratadas adecuadamente con las
medidas correctivas del caso. Si bien es cierto, la apertura de estas grietas
se encuentran rellenadas por algo de arcilla, las altas cargas de agua a la
que ha de estar sometida el macizo rocoso de cimentación posibilitaría que
estas se erosionen muy fácilmente y constituyan a la larga canales de
filtración muy importantes.
En cuanto a la impermeabilidad se considera que las eventuales filtraciones
fuera del vaso han de ser escasas y muy puntuales, y en todo rigor,
convergen, si fuese el caso, hacia la propia cuenca del río Iruro,
concentrándose finalmente aguas abajo del cañón donde se ubica la presa
proyectada, por lo que es requisito indispensable de una adecuada
impermeabilización que la zona de cierre sea totalmente hermética a través
de las inyecciones de impermeabilización ubicadas a lo largo del Plinto en
el eje de la Presa Iruro.
44
CAPÍTULO III – REVISIÓN E INTERPRETACIÓN DE LAS INVESTIGACIONES
GEOFISICAS Y GEOTECNICAS
3.1. INTRODUCCIÓN
El estado del conocimiento del subsuelo es muy bueno, por la gran
cantidad de información existente, sin embargo, en el presente capitulo se
ha realizado investigaciones complementarias destinadas básicamente a
evaluar las condiciones del macizo rocoso de cimentación ligeramente
fracturado luego de haber sido sometido a inyecciones de
impermeabilización y consolidación, en la etapa de construcción de la
década de los 80’.
Las investigaciones de campo del presente Estudio y que se describen
plenamente en este Capítulo son aquellas destinadas al análisis geotécnico
del emplazamiento de la Presa Iruro y han consistido básicamente en:
a).- Evaluación geológica-geotécnica “in situ” del suelo de cimentación
ubicado sobre el emplazamiento de la Presa Iruro.
b).- Excavación de 05 “calicatas” de 1.50 m x 2.10 m por 3.0 m de
profundidad mínima en el área de embalse de la Presa Iruro, tomando en
cuenta las variaciones geológicas de campo y los requerimientos de
información para obras específicas de la Presa.
c).- Toma de muestras alteradas e inalteradas en cada una de las
“calicatas” excavadas, que permitan la ejecución de ensayos de laboratorio
y recopilación de información, destinada a obtener las propiedades físico-
mecánicas y químicas de los suelos.
d).- Realización de 10 Líneas de Refracción Sísmica de 150.0 m a 200.0 m
y 02 Ensayos MASW en el área del Vaso y Cierre de la Presa Iruro hasta
alcanzar una profundidad máxima de 50.0 m. Los trabajos de investigación
45
geofísica estuvieron a cargo de la empresa GEOTECNICOS Y
GEOFISICOS LATINOS S.A.C. y fueron supervisadas en todo momento
por el Consultor especialista en Geotecnia de NV Building S.A.C. Las
Líneas Sísmicas se han denominado del LS-01 hasta el LS-10 y las
estaciones MASW de MASW-01 a MASW-02 realizadas sobre las dos
primeras líneas (LS-01 y LS-02).
e).- Realización de 03 Sondeos con recuperación de testigos, utilizando
perforación rotativa diamantina hasta una profundidad máxima de 40.0 m
en puntos específicos de la zona de cierre de la Presa, con una
Perforadora Diamantina Maquesonda y accesorios correspondientes. Las
perforaciones estuvieron a cargo de la empresa ESONDI S.A. y fueron
supervisadas en todo momento por el Consultor. Los “sondeos” se han
denominado del S-01 hasta el S-03.
f).- Realización de Ensayos de permeabilidad en cada uno de los sondeos
y a diferentes profundidades. Los Ensayos realizados fueron del tipo
Lefranc con carga constante y del tipo Lugeon a presión en roca. En total
para los 03 sondajes se realizaron 16 Ensayos de permeabilidad (21
Lefranc y 03 Lugeon).
f).- Realización de 03 Estaciones geomecánicas; las cuales se encuentran
ubicadas en el mismo punto de ubicación de los Sondeos. Estas
estaciones permiten realizar la descripción litológica de la matriz y macizo
rocoso de la cimentación, muestreo de rocas y determinación del valor del
Rock Mass Rating (RMR).
Para la mejor interpretación de los resultados obtenidos de las
investigaciones realizadas en campo estas se clasificaron en:
Investigaciones Geofísicas
Investigaciones Geotécnicas
46
3.2. INVESTIGACIONES GEOFÍSICAS
3.2.1. GENERALIDADES
En el presente capitulo se abordan los aspectos geofísicos con el propósito
de determinar las características geotécnicas y parámetros dinámicos del
terreno, para lo cual se ejecutaron ensayos de prospección geofísica
correspondiente a 10 líneas de refracción sísmica para la obtención de las
ondas P y la ejecución de 02 puntos de ensayos MASW, para la
obtención de ondas S.
3.2.2. OBJETIVO DE LOS TRABAJOS
El objetivo de la investigación geofísica es la determinación de los perfiles
sísmicos del suelo en función a sus características de propagación de
ondas, con profundidades de investigación variables según el objetivo
específico de cada línea. Además, lograr un mayor conocimiento de las
propiedades de las diferentes capas que servirán para complementar la
información de la superficie y el sub suelo, las cuales serán utilizadas como
información complementaria para realizar el estudio con fines de
cimentación de la Presa Iruro.
3.2.3. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
3.2.3.1. MÉTODO DE REFRACCIÓN SÍSMICA
El ensayo de refracción sísmica consiste en la medición de los tiempos
de viaje de las ondas compresionales (Ondas P) y algunas veces de las
ondas de corte (Ondas S) generadas por alguna fuente de energía
impulsiva a unos puntos localizados a diferentes distancias a lo largo de
un eje sobre la superficie del suelo. La energía es detectada,
47
amplificada y registrada, de tal manera que puede determinarse su
tiempo de arribo en cada punto.
El inicio de la grabación es dado a partir de un dispositivo o SWITCH
que da el tiempo cero para evaluar el tiempo recorrido. Estos datos de
tiempo y distancia, usando para cada caso especial una variación del
punto de SHOT (o aplicación de la energía) permiten evaluar las
velocidades de propagación de las ondas P a través de los diferentes
suelos y rocas, cuyas estructuras, geometría y continuidad son
investigadas. Se estila usar el método de “Delete Time” para el análisis
de los resultados.
Todas las formas de análisis manejan criterios que utilizan la suposición
de la Ley de Snell en cuanto a la reflexión y refracción de las ondas P.
De los espesores y las velocidades de propagación de ondas P
obtenidas, las características geotécnicas pueden ser correlacionadas a
la compacidad y densidad, esto puede llevar a evaluaciones erróneas
ante la presencia de niveles freáticos, los cuales pueden ser
investigados específicamente con la refracción.
Aparte del equipo SmartSeis S24, se cuenta con 24 geófonos de 14 Hz
de frecuencia natural con amortiguadores instalados y conexiones de
cable, 24 geófonos de 4.5 Hz .El cable de disparo tiene una longitud de
193 metros. El equipo puede ser disparado con martillo de 12 Kg, 75 Kg
ó 300 Kg de peso o con explosivos. Se cuenta con los programas
SEISIMAGER para realizar los análisis de refracción sísmica.
48
Figura Nº 4: DISPOSICIÓN EN EL CAMPO DE UN SISMÓGRAFO DE 24 CANALES MOSTRANDO LA DIRECCIÓN DE LAS ONDAS SÍSMICAS DIRECTAS Y REFRACTADAS, EN UN SISTEMA SUELO/ROCA DE 2 ESTRATOS. (C = ÁNGULO CRÍTICO).
En el presente trabajo se utilizó el equipo de prospección sísmica
SmartSeis S24 con 24 canales de registro, cables con espaciamiento
máximo para geófonos de 10 m, geófonos magnéticos y graficador de
papel térmico de alta resolución. La distribución de los disparos se
realizó de la siguiente manera.
Figura Nº5: DISPOSICIÓN EN EL CAMPO DE LOS GEÓFONOS Y SHOT (PUNTOS DE
DISPARO).
Donde:
e = Espaciamiento entre geófonos.
L = Longitud total de tendido.
La longitud del tendido estuvo en función a la profundidad de
investigación, la accesibilidad y el espacio disponible, siempre teniendo
en cuenta que la profundidad de investigación viene dada por la
siguiente relación: H L/3
L
49
Los registros sísmicos obtenidos se procesan con el software de
Geometric “SeisImager”, para preparar las curvas tiempo-distancia
(dromocrónicas) con las que se calculan las velocidades y espesores de
los estratos sísmicos mediante el método de “Delete Time”, tiempo de
retardo, aplicado en diferentes formas por diversas escuelas,
indicándose las características más saltantes del análisis e
interpretación para el presente estudio.
Figura Nº6: OBTENCIÓN DE DROMOCRÓNICAS, VELOCIDADES Y ESTRATOS.
3.2.3.2. MÉTODO DE ANÁLISIS DE ONDAS SUPERFICIALES MASW
El método SASW o Spectral Analysis of Surface Waves fue
desarrollado entre 1999 y 2000 por los ingenieros y científicos del
Kansas Geological Survey (KGS). Ahora es más aceptado el nombre de
Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW). Las técnicas de
modelado han sido mejoradas desde entonces hasta obtener la
precisión disponible en la actualidad, la cual es mayor que la de los
registros convencionales tipo Down-Hole. Una de las ondas menos
utilizadas en el pasado era la onda de superficie, también conocida
como Rayleigh o Groundroll, por interferir con las reflexiones y
refracciones de las ondas de sonido, necesarias para los estudios
sísmicos. Por esto, las ondas de superficie eran generalmente filtradas
50
de los sismogramas. Los investigadores del KGS pudieron determinar
que las ondas de superficie tienen un componente principal de más de
98% de onda S y menos de 2% de onda P. La investigación también
mostró que las ondas de superficie se atenúan a mayores frecuencias y
con una disminución de velocidad de fase.
La imagen que se ve a continuación muestra la atenuación típica de
una onda de superficie, desde sus inicios a 5Hz hasta su desaparición a
30Hz, con los colores rojo-amarillo-verde-celeste- magenta.
Una vez que la onda de superficie ha sido correctamente identificada,
se procede al modelado de la onda S mediante un proceso iterativo,
para obtener como resultado final una curva de variación de velocidad
de onda S a diversas profundidades.
Figura Nº7: PROCESOS DE ANÁLISIS DE LA TÉCNICA DEL MASW.
51
3.2.3.3. TRABAJOS DE CAMPO
Se llevaron a cabo investigaciones de prospección geofísica,
empleando el método de Refracción Sísmica y el Método de Análisis de
Ondas Superficiales MASW: con el objeto de determinar el perfil
estratigráfico de la zona en estudio. Estas investigaciones están
orientadas a conocer las características físicas de los materiales en
profundidad. Se ejecutaron un total de 10 líneas sísmicas acumulando
un total de 1550.00 m de prospección sísmica y 2 puntos de MASW.
En la Figura Nº8, se detalla la ubicación en planta de todas las líneas de
refracción sísmicas realizadas en el área de emplazamiento de la Presa
Iruro.
En el Cuadro Nº6 se presenta un resumen de la distribución de las
líneas sísmicas, y las estaciones del Método MASW.
Cuadro Nº6: DISTRIBUCIÓN DE LAS LÍNEAS SÍSMICAS Y ESTACIONES DEL MASW.
UBICACIÓN LINEA LONGITUD (m.)ESTACIONES
MASW
Cauce del rio, margen derecha, aguas
abajo del eje de la represaLS – 01 150 MASW-01
Cauce del rio, margen izquierda, aguas
abajo del eje de la represaLS – 02 150 MASW-02
Margen izquierda , costado plinton LS – 03 150
Alineacion del plinton, margen izquierda LS – 04 200
Alineacion del plinton, margen izquierda LS – 05 150
Cauce del rio, margen izquierda, aguas
arriba del eje de la presaLS – 06 150
Cauce del rio, margen derecha, aguas
arriba del eje de la presaLS – 07 150
Margen derecha, costado plinton LS – 08 150
Margen derecha, parte alta LS – 09 150
Margen derecha parte alta LS – 10 150
52
Figura Nº8: DISTRIBUCIÓN DE LAS LÍNEAS SÍSMICAS REALIZADAS
3.2.3.4. RESULTADOS DEL ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA Y DEL
MÉTODO MASW
A continuación se presenta un resumen de los resultados de velocidad
de propagación de ondas P y ondas S; el número de estratos
identificados.
53
Cuadro Nº7: RESULTADOS DE LÍNEAS GEOFÍSICAS
LíneaLongitud
(m.)
Distribució
n Geófonos
(m.)
N°
Estratos
Estrato N°1
Vp(m/s)
Estrato N°2
Vp(m/s)
Estrato N°3
Vp(m/s)
LS - 01 150 6 3 414 1576 3802
LS – 02 150 6 3 728 2959 3602
LS – 03 150 6 3 515 3088 4304
LS – 04 200 8 3 837 3224 3936
LS – 05 150 6 3 1102 2903 3459
LS – 06 150 6 3 656 1743 3644
LS – 07 150 6 3 490 2432 3971
LS – 08 150 6 3 300 2353 3678
LS – 09 150 6 3 300 2090 3240
LS - 10 150 6 3 300 2191 3228
Cuadro Nº8: PROFUNDIDADES DE LOS ESTRATOS DE LAS LÍNEAS SÍSMICAS
Estrato N°1 Estrato N°2 Estrato N°3
LS - 01 0.00-4.60 4.60-11.60 >11.60
LS - 02 0.00-0.80 0.80-15.50 >15.50
LS - 03 0.00-1.40 1.40-18.00 >18.00
LS - 04 0.00-2.00 2.00-15.00 >15.00
LS - 05 0.00-3.60 3.60-8.00 >8.00
LS – 06 0.00-2.00 2.00-4.70 >4.70
LS – 07 0.00-3.00 3.00-11.80 >11.80
LS – 08 0.00-1.00 1.00-5.00 >5.00
LS – 09 0.00-1.00 1.00-7.70 >7.70
LS - 10 0.00-0.30 0.30-7.40 >7.40
Profundidades (m)Líneas
Sísmicas
54
Cuadro Nº9: RESULTADOS DE LAS ESTACIONES DE LA TÉCNICA DEL MASW
0 1098.4 0 1411.3
1.1 345.1 1.1 1617.4
2.2 429.9 2.2 1508.8
3.5 412.6 3.5 1315.4
4.9 609.4 4.9 1110.6
6.4 707.3 6.4 1049.8
8.1 787.9 8.1 1199.6
9.8 861 9.8 1327.6
11.7 943.2 11.7 1422.7
13.7 1035.4 13.7 1455.7
15.8 1137.7 15.8 1469
18 1237.6 18 1449.7
20.4 1347.5 20.4 1469.4
22.8 1406.6 22.8 1606.7
25.4 1444.7 25.4 1703.7
28.1 1455.4 28.1 1886.8
30.9 1416 30.9 2082.1
33.8 1352.7 33.8 2246.9
36.8 2064.5 36.8 1809.6
46.3 2423.5 46.3 2790.1
Vs /(m/seg)
MASW 01 MASW 02
Profundidad
(m)
Profundidad
(m)
Velocidad
Vs /(m/seg)
Velocidad
3.2.4. EVALUACIÓN DE LA REFRACCIÓN SÍSMICA Y ANÁLISIS DE LA
TÉCNICA MASW
La evaluación de la refracción sísmica ha consistido en graficar el perfil
topográfico de la superficie del terreno, indicando los puntos de localización
de los geófonos y de los disparos (shot). Para cada una de las líneas
sísmicas se han establecido perfiles sísmicos con valores de velocidad de
propagación de ondas compresionales (ondas P) en base a las
dromocrónicas calculadas de los registros de llegada de las ondas.
55
La interpretación de los ensayos de refracción sísmica se realizó tomando
en cuenta experiencias anteriores y considerando las siguientes tablas de
velocidades.
Cuadro Nº10: ARCE HELBERG (1990)
Descripción Vp (m/s)
Suelo de cobertura < 1000
Roca muy alterada o aluvión compacto 1000 – 2000
Roca alterada o aluvión muy compacto 2000 – 4000
Roca poco alterada 4000 – 5000
Roca firme > 5000
Cuadro Nº11: ASTM D 5777 – 95
Descripción Vp (m/s)
Suelo intemperizado 204 – 610
Grava o arena seca 460 – 915
Arena saturada 1220 – 1830
Roca metamórfica 3050 - 7000
Cuadro Nº12: CASO: CURVICH J. (1975), DOBRIN, MILTON (1961), NB (1976), SAVICHA Y SATONOV V.A. (1979)
Descripción Vp (m/s)
Esquisto arcilloso 2700 – 4800
Grava arcillosa seca 300 – 900
Arena – arena húmeda 200 – 1800
Roca metamórfica 4500 – 6800
Cuadro Nº13: RECOPILACIÓN DE MARTÍNEZ VARGAS A. (1990)
Descripción Vp (m/s)
Arena suelta sobre el manto freático 245 – 610
Suelo blando < 300
Arena suelta bajo el manto freático 45 – 1220
Arenas y gravas 300 – 1000
Arena Suelta mezclada con grava
húmeda455 – 1065
Rocas blandas, grava y arena compacta 1000 – 2000
Grava suelta, húmeda 455 – 915
Roca compacta 2000 – 4000
Roca muy compacta > 4000
56
Cuadro Nº14: RECOPILACIÓN MARTINEZ DEL ROSARIO J. 1997
Natural Saturada
Turba 90 250
Arcilla 350 1350
Grava 650 2250
DescripciónVp (m/s)
3.2.5. INTERPRETACIÓN DE LOS PERFILES SÍSMICOS
CAUCE DEL RIO: se ejecutaron las líneas sísmicas LS-01, LS-02, LS-06 y
LS-07, acompañado de la estación MASW 01, se pudo identificar 3
perfiles sísmicos en todas las líneas, encontrándose similitud en los valores
de velocidad de las líneas sísmicas LS-01 y LS-06, respectivamente en las
líneas LS-02 y LS-07.
En el tercero estrato en todas estas líneas, los valores de Vp son
similares, a diferencia de los otros 2 estratos dado que están expuestos a
diferentes grados de meteriorización.
LS-01 y LS-06: Cuyos valores son: Primer estrato Vp=414 y 656 m/seg y
con Vs=345 y 429 m/seg; con profundidad variable entre 0-1.25m y 0-
4.40m, correspondiendo a un suelo de cobertura. Segundo estrato
Vp=1576 y 1743 m/seg y con Vs=609 y 943 m/seg; con profundidad
variable entre 1.25-5.30m y 4.40-10.25 m, correspondiendo a una roca muy
alterada o aluvión compacto; finalmente un Tercer Estrato Vp=3644 y 3802
m/seg y con Vs=1035 y 1455 m/seg; con profundidades mayores a 5.30 y
10.25 m, correspondiendo a una roca poco alterada.
LS-02 y LS-07: Primer estrato Vp=490 y 728 m/seg, con profundidades
variables entre 0- 0.25m y 0- 0.90m, correspondiendo a un suelo de
cobertura. Segundo estrato Vp=2432 y 2959 m/seg, con profundidades
variables entre 0.90-10.90m y 0.25-16.20m, correspondiendo a una roca
alterada. Finalmente un tercer estrato Vp=3602 y 3971 m/seg con
profundidades mayores a 10.90 y 16.20m, correspondiendo a una roca
poco alterada.
57
MARGEN IZQUIERDA: se ejecutaron las líneas sísmicas LS-03, LS-04 y
LS-5, en los cuales se infirió 3 estratos, los valores de velocidades Vp son
similares en las líneas LS-03 y LS-04 en sus 3 estratos. Primer estrato: Vp
entre 515 y 837 m/seg, con profundidades que varían entre 0 -1.40m y 0-
1.60m; correspondiendo a un suelo de cobertura. Segundo estrato:
Vp=3088 y 3224 m/seg, con profundidad variable entre 1.40-15.15m y
1.60-14.65m, correspondiendo a una roca poco alterada. Tercer estrato:
Vp=3936 y 4304 m/seg, encontrándose a partir de los 15.50m,
correspondiendo a una roca sana.
LS-05: Primer estrato: Vp =1102 m/seg, con profundidades entre 0 -2.15m;
correspondiendo a un suelo de cobertura o roca muy alterada. Segundo
estrato: Vp=2903 m/seg, con profundidad entre 2.15- 6.85 m,
correspondiendo a una roca alterada. Tercer estrato: Vp=3459 m/seg,
encontrándose a partir de los 6.85, correspondiendo a una roca poco
alterada.
MARGEN DERECHA: Se ejecutaron las líneas sísmicas LS-08, LS-09 y
LS-10 , acompañado del ensayo MASW 02, infiriéndose 3 estratos, los
valores de velocidades Vp son similares en todas estas líneas:
Primer estrato: Vp=300 m/seg, con profundidades que varían entre 0-0.60
y 0-1.87m; correspondiendo a un suelo de cobertura.
Segundo estrato: Vp=2090 y 2353 m/seg, con Vs =1511 m/seg; con
profundidad variable entre 1.15 -9.15m y 1.87- 6.40m, correspondiendo a
una roca alterada.
Tercer estrato: Vp=3228 y 3678 m/seg, con Vs= 2163 m/seg;
encontrándose a partir de los 6.95 y 6.37m, correspondiendo a una roca
poco alterada.
A continuación se presentan las figuras con los detalles de todas las líneas
de refracción realizadas en la Presa Iruro.
58
Figura Nº9: LÍNEA SÍSMICA LS-01
3990
4000
4010
4020
4030
4040
Elevation
(m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
(m)Distance
(m/s)
414
790
1167
1543
1919
2296
2672
3049
3425
3801
Scale = 1 / 750
414
1576
3802
Figura Nº10: LÍNEA SÍSMICA LS-02
3990
4000
4010
4020
4030
4040
4050
4060
Elev
atio
n
(m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
(m)Distance
(m/s)
728
1048
1367
1686
2005
2325
2644
2963
3282
3601
Scale = 1 / 750
728 2959
3602
Figura Nº11: LÍNEA SÍSMICA LS-03
3990
4000
4010
4020
4030
4040
4050
4060
4070
4080
Elev
atio
n
(m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
(m)Distance
(m/s)
515
725
936
1146
1357
1567
1778
1988
2199
2409
2620
2830
3041
3252
3462
3673
3883
4094
4303
Scale = 1 / 750
515
3088
4304
59
Figura Nº12: LÍNEA SÍSMICA LS-04
4010
4020
4030
4040
4050
4060
4070
4080
4090
Elevation
(m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
(m)Distance
(m/s)
837
1181
1525
1870
2214
2558
2903
3247
3592
3935
Scale = 1 / 750
837
3224
3936
Figura Nº13: LÍNEA SÍSMICA LS-05
4030
4040
4050
4060
4070
4080
Elevation
(m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
(m)Distance
(m/s)
1102
1364
1626
1888
2149
2411
2673
2935
3197
3458
Scale = 1 / 750
1102 2903
3459
Figura Nº14: LÍNEA SÍSMICA LS-06
4000
4010
4020
4030
4040
4050
Elevation
(m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
(m)Distance
(m/s)
656
988
1320
1652
1984
2316
2648
2980
3312
3643
Scale = 1 / 750
656
1743
3644
60
Figura Nº15: LÍNEA SÍSMICA LS-07
3990
4000
4010
4020
4030
4040
4050
Elevation
(m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
(m)Distance
(m/s)
490
877
1264
1650
2037
2424
2811
3197
3584
3970
Scale = 1 / 750
490
2432
3971
Figura Nº16: LÍNEA SÍSMICA LS-08
4010
4020
4030
4040
4050
4060
4070
4080
4090
Elev
atio
n
(m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
(m)Distance
(m/s)
300
675
1051
1426
1801
2177
2552
2927
3303
3677
Scale = 1 / 750
300 2353
3678
Figura Nº17: LÍNEA SÍSMICA LS-09
4030
4040
4050
4060
4070
4080
4090
4100
Elevation
(m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
(m)Distance
(m/s)
300
627
953
1280
1607
1933
2260
2587
2913
3239
Scale = 1 / 750
300
2090
3240
61
Figura Nº18: LÍNEA SÍSMICA LS-10
4040
4050
4060
4070
4080
4090
4100
Elev
atio
n
(m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
(m)Distance
(m/s)
300
625
951
1276
1601
1927
2252
2578
2903
3227
Scale = 1 / 750
300
2191
3228
3.2.6. CONCLUSIONES
En el presente estudio se ha inferido que en las zonas donde está ubicada
el eje de la presa, predomina la roca alterada a poco alterada.
Podemos concluir que el material con velocidades < 1000 m/seg
corresponden a un suelo de cobertura, asimismo con velocidades entre
1000 y 2000 m/seg corresponden a una roca muy alterada o aluvión
compacto, los materiales con velocidades 2000 y 3000 m/seg.
Corresponden a una roca alterada, de igual manera los que se encuentran
entre 3000 y 4000 m/seg. Corresponden a una roca poco alterada y
finalmente los materiales con velocidades mayores a 4000 m/seg
corresponden a una roca sana.
Según los resultados de los ensayos MASW, se determinó 4 estratos.
Se recomienda realizar ensayos de exploración directa para verificar la
aproximación dada con ensayos de perforación diamantina en profundidad.
Los valores del módulo de Poisson para la roca obtenidos se encuentran
dentro del orden con un valor de 0.24 a 0.38.
62
3.3. INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS Y GEOGNÓSTICAS
3.3.1. GENERALIDADES
Las investigaciones del subsuelo al igual que las otras áreas de
investigación de la ingeniería, han evolucionado significativamente en los
últimos años, dentro de las cuales son las exploraciones geotécnicas
mediante los métodos convencionales en base a excavación a cielo abierto
(calicatas), sondajes a rotación ó con posteadora manual, las que no llegan
a satisfacer la información necesaria del subsuelo, y debido a que se debe
realizar un estudio geotécnico hasta la profundidad donde llega la influencia
del Bulbo de Presiones, además teniendo en consideración que muchas
veces no se llega alcanzar dichas profundidades con los sistemas antes
mencionados (calicatas, sondeos, etc.); se hace necesario la investigación
del subsuelo mediante el uso de Perforadora Diamantina con recuperación
de muestra que es utilizado en todo tipo de suelo y mantos rocosos donde
la profundidad a perforar depende del equipo a utilizar y que en algunos
campos como el de la minería y el petróleo, estas perforaciones alcanzan
profundidades superiores a los 1000m. A esta técnica de recuperación de
muestras alteradas también se complementan ensayos para determinar la
permeabilidad del tipo Lefranc en suelos y Lugeon en Rocas a lo largo de
los sondeos, además mediante la colocación de tubos piezométricos dentro
de los sondeos realizados se puede monitorear la variación del nivel
freático con respecto al tiempo.
A continuación se hace la descripción de las investigaciones y resultados
obtenidos en los trabajos de geotécnica mediante sondajes diamantinos y
la recolección de muestras inalteradas y ensayos insitu realizados en la
zona donde se ubica la Presa Iruro.
Los perfiles estratigráficos de los puntos de investigación en el eje de la
Presa están conformados por rocas sedimentarias tipo aluvial, color gris
claro y rocas volcánicas color gris claro a gris azulado.
63
3.3.2. OBJETIVO DE LOS TRABAJOS
Los trabajos realizados por ESONDI S.A. tuvieron como finalidad la de
determinar el perfil estratigráfico, ensayos de permeabilidad, consistencia
de los suelos y rocas extraídas de sondajes respectivos.
3.3.3. PERFORACIONES REALIZADAS
3.3.3.1. INFORMACIÓN GENERAL DE LOS SONDAJES
El programa de perforaciones ejecutadas desde 29/10/09 hasta
17/11/09 es de 120.00m, distribuidos en tres (03) sondajes diamantinos
en cada sondaje diamantino de 40m cada uno respectivamente.
Las líneas de perforación utilizadas fueron las siguientes:
Cuadro Nº15: LÍNEAS DE PERFORACIÓN
LINEA DIÁMETRO DE
SONDEO (mm)
DIÁMETRO DE TESTIGOS (mm)
HW 117.00 102.00
HQ 95.60 77.00
Las brocas utilizadas en las perforaciones de diamantes impregnadas
marca Boyles Bros, de serie 2 # 221403-S2 y serie 9 # 1161733. Como
fluido de perforación se utilizó el agua proporcionada por bombeo del
río al sondaje.
El método empleado en el sondaje, fue el rotativo con recuperación
continua de testigos, es decir, aquel que atraviesa los materiales
cortándolos por medio de la acción giratoria de una broca de diamantes
a alta velocidad y a presiones adecuadas al tipo de suelo o roca a
perforarse.
64
Durante la perforación de los materiales sueltos ya sea suelo o roca
alterada se uso revestimiento o casing (línea HW), para evitar
derrumbes de la pared del sondeo.
El tiempo aproximado de duración de las perforación en el sondaje es
variado de acuerdo a la longitud de los sondeo, ejecutados en jornadas
de 12 horas por turno, siendo el avance promedio diario de 5.00m a
15.00m respectivamente dependiendo de la cantidad de ensayos y las
dificultades en el traslado de un punto de sondeo a otro y las
condiciones del clima.
El total de perforación realizada se resume en el cuadro siguiente:
Figura Nº19: UBICACIÓN DE LOS PUNTOS DE PERFORACIÓN
65
Cuadro Nº16: RESUMEN PERFORACIONES REALIZADAS
SONDEO
UBICACION LONGITUD DE PERFORACIÓN
(m)
NIVEL FREÁTICO
(m)
S – 01 INTERSECCION PLINTO Y
VERTEDERO 40.00 6.20
S – 02 DEL PLINTO 40.00 29.40
S – 03 DEL PLINTO 40.00 2.80
Las incidencias ocurridas durante la perforación, tales como el nivel
freático, retorno de agua de perforación, color de agua, capacidad de
infiltración de los suelos y rocas etc. La descripción del tipo, naturaleza
y de las características geomecánicas de los suelos y rocas
encontradas, así como los porcentajes de recuperación son indicados
en los correspondientes registros de perforación.
Cuadro Nº17: INCIDENCIAS OCURRIDAS DURANTE LA PERFORACIÓN SONDEO Nº1
SONDAJE FECHA N. F
(m.)
COLOR DE
AGUA
RETORNO DE
AGUA (%)
S-01
29/10/2009 Seco Beige Claro 55
30/10/2009 Seco Plomizo 55
31/10/2009 6.20 Plomizo 40
01/11/2009 6.25 Plomizo 40
02/11/2009 7.00 Plomizo 55-70
03/11/2009 7.00 Plomizo 55
04/11/2009 7.00 Plomizo 55
S - 01
Ubicación : Intersección plinto y vertedero
Coordenadas : X: 578672 Y: 8411116 Z: 4076
Profundidad perforada : 40.00m
Inclinación del sondeo : 90°
Inicio de perforación : 29.10.09
Fin de perforación : 04.11.09
Longitud de tramo de suelo : 00.00.
Longitud de tramo de roca : 40.00 m
Revestimiento : 0.00m
Perforación HQ : 40.00m
66
Cuadro Nº18: INCIDENCIAS OCURRIDAS DURANTE LA PERFORACIÓN SONDEO Nº2
SONDAJE FECHA N. F (m.)
COLOR DE AGUA
RETORNO DE AGUA (%)
S-02
07/11/2009 Seco Plomizo 97 - 100
08/11/2009 Seco Plomizo 100
09/11/2009 Seco Plomizo 100
10/11/2009 27.80 Plomizo 100
11/11/2009 29.40 Plomizo 100
S - 02
Ubicación : Plinton
Coordenadas : X: 578657 Y: 8411345 Z: 4059
Profundidad perforada : 40.00 m
Inclinación del sondeo : 90°
Inicio de perforación : 07.11.09
Fin de perforación : 11.11.09
Longitud de tramo de suelo : 00.00.
Longitud de tramo de roca : 40.00 m
Revestimiento : 0.60 m
Perforación HQ : 40.00 m
Cuadro Nº19: INCIDENCIAS OCURRIDAS DURANTE LA PERFORACIÓN SONDEO Nº3
SONDAJE FECHA N. F
(m.)
COLOR DE
AGUA
RETORNO DE
AGUA (%)
S-03
14/11/2009 1.80 Beige Claro 90 - 100
15/11/2009 2.20 Plomizo 90 - 100
16/11/2009 2.20 Plomizo 90 - 100
17/11/2009 2.80 Plomizo 90 - 100
S - 03
Ubicación : Plinton
Coordenadas : X: 578605 Y: 8411394 Z: 4039
Profundidad perforada : 40.00 m
Inclinación del sondeo : 90°
Inicio de perforación : 14.10.09
Fin de perforación : 17.11.09
67
Longitud de tramo de suelo : 00.00.
Longitud de tramo de roca : 40.00 m
Revestimiento : 0.98 m
Perforación HQ : 40.00 m
3.3.3.2. DESCRIPCIÓN DE LOS SONDEOS
Cuadro Nº20: DESCRIPCION LITOLOGICA SONDEO Nº1
DE
A
DESCRIPCION LITOLOGICA
0.00 1.90
Roca volcánica tipo lavas piroclásticas, de color gris claro a gris verdoso, presenta nódulos de 1mm a 2 cm de diámetro máximo, textura rugosa, porosa, poco consistente, medianamente fracturada, medianamente descompuesta, irregular.
1.90 2.20 Posible zona de falla - (lama)
2.20 6.90
Lavas piroclásticas de color gris, textura rugosa, irregular, presenta nódulos, se observan oxidaciones ferruginosas, poco consistente,
medianamente fracturadas, presenta fracturas con ángulo de inclinación de 75º a 80º con respecto al eje de perforación.
6.90 7.90
Tufos volcánicos de mediana consistencia, muy descompuesta, medianamente fracturada, presenta nódulos de 1 a 5 cm de diámetro, fractura rugosa, presenta rellenos limos en las fracturas, ángulo de fractura 75º con respecto al eje de la perforación, irregular, presenta patina de color amarillo verdoso.
7.90 16.80
Tufos volcánicos, de color gris verdoso a gris amarillento, poca
consistencia a medianamente consistente, extremadamente fracturada, muy descompuesta, textura rugosa, porosa, irregular, en los planos de junta presenta rellenos de limos y oxidaciones ferruginosas.
16.80 19.10
Tufos volcánicos, de color gris verdoso, gris amarillento, mediana consistencia, moderadamente descompuesta, poco fracturada, rugosa, presenta oquedades de 5mm de espesor, bajo grado de
oxidación.
19.10 20.50
Tufos volcánicos, de color gris verdoso a gris amarillento, poco consistente muy descompuesto, extremadamente fracturado, textura rugosa, irregular, presenta alto grado de oxidación ferruginosa, relleno los planos de junta limoso no plástico.
22.50 22.60 Roca sedimentaria tipo limonita, de color grisáceo a gris azulado, poco consistente, muy descompuesto, muy fracturado, regularidad curva, lisa, presenta patina de color verde claro.
22.60 35.30
Tufos volcánicos, color gris amarillento a gris verdosa, muy
descompuesto, poco consistente, muy fracturado, de textura rugosa, porosa, irregular, presenta oquedades de 1mm a 2mm de diámetro, presenta fracturas rellenadas por óxidos y limos con ángulo de inclinación de 55º con respecto al eje de la perforación.
35.30
40.00
Lavas piroclásticas, color grisáceo, presenta nódulos de 2cm a 3cm de diámetro, poco consistente, muy descompuesta, medianamente fracturada, irregular, porosa, se raya con facilidad con la navaja.
68
Cuadro Nº21: DESCRIPCION LITOLOGICA SONDEO Nº2
DE
A
DESCRIPCION LITOLOGICA
0.00 1.00 Tufos volcánicos de color gris plomizo, presenta nódulos hasta 2.5 cm de diámetro, textura porosa, rugosa, medianamente consistente, medianamente descompuesto, poco fracturado.
1.00 2.50
Lava piroclástica, de color gris claro, poco consistente, medianamente descompuesto, medianamente fracturado, presenta oquedades de 1mm a 1cm de espesor, de 2.00 a 2.50m se observan inyecciones de concreto, con ángulo de inclinación de 75º con
respecto al eje de la perforación, presenta oxidaciones ferruginosas, presenta patina amarilla, de textura rugosa.
2.50 3.90 Tufos volcánicos, poco consistente, muy descompuesto, muy fracturado, presenta nódulos de 2 cm de diámetro y oquedades de 2mm de espesor, textura rugosa, irregular.
3.90 7.95 Tufos volcánicos, poco consistente, muy descompuestos, extremadamente fracturado, muy oxidada, presenta oquedades de 1mm de espesor, textura rugosa, irregular.
7.95 11.40
Tufos piroclásticos, color grisáceo, presenta nódulos de 2 a 3.5 cm
de diámetro, presenta de alto grado de oxidación, patina color verde, con ángulo de inclinación de 80º con respecto al eje de perforación, poco consistente, medianamente descompuesto, medianamente fracturado, textura rugosa.
11.40 16.20 Lavas piroclásticas, color grisáceo, con patina color verde, con oxidaciones, medianamente descompuesta, medianamente consistente, medianamente fracturado, irregular, rugosa.
16.20 19.45
Tufos volcánicos, porosa, color gris azulado a grisáceo, presenta
nódulos, de 2 a 3 cm de diámetro, poco consistente, medianamente descompuesto, medianamente fracturado, rugoso.
19.45 28.00
Tufos volcánicos, color grisáceo, presenta nódulos de 2 a 4 cm de diámetro, presencia de oxidaciones, tonalidades blanquecinas, rojizas, medianamente descompuesta, consistente, poco fracturada, rugosa.
28.00 30.90 Tufos volcánicos, color grisáceo, textura rugosa, poco fracturado, medianamente consistente, poco descompuesto, con ángulo de
inclinación de 70º con respecto al eje de perforación.
30.90 34.40 Lavas piroclásticas, color grisáceas, presenta patina color verde, poco consistente, medianamente fracturada, muy descompuesta, de textura rugosa.
34.40 37.60 Tufos volcánicos, presencia de relleno de limo y óxidos, nódulos de 2 a 3cm de diámetro, medianamente descompuesta, consistente, medianamente fracturado.
37.60 40.00
Tufos volcánicos, color grisáceo, patina color verde, a amarillenta, presenta porosidad, oxidaciones, con ángulo de inclinación de 70º
con respecto al eje de la perforación, textura rugosa, nódulos de 2 a 3cm de diámetro, medianamente consistente, poco fracturada, poco descompuesta.
69
Cuadro Nº22: DESCRIPCION LITOLOGICA SONDEO Nº3
DE
A
DESCRIPCION LITOLOGICA
0.00 1.20 Tufos volcánicos, color gris claro a gris plomizo, porosa, textura rugosa, medianamente consistente, poco fracturada, medianamente descompuesta, rugosa.
1.20 1.35 Posible zona de falla
1.35 1.80 Tufos volcánicos, color grisáceo, presenta oxidaciones, porosidad, poco fracturado, poco consistente, medianamente descompuesta, textura rugosa.
1.80 6.10
Lavas piroclásticas, color grisáceo, presenta patina color verde, nódulos de 2 cm de diámetro, rugoso, medianamente descompuesto,
poco fracturado, poco consistente, con ángulo de inclinación de 80º con respecto al eje de la perforación.
6.10 6.30 Lava piroclástica, poco fracturada, medianamente descompuesta, poco consistente, rellena por limo y oxidaciones, textura rugosa.
6.30 8.50
Lava piroclástica, color grisáceo, presenta nódulos de 2 a 3cm, de diámetro, medianamente descompuesta, medianamente fracturada, poco consistente, rugosa, con ángulo de inclinación de 80º con respecto al eje de la perforación.
8.50 10.00
Lava piroclástica, color grisáceo, presenta patina color verde, nódulos
de 2 a 3 cm de diámetro, muy fracturado, poco consistente, muy descompuesto, rellenado por material desagregado, porosa, irregular, rugosa.
10.00 14.00
Lavas piroclásticas, color grisáceo, rellenada por material desagregado, patina color verde, azulado, nódulos de 2 a 3cm de diámetro, medianamente consistente, poco descompuesto, poco fracturado, rugosa.
14.00 15.00
Tufos volcánicos, color grisáceo, presenta nódulos de 2 a 4 cm de
diámetro, muy descompuesta, medianamente fracturada, poco consistente, con ángulos de inclinación de 65º con respecto al eje de perforación, rugoso, rellenado de material desagregado de oxidaciones y limos, rugosa.
15.00 18.40
Tufos volcánicos, color grisáceo, porosa, presenta oxidaciones ferruginosas, medianamente fracturada, medianamente descompuesta, poco consistente, irregular con ángulo de inclinación
de 75º con respecto al eje de la perforación, de textura rugosa, rellenada por material desagregado.
18.40 19.30
Lavas piroclásticas, color grisáceo, rellenada por material desagregado de oxidaciones y limos, medianamente descompuesta, medianamente fracturada, medianamente consistente, rugosa, con oquedades.
19.30 23.60
Lava piroclástica, color grisáceo, presenta oquedades, nódulos de 2 a 3 cm de diámetro, rellenada de material desagregado de limos y
oxidaciones ferruginosas, medianamente consistente, poco descompuesta, poco fracturada, rugosa.
23.60 25.00 Lavas piroclásticas, medianamente fracturada, medianamente descompuesta, poco consistente, presenta oquedades.
25.00 30.50 Lavas piroclásticas, de textura rugosa, poco fracturada, medianamente descompuesta, medianamente consistente, con ángulos de inclinación de 80º con respecto al eje de la perforación.
30.50 32.70
Tufos volcánicos, color grisáceo, muy descompuesta, medianamente fracturada, poco consistente, textura rugosa, presenta patina color verde, rellenado de material desagregado de limo y oxidaciones, con
ángulo de inclinación de 80º con respecto al eje de la perforación.
70
32.70 34.80 Lava piroclástica, de textura rugosa, roca sana, poco fracturada, medianamente consistente, con oquedades.
34.80 39.00 Tufos volcánicos, color grisáceo, presenta material desagregado de oxidaciones, limo, nódulos de 2 a 4 cm de diámetro, rugoso, poco descompuesto, medianamente fracturada, poco consistente.
39.00 40.00 Tufos volcánicos, presenta nódulos de hasta 4 cm de diámetro, medianamente descompuesta, medianamente fracturada, poco consistente.
3.3.3.3. INDICE RQD (ROCK QUALITY DESIGNATION)
El índice RQD (Rock Quality Designation) desarrollado por Deere entre
1963 y 1967, se define como el porcentaje de recuperación de testigos
de más de 10 cm. de longitud (en su eje) sin tener en cuenta las roturas
frescas del proceso de perforación respecto de la longitud total del
sondeo.
El grado de fracturamiento y alteración que afectan hacen que los
valores de RQD para dichas rocas hayan sido variables, desde una
roca de muy mala calidad a una roca de excelente calidad.
Es decir el RQD está dado por la siguiente fórmula:
Cuadro Nº23: ÍNDICE RQD SONDEO Nº1
DE A RQD %RQD CALIDAD DE ROCA
0.00 0.50 0.50 100 MUY BUENO
0.50 1.00 0.44 88 BUENO
1.00 2.20 0.32 27 POBRE
2.20 3.80 1.52 95 MUY BUENO
3.80 5.00 0.94 78 BUENO
5.00 6.60 0.95 59 REGULAR
6.60 8.10 0.00 0 MUY POBRE
8.10 9.70 0.14 9 MUY POBRE
9.70 10.00 0.00 0 MUY POBRE
10.00 11.30 0.34 26 POBRE
71
Cuadro Nº24: ÍNDICE RQD SONDEO Nº2
DE A RQD %RQD CALIDAD DE ROCA
0.00 0.80 0.75 94 MUY BUENO
0.80 1.70 0.38 42 POBRE
1.70 2.20 0.41 82 BUENO
2.20 2.50 0.15 50 POBRE
2.50 3.20 0.22 31 POBRE
3.20 4.50 0.35 27 POBRE
4.50 5.20 0.14 20 MUY POBRE
5.20 6.30 0.21 19 MUY POBRE
11.30 11.90 0.00 0 MUY POBRE
11.90 12.30 0.00 0 MUY POBRE
12.30 13.90 0.61 38 POBRE
13.90 14.30 0.00 0 MUY POBRE
14.30 14.70 0.00 0 MUY POBRE
14.70 15.00 0.15 50 POBRE
150 15.35 0.19 54 REGULAR
15.35 15.65 0.12 40 POBRE
15.65 16.05 0.15 38 POBRE
16.05 16.35 0.00 0 MUY POBRE
16.35 16.75 0.00 0 MUY POBRE
16.75 18.35 1.13 71 REGULAR
18.35 19.55 0.61 51 REGULAR
19.55 20.00 0.28 62 REGULAR
20.00 20.80 0.23 29 POBRE
20.80 21.50 0.23 33 POBRE
21.50 21.95 0.19 42 POBRE
21.95 22.15 0.00 0 MUY POBRE
22.15 22.95 0.41 51 REGULAR
22.95 24.50 0.39 25 MUY POBRE
24.50 25.00 0.14 28 POBRE
25.00 26.60 0.48 30 POBRE
26.60 27.20 0.00 0 MUY POBRE
27.20 28.80 0.79 49 POBRE
28.80 30.00 0.43 36 POBRE
30.00 31.40 0.58 41 POBRE
31.40 32.80 0.91 65 REGULAR
32.80 34.40 0.73 46 POBRE
34.40 35.00 0.42 70 REGULAR
35.00 36.40 0.63 45 POBRE
36.40 38.00 1.06 66 REGULAR
38.00 39.6 1.26 79 BUENO
39.60 40.00 0.40 100 BUENO
72
6.30 7.80 0.12 8 MUY POBRE
7.80 9.40 0.91 57 POBRE
9.40 10.00 0.33 55 POBRE
10.00 11.60 1.37 86 BUENO
11.60 13.20 1.29 81 BUENO
13.20 14.80 1.25 78 BUENO
14.80 16.40 1.56 98 MUY BUENO
16.40 18.00 1.52 95 MUY BUENO
18.00 19.60 1.4 87 BUENO
19.60 21.20 1.46 91 MUY BUENO
21.20 22.80 1.44 90 BUENO
22.80 24.40 1.59 99 MUY BUENO
24.40 25.00 0.56 93 MUY BUENO
25.00 26.45 1.44 99 MUY BUENO
26.45 28.00 1.35 87 BUENO
28.00 29.60 1.56 97 MUY BUENO
29.60 30.00 0.32 80 BUENO
30.00 31.60 1.46 91 MUY BUENO
31.60 33.00 1.15 82 BUENO
33.00 34.40 0.82 59 REGULAR
34.40 36.00 1.41 88 BUENO
36.00 37.60 0.99 62 REGULAR
37.60 39.00 1.32 94 MUY BUENO
39.00 40.00 1.00 100 MUY BUENO
Cuadro Nº25: ÍNDICE RQD SONDEO Nº3
DE A RQD %RQD CALIDAD DE ROCA
0.00 0.90 0.76 84 BUENO
0.90 1.30 0.1 25 MUY POBRE
1.30 2.90 1.08 68 REGULAR
2.90 4.50 1.44 90 BUENO
4.50 5.00 0.36 72 REGULAR
5.00 6.10 0.99 90 BUENO
6.10 7.70 1.17 73 REGULAR
7.70 9.30 0.98 61 REGULAR
9.30 10.00 0.37 53 REGULAR
10.00 11.40 1.31 94 MUY BUENO
11.40 13.00 1.28 80 BUENO
13.00 14.60 0.99 62 REGULAR
14.60 15.00 0.29 72 REGULAR
15.00 16.40 1.38 99 MUY BUENO
16.40 18.00 1.5 94 MUY BUENO
18.00 19.60 0.97 61 REGULAR
19.60 20.00 0.4 100 MUY BUENO
73
20.00 21.60 1.31 82 BUENO
21.60 23.20 1.28 80 BUENO
23.20 24.80 1.4 87 BUENO
24.80 26.00 1.08 90 BUENO
26.00 27.60 0.80 50 POBRE
27.60 29.20 1.58 99 MUY BUENO
29.20 30.00 0.64 80 BUENO
30.00 31.60 0.83 52 REGULAR
31.60 33.20 1.41 88 BUENO
33.20 34.80 1.54 96 MUY BUENO
34.80 36.00 1.14 95 MUY BUENO
36.00 37.60 1.53 96 MUY BUENO
37.60 39.20 1.49 93 MUY BUENO
39.20 40.00 0.64 80 BUENO
3.3.4. ENSAYOS DE PERMEABILIDAD GEOTÉCNICOS EN SONDAJES
3.3.4.1. ENSAYOS DE LEFRANC
Este ensayo tiene por objeto medir con cierta precisión el coeficiente de
permeabilidad en un punto o tramo definido de depósito inconsolidado
y/o de roca muy fracturada o fragmentada. Consiste en inyectar agua a
gravedad en el tramo de prueba, bajo una sobrecarga hidráulica, para
esto se utiliza una tubería de casing que servirá para aislar el tramo a
ensayar. La medida del gasto y de la sobrecarga hidráulica permite
calcular el coeficiente de permeabilidad.
El ensayo Lefranc Carga Constante exclusivo para suelos gravosos con
finos, consiste en instalar el casing al fondo de la perforación, en el nivel
superior del tramo indicado, luego se procede a perforar el tramo de
ensayo por debajo del casing instalado de manera que se tenga un
horizonte de suelo lo más limpio y aislado posible, luego se deberá
mantener un nivel de agua constante en el pozo, añadiendo en forma
permanente el agua, el gasto se mide con el tubo calibrado del tanque
de abastecimiento.
74
La duración del ensayo es de 30 minutos luego del tiempo de
saturación que puede ser de 10 minutos, las lecturas se hacen al
minuto y en litros.
3.3.4.2. ENSAYOS DE LUGEÓN
Estos ensayos de agua a presión se han realizado exclusivamente en
rocas, con la finalidad de conocer las características hidrogeológicas de
las mismas para los fines de cimentación de las estructuras hidráulicas,
pantalla de impermeabilización y/o tratamiento de los macizos rocosos
con fines de mejoramiento de las propiedades.
Este ensayo consiste en inyectar agua limpia y sin materiales en
suspensión, en el tramo de prueba (5.00 m) aislado por obturadores
(packers) neumáticos, manteniendo valores de presión establecidos
para cada tramo de prueba (0.25 kg/cm / m de profundidad) con una
duración de 10 minutos por cada estadio (presión inicial, media,
máxima, media y presión inicial).
La unidad Lugeón se considera igual a la absorción de 1 litro de agua
por minuto, por metro de prueba a una presión de 10 kg/cm2. Para el
cálculo del valor Lugeón no se considera la corrección por perdida de
carga por fricción, ya que al utilizarse tuberías de 1” de diámetro, las
pérdidas son despreciables.
Durante la ejecución de las pruebas a presión ocurrieron dificultades en
algunos sondeos para aislar u obturar el tramo de prueba establecido,
debido a la mala calidad de roca por el alto grado de alteración y de
fracturamiento, donde las fracturas abiertas y alteradas facilitaron el
escape de agua por detrás de la tubería hasta la boca del sondeo, en
estos casos la prueba se varió a Lefranc.
75
Los datos y lectura de los gastos y variación de nivel de estos ensayos
se indican en los registros de pruebas de permeabilidad donde se
muestran, las fórmulas de cálculo: Ver Cuadro y registros de pruebas
de permeabilidad en el anexo correspondiente.
Los valores y secuencia de todos los ensayos se puede ver en el
cuadro siguiente:
Cuadro Nº26: ENSAYOS DE PERMEABILIDAD S-01
PERMEABILIDAD
ROCA OBSERVACION TRAMO (m.)
ENSAYO K (cm/seg)
4.50 – 5.00 Lefranc 3.160 x 10-4
Lava
Piroclásticas Permeabilidad
Elevada
9.50 – 10.00 Lefranc 5.668 x 10-3
Lava
Piroclásticas Permeabilidad
Elevada
14.70 – 15.00 Lefranc 1.369 x 10-3
Tufos
Volcánicos Permeabilidad
Elevada
19.50 – 20.00 Lefranc 2.341 x 10-3
Lava
Piroclásticas Permeabilidad
Elevada
24.60 – 25.00 Lefranc 6.999 x10-3
Lava
Piroclásticas Permeabilidad
Elevada
29.60 – 30.00 Lefranc 4.499 x 10-3
Lava
Piroclásticas
Permeabilidad
Elevada
34.50 – 35.00 Lefranc 5.181 x 10-3
Lava
Piroclásticas Permeabilidad
Elevada
39.50 – 40.00 Lefranc 3.328 x 10-3
Tufos
Volcánicos
Permeabilidad
Elevada
Cuadro Nº27: ENSAYOS DE PERMEABILIDAD S-02
PERMEABILIDAD
ROCA OBSERVACION TRAMO
(m) ENSAYO K (cm/seg)
5.00 – 5.20 Lefranc 2.49 x 10-4
Tufos
Volcánicos Permeabilidad
Elevada
9.50 – 10.00 Lefranc 3.55 x 10-5
Tufos
Volcánicos
VOLCANICO
S
Permeabilidad Media
14.50 – 14.80 Lefranc 1.63 x 10-4
Lava
Piroclásticas Permeabilidad
Elevada
19.50 – 20.00 Lefranc 5.53 x 10-5
Tufos
Volcánicos Permeabilidad
Media
76
24.50 – 25.00 Lefranc 4.97 x10-5
Tufos
Volcánicos Permeabilidad
Media
25.00 – 30.00 Lugeo
n 2.47 x 10
-5
Tufos Volcánicos
Permeabilidad Media
35.50 – 36.00 Lefranc 8.40 x 10-5
Lava
Piroclásticas Permeabilidad
Media
39.50 – 40.00 Lefranc 3.67 x 10-3
Tufos
Volcánicos Permeabilidad
Elevada
Cuadro Nº28: ENSAYOS DE PERMEABILIDAD S-03
PERMEABILIDAD
ROCA
OBSERVACION
TRAMO (m)
ENSAYO K (cm/seg)
4.50 – 5.00 Lefranc 1.90 x 10-4
Lavas
Piroclásticas Permeabilidad
elevada
9.50 – 10.00 Lefranc 3.56 x 10-4
Tufo
Volcánicos Permeabilidad
elevada
14.50 – 15.00 Lefranc 3.89 x 10-4
Tufo
Volcánicos Permeabilidad
elevada
19.50 – 20.00 Lefranc 4.01 x 10-4
Tufo
Volcánicos Permeabilidad
elevada
24.50 – 25.00 Lefranc 8.02 x10-4
Tufo
Volcánicos Permeabilidad
elevada
25.00 – 30.00 Lugeon 2.00 x 10-5
Tufo
Volcánicos Permeabilidad
elevada
34.80 – 36.00 Lefranc 7.55 x 10-3
Tufo
Volcánicos Permeabilidad
elevada
39.20 – 40.00 Lefranc 2.86 x 10-2
Lava
Piroclásticas Permeable
3.3.5. CAJAS PORTATESTIGOS
Las muestras obtenidas de los sondeos, fueron colocados en cajas de
madera según especificaciones técnicas, con sus respectivas tapas, las
mismas que son pintadas, rotuladas y fotografiadas después de la
descripción y clasificación correspondiente.
Las muestras obtenidas han sido dispuestas en 33 cajas portatestigos.
77
Cuadro Nº29: DISTRIBUCIÓN DE TESTIGOS S-01
UBICACIÓN Nº CAJAS
PORTATESTIGOS DE (m.)
A (m.)
INTERSECCIÓN
PLINTO Y VERTEDERO
1 0.00 4.00
2 4.00 7.90
3 7.90 11.80
4 11.80 15.35
5 15.35 19.05
6 19.05 22.55
7 22.55 26.15
8 26.15 30.10
9 30.10 33.90
10 33.90 37.80
11 37.80 40.00
Cuadro Nº30: DISTRIBUCIÓN DE TESTIGOS S-02
UBICACIÓN Nº CAJAS
PORTATESTIGOS DE (m.)
A (m.)
PLINTO
1 0.00 3.95
2 3.95 7.95
3 7.95 11.95
4 11.95 15.75
5 15.75 19.45
6 19.45 23.20
7 23.20 27.00
8 27.00 30.90
9 30.90 34.50
10 34.50 38.35
11 38.35 40.00
Cuadro Nº31: DISTRIBUCIÓN DE TESTIGOS S-03
UBICACIÓN Nº CAJAS
PORTATESTIGOS DE (m.)
A (m.)
PLINTO
1 0.00 4.15
2 4.15 7.75
3 7.75 11.60
4 11.60 15.30
5 15.30 19.10
6 19.10 22.90
7 22.90 26.80
8 26.80 30.70
9 30.70 34.45
10 34.45 38.00
11 38.00 40.00
78
3.3.6. CONCLUSIONES
Desde el punto de vista geológico la zona de trabajo se asienta
sobre suelos de tipo fluvio – aluvial, constituidas por materiales roca
volcánica que describe lavas piroclásticas, tufos volcánicos.
El porcentaje de recuperación de las muestras de perforación por lo
general varía de 88 a 100% lo que indica una recuperación buena a
muy buena.
De acuerdo a la evaluación del RQD de los testigos de roca
podemos indicar lo siguiente:
- En el sondeo 01, la roca presenta una calidad POBRE A MUY
POBRE que varía entre 0% a 50%, a excepción de la superficie
del tramo de 0.00m a 1.00m y a profundidad del tramo 38.00 a
40.00m presenta la roca una calidad de Bueno a Muy Bueno.
- En el sondeo 02, la roca presenta una calidad de BUENA a MUY
BUENA con una variación entre 80 a 100%.
- En el sondeo 03, la roca presenta una calidad de BUENA a MUY
BUENA con una variación de 80 a 100%
Los ensayos de permeabilidad ejecutados en los sondeos dieron los
siguientes resultados:
- En el sondeo S-01, la roca presenta una permeabilidad elevada
(10-4 cm/seg) (10-3cm/seg).
- En el sondeo S-02, la roca presenta una permeabilidad elevada
(10-4 cm/seg) a permeabilidad media (10-5 cm/seg).
- En el sondeo S-03, la roca presenta una permeabilidad elevada
(10-3 cm/seg) a permeable (10-2 cm/seg).
79
3.4. DESCRIPCION DEL PERFIL ESTRATIGRAFICO DEL SUELO DE
CIMENTACION
3.4.1. SUELO DE CIMENTACION EN EL EJE DE PRESA
En la exploración subterránea realizada en la década de los 60’ por el
Ministerio de Fomento y Obras Públicas se realizaron 02 perforaciones
diamantinas en el cierre de la Presa Iruro; el Sondaje I -1 y el I – 2,
ubicados en el cauce del cañón, el I-2 a 6.0 m del eje y el I-1 a 130.0 m
aguas arriba. Estas perforaciones han tenido como objetivo principal
determinar las condiciones del suelo de cimentación de la Presa Iruro en la
zona de cierre y representan básicamente las condiciones de
impermeabilización antes de cualquier tratamiento.
De la litología de los Sondajes I-1 e I-2 (Realizados en la década de los 60’)
y la que ofrece el afloramiento del estribo izquierdo al final del cañón,
podemos imaginar un plano que pasa por estos tres puntos y se verá que
la litología se corresponde con gran similitud, por las siguientes
observaciones las que servirá para la interpretación final.
a).- La geología de superficie nos indica que en el cañón de Iruro existe
una estratificación de aglomerados y areniscas, como se observa al final
del flanco izquierdo del cañón.
Dicha característica tiene cierta inclinación hacía aguas arriba por lo que se
profundiza más a medida que se va hacía la zona del eje. De acuerdo a
esta situación, el cañón de Iruro está excavado íntegramente en el estrato
superior de aglomerados.
b).- Los sondajes I-1 e I-2, que están en el cauce del cañón, continúan los
aglomerados en profundidades hasta más o menos los 39.0 m en el I-2 y
hasta los 42.0 m en el I-1, donde en ambos sondajes y a dichas
profundidades se encuentran areniscas piroclásticas de igual litología con
promedio de 2.0 m.
80
c).- Los sondajes I-1 e I-2 confirman las observaciones de la geología de
superficie por las siguientes correlaciones:
El Sondaje I-1, a los 42.0 m y el I-2 a los 39.0 m atraviesan el estrato
superior de aglomerados, observando en los cortes se nota que los
aglomerados varían ligeramente en su estructura más no en su
composición que es de carácter andesítico.
Luego ambos estratos continúan en profundidad, cortando un estrato
de areniscas piroclásticas de potencia aproximada de 2.0 m que
correspondería al observado en la parte final del flanco izquierdo del
cañón, debajo el estrato superior de aglomerados, donde tiene una
potencia de 4.0 m lo que hace suponer que dicho estrato de areniscas
tiende a adelgazar hacía aguas arriba.
Ambos sondajes se continúan luego con un aglomerado que por sus
caracteres estructurales de presentar los fragmentos pequeños se les
ha llamado microbrecha hasta la profundidad de 45.0 m en el I-2 y 48.4
m en el I-1.
A mayor profundidad, ambos sondajes encuentran un estrato de 2.0 m
de una ceniza volcánica litificada poco densa, la misma que no ha sido
observada en superficie, por estar cubierta y debajo de esta existe una
brecha con matriz de ceniza volcánica.
Hasta esta profundidad (En el I-1, 51.0 m y en el I-2, 50.0 m) la litología
en ambos sondajes se corresponden.
El sondaje I-1 se continúa desde los 50.0 m en roca andesítica y el I-2
desde los 50.0 m en areniscas piroclásticos hasta los 53.0 m
(observadas también en el corte del cañón) y luego recién corta a la
roca andesítica que el I-1 tocó a los 51.0 m. Esta no correspondencia
del estrato de areniscas piroclásticas en ambos sondajes puede
deberse a que se trata de un lente cuyo adelgazamiento no permite
ubicarlo en el I-1 o que ha sido cortado por una falla.
81
El sondaje I-2 se profundiza hasta los 63.0 m en roca volcánica
andesítica y aglomerados fracturados para llegar a las areniscas
verdosas que por sus características litológicas corresponden al estrato
de areniscas observados.
Para estudiar mejor las condiciones geológicas y geotécnicas del eje de la
Presa Iruro adicionalmente a las perforaciones antes mencionadas (I-1 e I-
2) se han ejecutado 03 perforaciones diamantinas (Sondaje I-2, I-3 e I-4)
profundas como investigaciones complementarias realizadas por el
Ministerio de Fomento y Obras Públicas, con las cuales se ha podido
obtener el perfil estratigráfico que se describe a continuación:
De 0 .00 m a 54.00 m:
Aglomerados formado de elementos de vulcanitas andesíticas, tamaños
hasta 6.0 cm, textura afanítica, estructura masiva y vesicular. Matriz
tufácea generalmente color gris y de diferentes grados de dureza. Material
poco fracturado, gran resistencia.
De 54.00 m a 56.00 m:
Vacío o grieta debido probablemente a la fuerte alteración del aglomerado
en zona muy tufácea.
De 56.00 m a 80.00 m:
Aglomerado similar al anterior con mayor dureza pero mejor permeabilidad.
A partir de los 55.0 m se encuentran también en forma intercalada Tufos
líticos blanquecinos de baja densidad, blando sin fracturas y con espesores
no mayor a 3.0 m.
También se intercalan andesitas de textura afanítica, estructura vesicular
fracturada.
82
Es de importancia hacer notar que en uno de los Sondajes
complementarios (I-4, realizado en la década de los 60’) ubicado en el
estribo izquierdo de la Presa Iruro entre los 54.0 a 56.0 m se había
detectado la presencia de un vacío de cerca de 2.0 m de espesor que deja
en evidencia la presencia de una falla que podría ser una de tantas de un
Sistema que se evidencia en la superficie del terreno y particularmente en
el estribo izquierdo.
La presencia de fallas a lo largo del eje de la Presa Iruro ha sido
posteriormente analizada y evidenciada a través de los Estudios a nivel
Definitivo realizados en la década de los 80’ por el Consorcio OIST-
INTECSA, (PLANO Nº2 – PG – 03 – Anexos)
En dicho Plano se aprecian hasta un total de 16 fallas entre identificadas e
inferidas; siendo de especial importancia la denominada Falla F-6 que se
ubica en el flanco izquierdo del Cañón.
La presencia de este marcado sistema de fallas determina un alto valor de
la permeabilidad secundaria del macizo rocoso de cimentación que
inclusive permite la fuga apreciable del agua almacenada.
Esta condición fue tomada en cuenta en los diseños del caso, por lo cual se
proyectó inyecciones de impermeabilización en la etapa de construcción
con el fin de sellar las fracturas y oquedades existentes.
Según los estudios antecedentes a la etapa de construcción de la Presa
Iruro (Década de los 60’), de 0.00 m a 54.0 m los valores de permeabilidad
se encuentran alrededor de 10-5 cm/s y a continuación de la grieta
encontrada la permeabilidad aumenta a 10-4 cm/s en una Intercalación de
lentes de areniscas color plomiza, con tufos amarillentos, poca fracturada
de baja densidad.
El nivel de agua se ha encontrado desde una profundidad de 35.0 m. hasta
40.0 m de profundidad.
83
El valor promedio de la permeabilidad del subsuelo de cimentación en el
eje de la Boquilla de salida de la Presa Iruro es igual a 10-5 cm/s.
De acuerdo a los resultados obtenidos en las investigaciones de campo
realizadas en el año 2009 por la empresa NV Building S.A.C.; en términos
promedio el área sobre la cual se emplazará el eje de Presa Iruro y que
compromete las obras del cuerpo de Presa, toma de servicio y aliviadero
de demasías se han de encontrar emplazadas sobre una cobertura de
derrames volcánicos y que cubre a Tufos y Areniscas Tufáceas que son las
rocas de la Formación Madre Sencca.
A continuación de este colchón de derrames volcánicos del tipo
aglomerado se encuentra el basamento rocoso conformado por una
alternancia de Tufos y Areniscas Tufáceas de colores pardos, gris,
verdoso, de alta resistencia a la compresión simple (Mayor a 1,000.0
Kg/cm2) y Tobas brechosas de color pardo de media resistencia a la
compresión simple (Mayor a 250.0 Kg/cm2), desde ligeramente diaclasadas
hasta muy fracturadas y con valores de RMR de 40 a 50 en promedio.
A mayor profundidad y en el eje del río Iruro de acuerdo a los resultados
obtenidos en los Sondeos S-01, S-02 y S-03 la alternancia de Tufos tobas y
lavas piroclásticas es notoria; por debajo de los 5.0 m y el grado de
fracturamiento determina un RQD (Indice de calidad de la Roca) en
promedio no mayor a 30% en el Sondaje S-01 y no mayor a 80% en los
Sondajes S-02 y S-03.
En los sondeos S-02 y S-03 hasta la profundidad investigada (Máximo 40.0
m) se tiene la presencia marcada de lavas piroclásticas con diferente grado
de fracturamiento que van desde un RQD de 60% hasta 100%.
En el sondeo S-01 hasta la profundidad investigada (Máximo 40.0 m) se
tiene la presencia marcada de Tufos y lavas piroclásticas alternadas con
diferente grado de fracturamiento que van desde un RQD de 0% hasta
50%, en promedio.
84
En los estribos derecho e izquierdo del eje de Presa se evidencia la
presencia de rocas volcánicas ligeramente diaclasada a muy fracturada,
que representa el basamento rocoso de buenas propiedades
geomecánicas por capacidad portante, mas no por condiciones de
impermeabilización.
Por consecuencia; el cuerpo principal de la Presa Iruro y que comprende
prácticamente el cauce principal de la quebrada, se ha de apoyar
directamente sobre una cimentación conformada por una alternancia de
Rocas Volcánicas (Aglomerados y Lavas piroclásticas) y Tufos –Areniscas
Tufáceas, ligeramente diaclasada a muy fracturada y de regulares
características ingenieriles (RMR = 50); asimismo los flancos derecho e
izquierdo del cuerpo de la Presa Iruro, se ha de apoyar directamente sobre
una cimentación conformada por roca volcánica ligeramente diaclasada a
fracturada y de regulares a buenas características ingenieriles (RMR=60).
El apoyo de la cimentación de la Presa se debe realizar directamente sobre
la roca, de tal manera que se debe despalmar la escasa cobertura coluvio-
aluvial y que no es mayor a 0.20 m en toda el área del eje de Presa.
Las filtraciones de agua por debajo de la cimentación de la Presa ocurren a
través de las diaclasas, grietas y fracturas que se encuentran conformando
la estructura muy fragmentada del macizo rocoso (Permeabilidad
secundaria a través de las diaclasas de los macizos rocosos de
cimentación) y también entre el contacto Tufo-Aglomerado y/o viceversa ya
que es predominante a partir de 5.0 m con respecto al fondo del río Iruro; lo
que puede originar filtraciones de agua a través de la cimentación con
cargas importantes de agua si es que no se toman las medidas del caso;
tales como shotcreteado de la superficie de la roca, inyecciones de
impermeabilización en la cimentación y/o el uso de un dentellón
impermeable.
De una evaluación integral a todas las investigaciones de campo realizadas
desde la década de los 60’ hasta la última del año 2009, se desprende que
85
la principal restricción que tiene el afloramiento masivo de rocas volcánicas
en el subsuelo de cimentación es el marcado fracturamiento y presencia de
fallas que determinan un alto valor de la permeabilidad secundaria y la
posibilidad de fugas de agua cuando el almacenamiento de la Presa Iruro
se encuentre en su máximo nivel.
Las 05 “calicatas” excavadas en el área de embalse y las 03 “estaciones
geomecánicas” en los puntos de Sondeo (S-01, S-02 y S-03), utilizadas en
el área del eje de la Presa Iruro permiten determinar la siguiente
configuración estratigráfica promedio desfavorable:
a).- En el cuerpo principal de la Presa:
De 0.00 a 0.10 m: Cobertura conformada por material gravo-arcillo-limoso
con gran contenido de materia orgánica y saturada. De origen coluvio-
aluvial en estado normalmente consolidado y de alta compresibilidad.
De 0.10 m hasta 40.0 m: Alternancia de aglomerados y lavas piroclásticas
con Tufos y Areniscas Tufáceas con espesores variables desde 1.0 m a 3.0
m, desde poco fracturado a fragmentado que constituye el basamento
rocoso del área. Las rocas tufáceas presentan posición sub-horizontal a
ligeramente inclinada, con un suave buzamiento de 30º SW en promedio,
desfavorable a la estanqueidad del agua ya que presenta diaclasas y
algunas fisuras por las cuales puede presentarse filtraciones de agua por
permeabilidad secundaria y que deben tomarse en cuenta en el diseño de
la Presa. Las aperturas no exceden los 5.0 mm y generalmente se
encuentran rellenas de arcilla. El macizo rocoso de cimentación tiene un
valor promedio del RMR igual a 50 y una permeabilidad no menor a 10 -5
cm/s, que determina que se trata de una cimentación de buena
permeabilidad y por donde los procesos de filtración de agua pueden ser
moderados a altos con cargas de agua importantes como es el caso en la
Presa Iruro.
86
b).- En los flancos derecho e izquierdo del cuerpo principal de la
Presa
De 0.00 a 1.00 m: Cobertura conformada por material limo-areno-arcilloso
con gran contenido de materia orgánica y saturada (SM y SC). De origen
coluvio-aluvial en estado normalmente consolidado y de alta a media
compresibilidad.
De 1.0 a 20.00 m: Rocas producidas por derrames volcánicos intercalados
con Tufos y Areniscas Tufáceas de color gris claro, de buena resistencia a
la compresión simple y que se encuentra desde fracturada a muy
fracturada y que constituye el basamento rocoso del área. Las rocas
volcánicas presentan posición sub-horizontal a ligeramente inclinada, con
un suave buzamiento de 30º SW en promedio, desfavorable a la
estanqueidad del agua ya que presenta diaclasas y algunas fisuras por las
cuales puede presentarse filtraciones de agua por permeabilidad
secundaria y que deben tomarse en cuenta en el diseño de la Presa. Las
aperturas no exceden los 5.0 mm y generalmente se encuentran rellenas
de arcilla. El macizo rocoso de tiene un valor promedio del RMR igual a 60
y una permeabilidad no menor a 10-5 cm/s, que determina que se trata de
una cimentación de buena permeabilidad y por donde los procesos de
filtración de agua pueden ser moderados a altos con cargas de agua
importantes como es el caso en la Presa Iruro.
De lo anteriormente descrito se confirma que la geología del subsuelo en la
zona de cimentación de la Presa de Iruro, existe una secuencia
estratificada de aglomerados volcánicos y areniscas.
Esta clasificación general de aglomerados se ha hecho por las
observaciones de campo, pero los sondajes lo demuestran (I-1 hasta 42.0
m e I-2 hasta 35.0 m realizados en la década de los 60´y S-02 y S-03
realizados en el 2009).
87
Con este nombre genérico de aglomerados se engloba a rocas que tienen
casi igual composición, dureza y densidad (andesítica) pero diferente
textura y estructura, pero que el conjunto forma el estrato superior de
aglomerados, inmediatamente debajo de estos se encuentra el estrato de
areniscas piroclásticas que tiene más o menos 2.0 m de potencia, luego se
continúa los aglomerados que correspondería a otro estrato y presenta los
caracteres que el estrato superior hasta la profundidad de 63.0 m en el I-2,
profundizando la perforación se continuará en estas areniscas, luego
estratos de aglomerados, areniscas iguales a la anterior y por último la
zona volcánica silicificada que se encuentra en el cauce del río Iruro al final
del cañón que la llamaron como roca de base de la estratificación de del
vaso y boquilla de Iruro.
Existe fracturamiento en las rocas atravesadas por los Sondajes como es
de suponer, pero este es moderado, observándose más en las partes
profundas de los sondajes. Este escaso fracturamiento en subsuelo se
comprueba en superficie donde las diaclasas son escasas y más bien la
roca aglomerádica se presenta masiva y muy compacta. La recuperación
de los testigos es en general del 100% en toda la longitud de los sondajes.
En los sondajes no se han obtenido afloramientos de aguas subterráneas.
La mayor permeabilidad se ha experimentado en las partes más profundas
de los sondajes y esto correspondería directamente a fracturamientos. Así
tenemos que en el sondaje I-1 en el tramo de 50.0 m a 53.0 m se tiene la
mayor permeabilidad de 10-3 cm/s que correspondía al fracturamiento de la
roca. En el sondaje I-2, la mayor permeabilidad se experimentó a los 51.0
m con un valor de 10-3 cm/s, también frente a fracturamientos. Lo que
demuestra que la permeabilidad está dada principalmente por
fracturamientos, la permeabilidad por porosidad es prácticamente nula.
Esta situación determina que por debajo de los 50.0 m el aglomerado
volcánico tiene una mayor cantidad de fracturas, diaclasas, grietas e
inclusive fallas, que determinan un alto valor de la permeabilidad en esta
88
zona y la posibilidad de fugas de agua por canales importantes de
filtración.
3.4.2. DETERMINACIÓN DE PERFILES GEOLÓGICOS DE ACUERDO A LOS
ESTUDIOS REALIZADOS
De los estudios realizados en los años 60’ y el año 2009, se discriminan los
pozos que tienen información necesaria para el presente estudio es decir:
De los estudios realizados en los años 60’ se tiene los siguientes pozos:
I – 1, I - 2, I – 3, I – 4. (Plano Nº4 – PUI – 01 – Anexos)
De los estudios realizados en el año 2009, S – 1, S – 2, S – 3. (Plano Nº4 –
PUI – 01 – Anexos)
Figura Nº20: DISTRIBUCIÓN DE LOS PUNTOS DE PERFORACIÓN
89
De los pozos de perforación realizados en las diferentes etapas de estudio
y construcción de la Presa Iruro, se ha propuesto 03 líneas para el análisis
de infiltración, agrupados de la siguiente manera: (Plano Nº5 – LEP – 01 –
Anexos)
Línea de estudio Nº1: Pozos: I – 3, S – 3, S – 2, S – 1.
Línea de estudio Nº2: Pozos: I – 4, S – 2, I – 1.
Línea de estudio Nº3: Pozos: I – 2, I – 1.
Figura Nº21: LÍNEAS DE ESTUDIO PROPUESTOS PARA EL ANÁLISIS DE INFILTRACIÓN
90
91
De los pozos de perforación realizados, se tiene el registro de perforación, en los cuales se especifica las
características encontradas en la cimentación, resaltándose la permeabilidad obtenida de las pruebas realizas insitu
(Lugeon y Lefranc) (Registro de Perforación – Anexos).
Con los valores de permeabilidad encontrados en los registros y las líneas de estudio propuestas, se ha determinado
perfiles estratigráficos promedio, con los cuales se plantea determinar el cálculo numérico de infiltración a través de la
cimentación de la Presa Iruro, estos se muestran en las siguientes figuras: Figura Nº22, Figura Nº23, Figura Nº24.
(Plano Nº 5 – LEP – 01 – Anexos).
Figura Nº22: PERFIL GEOLÓGICO DE LA LÍNEA DE ESTUDIO Nº 1
92
3.4.3. DETERMINACIÓN DEL PERFIL GEOLÓGICO CRÍTICO PARA EL
ANALISIS NUMÉRICO
Para determinar el Perfil Estratigráfico que represente con mayor
aproximación a las condiciones geológicas de la cimentación de la Presa
Iruro, se determinó algunas características fundamentales:
Figura Nº23: PERFIL GEOLÓGICO DE LA LÍNEA DE ESTUDIO Nº2
Figura Nº24: PERFIL GEOLÓGICO DE LA LÍNEA DE ESTUDIO Nº3
93
Este Perfil Geológico, debe resultar de los valores de permeabilidad
promedio proyectados de los pozos de perforación.
Este Perfil Geológico, debe estar ubicado en la zona más baja de la
Presa Iruro, es decir en la zona donde se tenga mayor carga hidráulica
(44 m de columna de agua aprox.), representando así el Perfil Geológico
crítico.
Se debe de tener en cuenta que la información necesaria del Perfil
Geológico debe tener una profundidad promedio de 1.5 veces la altura
de carga hidráulica, y mínimo 1.0 veces la altura de carga hidráulica.
Con las consideraciones mencionadas, se ha determinado que la Línea del
Perfil Geológico Nº3, cumple con las características planteadas, y donde
además se tiene las siguientes características:
Los valores promedio de permeabilidad de los pozos de perforación
próximos se han proyectado a la Línea de Perfil Geológico Nº3.
Se tiene 2 pozos de perforación:
El primero de 57.0 m, de profundidad. I - 1
El segundo de 60.0 m de profundidad. I – 2
De ambos se obtiene una profundidad promedio de 58.50 m, de donde:
PrPr
arg
58.50Pr 1.33
44.0
sup 1 arg
ofundidad de Perforaciónofundidad
Altura de c a Hidráulica
mofundidad
m
Valor que erior a vez la c a hidráulica
La Línea de Perfil Geológico Nº3, se encuentra en la parte más baja de
la Presa Iruro, llegando a pasar por el cuerpo de la Presa.
94
Con las condiciones antes mencionadas el Perfil Geológico Nº3, que
representa el Perfil Geológico Critico y que está determinado de la
siguiente manera. (Plano Nº7 – PN – 01 – Anexos).
Para el cálculo análisis e interpretación numérica bidimensional del cálculo
de infiltración en el área de emplazamiento de la Presa Iruro, se ha
realizado algunas consideraciones especiales tales como:
Los valores de permeabilidad de cada uno de los estratos de la
cimentación son los valores promedios proyectados en cada una de las
perforaciones de las líneas de estudio planteadas.
Se ha linealizado la distribución de los estratos de la cimentación, para
realizar el cálculo numérico simplificado.
Se ha realizado la proyección de los estratos longitudinalmente para
tener la longitud total del emplazamiento de la Presa Iruro.
Con las consideraciones planteadas se tiene la siguiente figura: (Plano Nº7
– PN – 01 – Anexos).
Figura Nº25: PERFIL GEOLÓGICO CRÍTICO
95
Figura Nº26: PERFIL GEOLÓGICO CRÍTICO ESTRATIFICADO PARA LA SOLUCIÓN NUMÉRICA
96
Figura Nº27: PERFIL GEOLÓGICO CRÍTICO DISCRETIZACIÓN PARA LA SOLUCIÓN NUMÉRICA
97
Para el cálculo de la solución numérica del problema de infiltración además
de considerar los estratos, se ha considerado el dentellón de
impermeabilización construido, así también la pantalla impermeabilizante
proyectada de la Presa; y se ha realizado la discretización de los estratos
como se muestra en la Figura Nº27.
98
CAPÍTULO IV – ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN NUMÉRICA BIDIMENSIONAL
DEL CÁLCULO DE INFILTRACIÓN
4.1. INTRODUCCIÓN
Existen dos tipos de análisis para infiltración, esto es para flujo permanente
o estacionario y flujo no permanente o transitorio.
El modelo de flujo permanente describe un estado donde no se producen
cambios. En un análisis de infiltración el “estado” significa presión del agua
y caudal, si ambas alcanzan un valor estable, esto significa que estarán en
ese estado para siempre; en muchos casos donde el problema geotécnico
está expuesto a condiciones cíclicas, es posible que jamás se llegue a la
situación estable. Si la hipótesis contempla condiciones de borde
constantes en el tiempo, entonces la respuesta es aquella que se
corresponde con un tiempo lo suficientemente extenso como para obtener
el estado estacionario. En este tipo de análisis no se considera cuánto
tiempo se necesita para alcanzar la condición estable, solamente se
predice cómo se presentará la superficie para un conjunto de condiciones
de borde que no se modificarán en el espacio ni en el tiempo. Como el
análisis de flujo permanente no considera la componente tiempo, las
ecuaciones que lo gobiernan se simplifican; en el análisis permanente las
ecuaciones sacan la variable tiempo y omiten la función de contenido
volumétrico de agua. Esto no resulta necesario para la solución, el
contenido volumétrico de agua es usado para computar las pérdidas o
ganancias en el suelo si hay un cambio en las presiones. En un estado
permanente no hay cambios en las presiones.
Un análisis no permanente por definición significa que hay cambios,
ejemplos de este tipo de análisis es predecir el tiempo que tarda una presa
en humedecerse cuando se llena en forma rápida. En un análisis no
permanente se deben conocer las condiciones iniciales y las funciones que
99
describen el cambio de las mismas. Por ejemplo en la presa, se deberá
conocer la función de llenado y vaciado de la misma en el tiempo. Por otro
lado también deberán conocerse las funciones hidráulicas del suelo para
determinar en distintos tiempos el estado de infiltración en el mismo. Se
parte siempre de una condición inicial para poder conocer los estados
intermedios en el tiempo y el estado final de la modelación. En muchos
casos, el estado inicial se establece como la condición permanente.
Para el análisis e interpretación numérica bidimensional de la infiltración
sobre la cimentación de la Presa Iruro, haremos uso de los métodos
numéricos, luego comprobaremos la solución a través del software SLIDE
V.6.0, realizando un análisis matemático del algoritmo empleado por el
software y entender sus bondades.
4.2. CONCEPTOS TEÓRICOS FUNDAMENTALES
4.2.1. LEY DE DARCY
El flujo de agua en un medio poroso cumple la ley de Bernoulli modificada:
2 2
1 1 2 21 2
2. 2.W W
P V P VY Y H
g g ………… (1)
Dónde:
g: aceleración de la gravedad
p1, p2: presiones en dos secciones, 1 y 2, a lo largo de cierta trayectoria de
flujo
y1, y2: elevaciones medias de las secciones 1 y 2 con respecto a un plano
horizontal arbitrario
2 2
1 2,V V : Velocidades de flujo1 en las secciones 1 y 2.
1 Velocidad de flujo V es la velocidad media con que fluye el agua a través de los poros del suelo en dirección de la
corriente: esto es
V
qV
A , siendo q el gasto y VA el área de vacíos en la sección recta del tubo de flujo. Debe
100
w: peso volumétrico del agua.
∆h: pérdida de carga hidráulica entre las secciones 1 y 2 debida a la
viscosidad del agua.
Figura Nº28: LEY DE BERNOULLI MODIFICADA PARA EL FLUJO DE AGUA EN SUELOS
La suma de los tres primeros términos en cada miembro de la ecuación
anterior se llama carga hidráulica total, h. Los términos individuales se
llaman, respectivamente, carga de presión, carga de posición y carga de
velocidad.
Como característica general de flujo de agua en suelos, la carga de
velocidad 2
2.
V
g es despreciable (V raramente es de orden mayor de 0.1
m/seg, por lo que 2
2.
V
g es en general menor de 0.0005m) y por lo tanto.
1 21 2
W W
P PY Y H
……… (2)
La pérdida de carga H entre dos secciones cualesquiera en un tubo de
flujo Fig. Nº 28, puede obtenerse por integración de la ecuación diferencial.
distinguirse de la velocidad de descarga o velocidad de Darcy, d
qV
A , en que A es el área total de la sección recta
del tubo de flujo. Siendo “n” la porosidad eficaz del suelo, la relación entre ambas velocidades es *dV n V
101
*d
dhV K K i
ds ……….. (3)
Que representa una relación empírica, conocida como ley de Darcy, entre
la velocidad de descarga o de Darcy dV (m/s), el coeficiente de
permeabilidad K (m/s) y el gradiente hidráulico dh
ids
(adimensional).
Vd tiene el significado de un caudal específico o caudal por unidad de área
total del medio poroso, incluyendo sólidos y huecos.
El valor de K depende de las características del material y de las
características del líquido infiltrado. Definidas estas características, su valor
es constante, estableciendo una relación lineal entre el caudal específico (q
= Vd) y el gradiente hidráulico.
El gradiente hidráulico (i) representa la pérdida unitaria de energía del agua
en el medio poroso que tiene un valor distinto que la pérdida unitaria de
energía a través de los canalículos que definen los huecos del medio, ya
que el recorrido sinuoso de una partícula de agua tiene una longitud mayor
que la altura de la columna de arena.
La Ley de Darcy permite estimar el caudal infiltrado a través de un medio
poroso cuando se dispone de una cierta cantidad de energía o carga
hidráulica y define el ritmo al que aumenta la pérdida unitaria de energía a
través de dicho medio. Es frecuente denominar a este tipo de fórmulas
como fórmulas de resistencia, puesto que permiten evaluar la mayor o
menor resistencia del medio poroso al paso del agua.
4.2.2. INTERVALO DE VALIDEZ DE LA LEY DE DARCY
En general, las investigaciones realizadas acerca del movimiento del agua
en medios porosos se asientan sobre conceptos y procedimientos similares
a los desarrollados al estudiar el movimiento en tuberías o canales. La
102
fórmula de pérdida de energía de Darcy-Weisbach, desarrollada para
tuberías y adaptada posteriormente para canales, tiene la siguiente
expresión:
2
.2.
df Vi
D g …………(4)
Siendo:
i: Pérdida de carga por unidad de longitud de tubería.
f: Coeficiente de rozamiento de Darcy – Weisbach
D: Diámetro de la tubería
V: Velocidad media en la sección
g: Aceleración de la gravedad
El coeficiente de rozamiento de Darcy-Weisbach es función del número de
Reynolds y de la rugosidad relativa del conducto. El número de Reynolds
es un número adimensional que caracteriza la importancia relativa de las
fuerzas viscosas e inerciales en el movimiento y que tiene una expresión
general:
.
e
V lR
……… (5)
Siendo:
V: Velocidad media en la sección
l: Longitud característica (diámetro de la tubería)
ʋ: viscosidad cinemática del fluido.
Números de Reynolds bajos indican un predominio de las fuerzas viscosas
y el movimiento es laminar. Cuando predominan las fuerzas inerciales en
un conducto rectilíneo, el movimiento es turbulento y el número de
Reynolds tiene un valor elevado.
103
Si conocemos el número de Reynolds del movimiento y la rugosidad
relativa de la tubería, podemos obtener el coeficiente de rozamiento “f”
mediante el conocido ábaco de Moody o bien mediante fórmulas como la
de Colebrook. En cualquier caso, puede observarse que:
Cuando el movimiento es laminar, lo que sucede para Re < 2,000
aproximadamente, el coeficiente de rozamiento “f” solo depende de Re:
64e
ctef siendo cte
R ….. (6)
Cuando el movimiento es turbulento totalmente desarrollado, “f” solo
depende de la rugosidad relativa, siendo independiente de Re. Para un
material y diámetro de tubería definido es:
f cte …... (7)
Para valores intermedios del Re, el movimiento se denomina de
transición y el valor de “f” depende tanto del número de Reynolds como
de la rugosidad relativa.
Para establecer la dependencia entre el gradiente de energía y la
velocidad, basta sustituir la expresión de “f” de (6) (movimiento laminar) o
(7) (movimiento turbulento) en la ecuación de Darcy-Weisbach. (4).
Si el movimiento es laminar:
2 2
2
.
2 2 2.
f V cte V ctei V
VDD g g gDD
….. (8)
Por lo tanto el gradiente de energía es proporcional a la velocidad.
Si el movimiento es turbulento totalmente desarrollado:
2
2
2 2
f V ctei V
D g gD … (9)
104
Por lo tanto el gradiente es proporcional al cuadrado de la velocidad.
Cuando el movimiento es de transición (rango de números de Reynolds,
entre 2,000 y 3,500 aproximadamente), “f” no puede expresarse de forma
explícita en función de Re y de la rugosidad relativa, pero constituye una
situación físicamente intermedia entre los dos casos anteriores.
Ahora partiendo de la fórmula de pérdida de carga de Fanning, en vez de la
de Darcy-Weisbach, que es:
2
2
f
h
f Vi
r g … (10)
Donde “ff”, es el coeficiente de rozamiento de Fanning. Si comparamos esta
fórmula con la de Darcy-Weisbach, observamos la total analogía,
existiendo la siguiente relación entre ambos coeficientes de rozamiento:
4.d ff f …. (11)
4.2.3. COEFICIENTE DE RESISTENCIA DE UN MEDIO POROSO
Diversos investigadores han deducido sobre bases empíricas que la forma
de la ecuación que relaciona el gradiente hidráulico de infiltración en un
medio poroso es del tipo:
2. .d di aV bV ….. (12)
La ley de tipo exponencial 2. di cV tiene carácter empírico y supone una
aproximación a la ley cuadrática teórica.
Por semejanza con el movimiento en tuberías, la ecuación (12) puede
ponerse en la forma de la fórmula de pérdida de carga de Darcy-Weisbach
(8) o (9), planteándose nuevamente la necesidad de utilizar una definición
de velocidad en el medio poroso y de radio hidráulico del medio poroso.
Resultan aplicables todas las consideraciones realizadas con anterioridad.
105
En cualquier caso, el coeficiente de resistencia “f” dependerá del número
de Reynolds del medio poroso y de algún otro parámetro que juegue un
papel semejante al desempeñado por la rugosidad relativa en tuberías.
La expresión de “f”, coeficiente de resistencia del medio poroso, resulta
variable de unos investigadores a otros en función de:
1° Concepto de velocidad del medio poroso utilizado.
2° Longitud característica utilizada para definir el número de Reynolds del
medio poroso.
3° Tipo de fórmula de pérdida de energía utilizada, de Darcy-Weisbach, de
Fanning o semejante.
En cualquier caso, la condición de linealidad en la relación entre gradiente
hidráulico y la velocidad de filtración viene dada por una relación entre f y
Re del tipo:
e
ctef
R
Si representamos en escala logarítmica Re en abscisas y f en ordenadas,
con es habitual, los puntos que cumplen la relación anterior determinan una
línea recta.
Muchos investigadores han intentado establecer el campo de validez de la
ley de Darcy y explicar la naturaleza del movimiento del agua en un medio
poroso así como, en algunos casos, determinar la ley de pérdida de
energía para valores elevados del número de Reynolds.
Así tenemos las principales investigaciones de:
Investigaciones de Stephenson
Investigaciones de Solvil
Investigaciones de Ward
106
Investigaciones de Wright
Investigaciones de Martins
Así también las fórmulas de resistencia resultado de las investigaciones
fueron agrupadas por Bear en tres grupos:
a) Fórmulas en las que los coeficientes no se expresan en función de
las propiedades del medio. Formulas empíricas
b) Fórmulas en las que los coeficientes se expresan en función de las
propiedades del medio. Formulas racionales, deducidas a partir de
las ecuaciones de Navier – Stokes mediante la aceptación de ciertas
hipótesis o bien empíricas
b.1. Con alguna constante indeterminada.
b.2. Con todas las constantes determinadas.
Parece claro que las fuerzas inerciales son la causa de la no linealidad en
la relación gradiente de energía-velocidad de filtración.
Según una primera explicación éstas aparecían con la turbulencia, pero
entonces queda sin explicar la no linealidad en un rango de números de
Reynolds para el que la turbulencia todavía no ha comenzado, (etapa de
transición).
Según una segunda explicación, que concuerda con los resultados
obtenidos experimentalmente y con deducciones realizadas sobre bases
racionales a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes, las fuerzas de
inercia están siempre presentes, pero su influencia sobre el movimiento
crece gradualmente al aumentar el número de Reynolds.
La presencia de las fuerzas inerciales, aun para valores reducidos de Re,
se debe a la curvatura y divergencia del movimiento a través de los
canalículos formados por los huecos que dejan las partículas sólidas entre
sí.
107
La mayoría de los experimentos indican que la turbulencia comienza a
producirse para valores de Re al menos un orden de magnitud más
elevada que aquellos para los que la relación gradiente de energía-
velocidad de filtración empieza a ser claramente no lineal. También existe
acuerdo en cuanto a la suavidad del cambio de movimiento laminar a
movimiento turbulento.
Los límites entre los movimientos laminar, de transición y turbulento son,
por tanto, imprecisos, y su definición por cada autor depende del concepto
de velocidad utilizado y de la longitud característica considerada al definir el
número de Reynolds del medio poroso.
4.2.4. FÓRMULAS DE RESISTENCIA
Bear señala a Forchheimer como el investigador que sugirió por primera
vez en 1901 una formulación de tipo no lineal entre el gradiente de energía
y la velocidad de filtración. La fórmula era de tipo parabólico:
2. .d di aV bV : a y b: constantes
Algunos investigadores se refieren a este tipo de fórmula de resistencia
como ecuación de Forchheimer.
No obstante, según Jaeger (1956), parece que el interés por el movimiento
no lineal es anterior, y viene de Prony (1804), anterior incluso a Darcy,
quien consideró una ley de tipo exponencial.
. m
di cV : c, m: constantes
Parkin se refiere a esta fórmula como la ecuación de pérdida de energía de
Prony.
Ambas tienen un origen empírico, si bien la fórmula cuadrática ha sido con
posterioridad deducida teóricamente en determinadas condiciones del
108
movimiento (Ergun y Orning, Irmay, Stark y Volker), generalmente
partiendo de las ecuaciones de Navier-Stokes utilizando valores promedio
en el medio poroso. Otros investigadores han defendido la relación
parabólica basándose en resultados experimentales. (Lindguist, Ward,
Morcom).
La fórmula exponencial tiene un carácter netamente empírico y puede
considerarse una aproximación de la ley teórica.
Si la determinación de las constante "c" y "m" de la fórmula exponencial o
"a" y "b" de la fórmula cuadrática se realiza mediante ensayos, sometiendo
una muestra del material a diversos gradientes de energía y midiendo el
caudal especifico o velocidad de filtración, entonces ambas fórmulas
resultan igualmente adecuadas a efectos prácticos.
George y Hansen han obtenido unas fórmulas de conversión entre ambas
leyes obtenidas mediante un ajuste por el método de los mínimos
cuadrados.
Conversión de 2. . .m
d d di cV a i aV bV
1 2
,max ,max12. . 2 20. . 1
2 3 2 3
m m
d dc V m c V ma b
m m m m
Siendo i = 0 para Vd = 0 y Vd,max., el valor máximo de la velocidad de
filtración en el intervalo considerado.
Conversión de 2. . . m
d d di aV bV a i cV
,max ,max,max
1
,max ,max ,max
5 4 . 4 3 .5 6 .
5 3 . 4 5 3 .
d dd
m
d d d
a bV a bVa bVm c
a bV a bV V
De todas las investigaciones revisadas se ha visto, para valores de Re
bajos, sin entrar en la definición elegida para este número adimensional, el
109
gradiente de energía es proporcional a la velocidad de filtración (ley de
Darcy): 1. di C V
Para valores elevados de Re, el gradiente es proporcional al cuadrado de
la velocidad. 2
2. di C V
Por tanto, en la formula exponencial: . m
di CV
El valor de los coeficientes C y m varía con Re, encontrándose “m” en
general entre los valores 1 y 2.
En la formula cuadrática: 2. .d di aV bV
Para que se cumplan las proporcionalidades antes expresadas, tendrá que
suceder que el primer sumando sea despreciable frente al segundo, para
valores de Re elevados y cuando Re sea bajo tendrá que resultar
despreciable el segundo sumando en relación con el primero.
Se deduce que las constantes de la fórmula de resistencia, del tipo que
sea, dependen estrechamente del número de Reynolds, y a través del
mismo de la porosidad y de una longitud característica.
La longitud característica introduce de una forma directa o indirecta el
efecto del tamaño del grano o poro y de la superficie específica.
4.2.5. APRECIACIÓN INGENIERIL
…”Para casi la totalidad de los movimientos del agua subterránea, Re < 1;
por tanto la ley de Darcy es aplicable. Las desviaciones de esta ley se
encuentran en rocas y acuíferos no consolidados, con un elevado gradiente
110
hidráulico, y en aquellos que contienen disoluciones cuyo tamaño de las
partículas disueltas son grandes…”2
…”Hay una frontera superior y una frontera de la velocidad V, que limitan el
intervalo de validez de la Ley de Darcy (Barron, 1948); sin embargo, puede
considerarse que la mayoría de los problemas de ingeniería civil, entre
ellos los de presas (cimentaciones), la velocidad de descarga cae en dicho
intervalo….”3
…”Las gravas, zahorras y escolleras utilizadas en los espaldones de las
presas de materiales sueltos, que de forma genérica se denominan presas
de escollera, tienen generalmente un tamaño suficiente como para que la
ley de Darcy no sea aplicable.
Por eso, para estudiar el movimiento del agua a través del cuerpo de la
presa es preciso cubrir dos objetivos:
1° Delimitar el campo de validez de la ley de Darcy.
2° Definir una "fórmula de resistencia" no lineal que sea válida fuera del
campo de aplicación de la ley de Darcy…”4
Entonces de acuerdo al interés del presente estudio, podemos afirmar que
en la cimentación de la Presa Iruro, se cumple la ley de Darcy.
*dV K i
4.2.6. EL COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA “K”
La constante de proporcionalidad K se denomina coeficiente de
conductividad hidráulica tiene unidades [L/T] y puede interpretarse
2 Divid Keith Todd, ph D - Hidrología (Aguas Subterraneas)-1980
3 Raul J. Marsal y Daniel Resendiz Nuñes – Presas de Tierra y Enrrocamiento - 1975
4 Miguel Angel Toledo Municio – Tesis Doctoral - PRESAS DE ESCOLLERA SOMETIDAS A SOBREVERTIDO. ESTUDIO DEL MOVIMIENTO
DEL AGUA A TRAVÉS DE LA ESCOLLERA Y DE LA ESTABILIDAD FRENTE AL DESLIZAMIENTO EN MASA - 1997
111
físicamente como la velocidad de descarga correspondiente a un gradiente
hidráulico unitario.
En un medio estratificado, con frecuencia se produce el flujo a través de
varias capas, y deseamos aplicar la ley de Darcy globalmente al conjunto
de capas. Los dos casos más sencillos son cuando consideramos el flujo
paralelo a los contactos entre las capas o el flujo perpendicular a las capas.
Permeabilidad (o conductividad hidráulica) equivalente es un valor
promedio que podemos asignar al conjunto de capas considerando como
una unidad. Y hablaremos de K equivalente horizontal hK o
K equivalente vertical vK refiriéndose respectivamente a los casos
citados (suponiendo las capas horizontales, el flujo paralelo a las capas es
horizontal, y el flujo perpendicular a las capas es vertical).
Si el flujo es paralelo a las capas, la permeabilidad equivalente hK se
tiene:
Figura Nº29: DISPOSICIÓN DE SUPERFICIE PARA CALCULO DE PERMEABILIDAD hK y vK
Q es el caudal que pasa por la sección de anchura unidad y altura el
espesor de las capas.
1 1 1. .1 .h
Q K bl
112
El caudal total será la suma del que circula a través de todas las capas
consideradas:
. .i ii
hQ Q K b
l
Las permeabilidades del suelo son sin duda anisotrópicas, con hK , el
coeficiente de permeabilidad horizontal, varias veces más grande que
vK , coeficiente de permeabilidad vertical. En rellenos compactados la
relación, puede exceder de 20.
El coeficiente de permeabilidad horizontal se determina con más
confiabilidad de los resultados in situ, es decir, mediante ensayos de
bombeo de campo en agujeros o pozos de sondeo. Así mismo, existen
técnicas de laboratorio, pero la reproductibilidad de los resultados es pobre,
debiéndose considerar más como un indicativo de órdenes relativos de la
magnitud de la permeabilidad que de valores absolutos.
Según la bibliografía tenemos que los intervalos aproximados de K para
diversos suelos:
Cuadro Nº32: INTERVALO APROXIMADO DE, K
Así también tenemos las características según el intervalo de K
113
Cuadro Nº33: VALORES DE K EN CM/SEG
4.3. ECUACIONES DEL FLUJO EN MEDIOS POROSOS
La ecuación de flujo en medios porosos no saturados o ecuación de
Richards (1931) plantea la relación entre la humedad, la conductividad
hidráulica y la succión en un medio poroso no saturado para distintos
tiempos. El movimiento del agua que se produce a través de los poros del
material o de las fracturas que se encuentran en el mismo se puede
expresar a través de la ley de Darcy (1856). Ésta se puede extender a
medios no saturados, en una dimensión, considerando que la
conductividad K , es la conductividad hidráulica en función de la
humedad del suelo .
Richards planteó la relación entre la humedad, la conductividad hidráulica y
la succión en un medio poroso no saturado en función del tiempo. Esta
ecuación tiene la característica de ser altamente no lineal debido a la
dependencia que tiene la humedad y la conductividad hidráulica con la
succión (Paniconi, 1991). Además, necesita para su solución de la
114
definición de las funciones hidráulicas del suelo. Para definir las funciones
hidráulicas de los suelos (curvas de humedad en función de la succión y
conductividad hidráulica en función de la succión) es necesario determinar
las propiedades hidráulicas del suelo a través de mediciones de laboratorio
o de campo.
Las curvas de humedad en función de la profundidad y del tiempo de un
suelo son importantes para entender el problema de flujo transitorio en la
zona no saturada. La pendiente de la curva representa el almacenamiento
característico del suelo. La pendiente indica la cantidad de agua tomada o
entregada por el suelo como un resultado del cambio de la presión de agua
de poros.
El caudal de agua que se infiltra, también denominada tasa de infiltración,
es igual a la variación de la humedad para dos tiempos distintos dividido
por la variación del tiempo, es decir:
t t tth h
ft t
…… (13)
Donde t t es la humedad en el tiempo t t y es función de h. La
ecuación de Richards permite calcular los perfiles de humedad del suelo y
por ende la tasa de infiltración.
La tasa de infiltración promedio estará dada por:
1 1
n n
t t t th h
fn t n t
….... (14)
El flujo en medios porosos no saturados conduce a diferentes expresiones
de la ecuación de Richards (1931), que se expresan en derivadas
parciales.
115
La ecuación que describe el flujo del agua de un medio anisotrópico
saturado o no saturado que considera que el flujo cumple con la ley de
Darcy, normalmente se refiere como la ecuación de Richards (Mein y
Larson, 1973) se expresa como:
y rwx rw z rww
w w w
k k Hk k H k k Hh h h
t x x y y z z
…. (15)
Donde w es la cantidad volumétrica de la fase líquida, kx, ky, kz, son las
permeabilidades intrínsecas correspondientes a las direcciones x, y, z
respectivamente, krw es la permeabilidad relativa de la fase liquida, µw es la
viscosidad dinámica de la fase liquida, H es la succión (z – h) y h es la
altura piezométrica.
Esta ecuación, altamente no lineal, para su solución necesita la definición
de las funciones hidráulicas del suelo. La ecuación de Richards, o
cualquiera de sus formas modificadas, ha sido la piedra angular para el
desarrollo de la mayoría de los modelos numéricos del cálculo de
infiltración en medios porosos no saturados (Espinoza,1993).
Si se considera que el movimiento del aire no produce un efecto apreciable
en el movimiento del agua, se puede utilizar sólo la ecuación (15) para
describir el flujo en un medio no saturado (Philip, 1984; Neuman, 1973;
Rubin, 1966; Wallace, 1975). La ecuación de Richards para flujo en medios
porosos no saturados es una ecuación diferencial en derivadas parciales
de segundo orden parabólica no lineal (Paniconi,1991). La no linealidad de
la ecuación de Richards se debe a que la conductividad hidráulica es
función de h entonces se tiene el producto de .ii
hK h
i
, donde Kii es la
conductividad hidráulica, e i indica las direcciones x, y, z. La conductividad
hidráulica está dada por la siguiente relación:
.ii rw
ii
w
k kK
…. (16)
116
La conductividad hidráulica no sólo no es una función lineal de la succión
sino que además depende de la historia de humedecimiento y secado del
suelo (histéresis).
w
xx yy zz
h h h hK h K h K h
t x x y y z z
……(17)
Para resolver numéricamente esta ecuación es necesario resolver un
problema de valores de condiciones iniciales y de borde, es decir de
condiciones mixtas (Paniconi y otros, 1991).
Cuando la conductividad hidráulica no es función de la succión (es una
constante) en la ecuación anterior se puede sacar de la derivada parcial y
la ecuación de Richards toma la forma matemática de la ecuación de
Laplace. Esto ocurre en la realidad cuando en el suelo se estudian los
fenómenos permanentes o estacionarios.
2 2 2
2 2 20Sx Sy Sz
h h hK K K
x y z
….. (18)
Donde Ksx, Ksy, Ksz son las conductividades hidráulicas saturadas en las
direcciones x, y, z respectivamente.
Si el medio es isotrópico las conductividades hidráulicas saturadas en las
tres direcciones son iguales (Ksx = Ksy = Ksz) la ecuación (18), se transforma
en:
2 2 2
2 2 20
h h h
x y z
…... (19)
Y para flujo bidimensional
2 2
2 20
h h
x y
….. (20)
117
El flujo bidimensional en un medio poroso saturado puede representarse
por dos familias de curvas del plano que se intersecan en ángulo recto. Dos
funciones conjugadas armónicas ϕ y ψ, satisfacen la ecuación de Laplace y
las curvas ϕ(x,y) = cte y ψ(x,y) = cte, son ortogonales (Harr, 1962). Una de
estas familias de curvas representa las trayectorias de flujo de las
partículas de agua filtrante, o líneas de corriente, ψ (x,y). La otra familia
está constituida por las curvas representativas de los puntos de igual
presión piezométrica o presión total y se las denomina líneas
equipotenciales, ϕ (x,y).
4.4. MÉTODOS DE SOLUCIÓN PARA RÉGIMEN PERMANENTE O
ESTACIONARIO – SOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN DE LAPLACE
La solución para problemas de infiltración en régimen laminar y
permanente se obtiene resolviendo la ecuación de Laplace. Varios
métodos se han desarrollado para resolver la ecuación de Laplace en
forma exacta o aproximada, Radhakrishna agrupa los métodos según se
muestra en el Cuadro Nº34.
Cuadro Nº34: MÉTODOS DE SOLUCIÓN PARA INFILTRACIÓN, (RADHAKRISHNA, 1978)
Para el desarrollo del presente trabajo se empleó el Método de los
Elementos Finitos, sin embargo se presenta una descripción breve de los
métodos existentes.
118
4.4.1. REDES DE FLUJO
Uno de los métodos más ampliamente usados es el del dibujo de las redes
de flujo que puede adaptarse para solucionar distintos problemas de
infiltración en presas y otros proyectos que involucran estructuras
hidráulicas, este método gráfico es aún uno de los más aceptados para dar
solución a los problemas de infiltración resolviendo la ecuación de Laplace
(Casagrande 1937). Si se conocen las condiciones de borde y la geometría
en una región de flujo que puede analizarse en forma bidimensional, la red
de flujo proporciona una información visual de lo que está pasando (valores
de caudal y de presión) en la región de análisis.
La ecuación 2 2
2 2 2 20
x y
, es una ecuación en derivadas parciales
elíptica cuya solución puede representarse por dos familias de curvas del
plano que se intersecan en ángulo recto.
Dos funciones conjugadas armónicas ϕ y ψ satisfacen la ecuación de
Laplace y las curvas ϕ(x,z) = cte y ψ(x,z) = cte son ortogonales (Harr,
1962). Una de estas familias de curvas representa las trayectorias de flujo
de las partículas de agua filtrante, o líneas de corriente, ψ(x,z). La otra
familia está constituida por las curvas representativas de los puntos de
igual presión piezométrica o presión total y se las denomina líneas
equipotenciales, ϕ (x,z). Las redes de flujo son una solución única para una
condición específica de infiltración, es decir, que existe una sola familia de
curvas que será solución para una geometría y condiciones de contorno
dadas.
4.4.1.1. CONDICIONES DE FRONTERA
Se presenta a continuación la descripción realizada por Marsal y
Resendiz Nuñez en 1975, respecto a las condiciones de frontera o
condiciones de contorno.
119
El primer paso para resolver un problema de flujo es la especificación
de las condiciones de frontera, para lo cual es necesario determinar las
características geométricas e hidráulicas de las superficies extremas
que delimitan el dominio de flujo. En los casos de flujo bidimensional (o
tridimensional con simetría axial), una sección del medio en la dirección
del flujo es representativa de las condiciones en cualquier otra, y
aquellas superficies se reducen a líneas. Se presenta a continuación un
resumen de las condiciones de frontera.
En medios homogéneos hay cuatro posibles clases de líneas de
frontera:
a) frontera suelo infiltrado-suelo impermeable (frontera impermeable).
b) frontera agua-suelo infiltrado.
c) frontera suelo infiltrado-suelo permeable no infiltrado (línea superior
de flujo).
d) frontera suelo infiltrado-aire (línea de descarga libre).
a) Frontera suelo infiltrado - suelo impermeable (frontera
impermeable).
A través de una frontera de este tipo el agua no puede fluir. Por tanto,
los componentes normales de la velocidad son nulos a lo largo de ella y
dicha frontera define una línea de flujo (recíprocamente, toda línea de
flujo puede tratarse como si fuese una frontera impermeable).
Las líneas BCDEF y HI en la Figura Nº30, son ejemplos de fronteras
impermeables, pues se supone que la permeabilidad del material
que constituye la estructura vertedora de la Figura Nº30 es despreciable
en comparación con la del suelo de cimentación, y en la Figura Nº31,
otro tanto acerca de la permeabilidad del suelo o roca debajo de AD, en
comparación con la del suelo que constituye la presa.
120
Figura Nº30: FLUJO CONFINADO BAJO LA CIMENTACIÓN
Figura Nº31: FLUJO NO CONFINADO A TRAVÉS DE UNA PRESA
b) Frontera agua-suelo infiltrado
Estas fronteras son ejemplificadas por AB y FG en la Figura Nº30, y por
BE y CG en la Figura Nº31. En vista de que en el flujo de agua en
suelos la carga de velocidad es despreciable, la distribución de presión
en las fronteras agua-suelo infiltrado puede considerarse hidrostática.
Entonces en un punto cualquiera de ellas, por ejemplo el punto P sobre
la frontera BE (Figura Nº31), la carga de presión es 3h y y la carga
de posición es y, por lo que en cualquier punto de la frontera BE la
carga hidráulica total será: 3 3h y y h
Entonces, la condición que debe cumplirse en toda frontera agua-suelo
infiltrado es:
co tanh ns te
Así pues, cada una de dichas fronteras es una línea equipotencial.
121
c) Frontera suelo infiltrado-suelo permeable no infiltrado (línea
superior de flujo).
En la Figura Nº31, la línea EF separa, dentro de la misma masa de
suelo BHIC, la zona de flujo BEFGC de la porción de suelo que
teóricamente no es infiltrado por el agua que fluye de un lado a otro
de la presa. Obviamente, los componentes de la velocidad, v,
normales a dicha línea son nulos, y por tanto esta es una línea de flujo;
pero el hecho de ser precisamente la línea superior de flujo le impone
condiciones adicionales que no son comunes a cualesquiera otras
líneas de corriente: la presión es constante en toda ella (igual a la
atmosférica) y, siendo despreciable la carga de velocidad, la carga
hidráulica total en dicha línea es: h y , lo que indica que la carga de las
líneas equipotenciales que corten la línea superior de flujo será idéntica
a la elevación del punto de intersección. Esto requiere que, si se trazan
equipotenciales con caída de carga ∆h constante, la diferencia de
elevación de las intersecciones de dos equipotenciales contiguas
cualesquiera con la línea superior de flujo sea también constante e igual
a ∆h (Figura Nº32).
Figura Nº32: CONDICIÓN DE INTERSECCIÓN DE LAS EQUIPOTENCIALES CON LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO
122
Por otra parte, se puede demostrar que las condiciones de entrada y de
salida de la línea superior de flujo son las mostradas en la Figura Nº33.
Figura Nº33: CONDICIONES DE ENTRADA Y DE SALIDA DE LA LÍNEA SUPERIOR DE FLUJO (TOMADOS DE CASAGRANDE, 1925-1940)
d) Frontera suelo infiltrado-aire (línea de descarga libre).
La línea FG en la Figura Nº31 es una frontera de este tipo. En ella,
como en la línea superior de flujo, la carga hidráulica es igual a la de
posición, esto es, se cumple h y . Sin embargo, FG no es línea de
flujo, aunque tampoco es equipotencial; es simplemente una cara de
descarga libre.
Por h y , es evidente que FG no es una equipotencial. Se puede
demostrar que tampoco es línea de corriente, como sigue: por las
propiedades idénticas de las líneas de flujo y de las fronteras
impermeables, pueden sustituirse las líneas de corriente EF y JG por
fronteras impermeables sin que se alteren las condiciones de flujo entre
ellas; si FG fuera línea de flujo, los componentes de v normales a ella
123
serian nulos y el gasto a través del tubo de flujo definido por EF y JG
también se anularía; lo que es imposible siendo permeable el suelo
comprendido en dicho tubo. El mismo razonamiento sirve para
demostrar que dos líneas de corriente jamás se cortan.
En forma análoga a lo que ocurre con la línea superior de flujo, h y ,
obliga a que todo par de- equipotenciales corten la línea de
descarga libre en puntos con diferencia de elevación igual a la
diferencia de carga hidráulica de dichas equipotenciales. En el
caso de la línea de descarga libre, es obvio que tales
intersecciones no ocurrirán perpendicularmente, pues se ha
demostrado que la línea de descarga libre no es línea de flujo.
Atendiendo a las condiciones de frontera, los problemas de flujo de
agua en suelos pueden clasificarse en dos categorías:
Los de flujo confinado, en que todas las fronteras del dominio de flujo
son conocidas de antemano, en cuyo caso las fronteras son de los tipos
a y b descritos;
Los de flujo no confinado, en que para tener completamente
especificadas las condiciones de frontera es necesario definir
previamente una de las dos fronteras desconocidas (las de los tipos
c y d, esto es, la línea superior de flujo y la de descarga libre).
La Figura Nº30 muestra un caso de flujo confinado, y la Figura Nº31 uno
de flujo no confinado.
4.4.1.2. LÍNEAS EQUIPOTENCIALES Y LÍNEAS DE CORRIENTE
El método gráfico de redes de flujo es aplicable para flujo bidimensional
y en ciertos casos de flujo tridimensional con simetría axial. Este
método tiene sobre los demás la ventaja de desarrollar en quien lo
utiliza sistemáticamente una clara concepción física de las
124
características generales del flujo de agua en suelos y de sus detalles
más significativos.
La solución en un dominio de flujo homogéneo e isótropo está
representada geométricamente por lo que se llama red de flujo, formada
por infinidad de curvas pertenecientes a dos familias de líneas
mutuamente ortogonales: las de flujo o corriente y las equipotenciales.
De la infinidad de equipotenciales y líneas de corriente, deben tomarse
número de curvas de cada familia, de modo que entre cada par de
líneas de flujo adyacentes el caudal sea el mismo, q , y entre dos
equipotenciales vecinas cualesquiera la caída de carga hidráulica sea
idéntica, h .
De ese modo se obtiene una red formada por f
qn
q
canales de flujo y
e
hn
q
caídas de potencial, en que q es el caudal total a través de la
zona de flujo y h es la diferencia de carga hidráulica entre las
equipotenciales extremas. Considérese un rectángulo cualquiera de la
red de flujo resultante (Figura Nº34).
Figura Nº34: CONDICIÓN DE INTERSECCIÓN DE LAS EQUIPOTENCIALES CON LA LÍNEA
SUPERIOR DE FLUJO,(MARSAL Y RESENDIZ NUÑEZ,·1975)
Por la ley de Darcy, el caudal que pasa a través de él es
.1e
h a hq K a K
b b n
…. (21)
125
Se considera que el espesor del tubo de flujo en la dirección
perpendicular al plano de la figura es unitario. Donde:
f
f q
e
n aq n Kh
n b … (22)
En vista de que , ,f
e
nq K h y
nson constantes para un problema dado, la
relación de lados a/b debe ser la misma para todos los rectángulos de
la red. Este es uno de los principios básicos para el trazado de redes de
flujo. En caso de que se elija a/b = 1, todos los elementos de la red
serán "cuadrados" como en las figuras anteriores, y la ecuación para el
caudal por unidad de espesor de la zona de flujo será
f
e
nq Kh
n … (23)
Subdividiendo un número de veces suficiente cada elemento de la red
de flujo, mediante líneas que definan tubos de flujo de igual caudal y
equipotenciales de igual variación de carga, se debe obtener al fin
elementos rigurosamente cuadrados, excepto en ciertos puntos
singulares aislados. En torno a dichos puntos aparecen en la red de
flujo cuadrados singulares con más o menos de cuatro lados, como en
el punto C de la Figura Nº30, con lados que no se intersecan
perpendicularmente, como en el punto B de la Figura Nº31, o bien con
lados cuya intersección está a distancias infinitas, como en los
cuadrados singulares de la extrema derecha y de la extrema izquierda
en la red de flujo de la Figura Nº30. El único procedimiento válido para
investigar si un cuadrado singular está o no correctamente trazado
consiste en subdividirlo, si cada subdivisión da lugar a tres cuadrados
regulares y un cuadrado singular geométricamente semejante al
original, este es correcto.
126
El coeficiente nf/ne se llama factor de forma de la red de flujo y fija la
relación de lados a/b; su valor es independiente del número de canales
de flujo o de caídas de carga usados. Por otra parte, se puede
demostrar que la ecuación de Laplace para flujo bidimensional tiene
solución única, es decir, que si en un problema dado se logran trazar
dos familias de curvas mutuamente ortogonales cuyas intersecciones
definan cuadrados y satisfagan las condiciones de frontera, dichas
familias son la respuesta a la ecuación de Laplace para el problema
dado. Esto constituye la justificación del método gráfico para la solución
de problemas de flujo de agua en suelos.
4.4.2. MODELOS FÍSICOS
Gradualmente los modelos físicos sean de escala o analógicos, están
siendo reemplazados por modelos numéricos y computacionales. Los
modelos que simulan flujo de agua en medios porosos se siguen usando
porque pueden dar una percepción buena de lo que está ocurriendo
durante la filtración y permiten una apreciación física de la reacción del
sistema de flujo a los cambios en la carga, en la geometría, y otras
suposiciones. Su uso ha quedado casi restringido a la visualización del flujo
en laboratorio de uso didáctico.
4.4.2.1. MODELOS DE ANALOGÍA ELÉCTRICA
Los procesos que involucran movimiento de energía debido a
diferencias en el potencial de energía operan por los mismos principios
del movimiento del agua en flujo confinado. Estos procesos incluyen
electricidad y flujo de calor que se han usado como analogías de
infiltración.
Se debe destacar que mientras la analogía eléctrica proporciona en
forma simple el análogo a una red de flujo (las líneas de corriente se
127
pueden obtener fácilmente conociendo las líneas equipotenciales), está
sujeto a las limitaciones propias del análisis de red de flujo.
Otra limitación en el modelo eléctrico es que el potencial eléctrico no
está sujeto a la gravedad, esto requiere que el sistema sea confinado.
4.4.2.2. MODELOS DE ARENA
Los modelos que usan los materiales del prototipo pueden proporcionar
información sobre los caminos de flujo y las cargas en puntos del
acuífero. La arena o el material poroso pueden colocarse bajo el agua
para proporcionar una condición homogénea, o pueden usarse capas
de tamaños de arena diferentes para estudiar los efectos en los bordes
o capas. Si el flujo es no confinado y el mismo material se usa para el
modelo y el prototipo, el ascenso capilar no se modelará y debe ser
compensado en el modelo. El flujo puede ser trazado por la inyección
de tinta y las cargas determinadas por piezómetros. Las desventajas
incluyen efectos de las capas cuando se coloca el material poroso lo
que dificulta la permeabilidad modelada del prototipo y los efectos de
borde. Prickett (1975) proporciona ejemplos de depósitos de arena y
discute aplicaciones, ventajas, y desventajas.
4.4.2.3. MODELOS DE FLUJO VISCOS
Los modelos de flujo viscoso han sido usados para estudiar el flujo no
permanente y los efectos de los drenes. Este método depende del flujo
de un fluido viscoso como aceite o glicerina entre dos platos paralelos y
normalmente se usa para estudiar el flujo bidimensional.
Como con los modelos de arena, la tinta puede usarse para rastrear las
líneas de flujo. La Construcción es normalmente complicada y el
funcionamiento requiere de cuidado ya que la temperatura y fuerzas
128
capilares afectan el flujo. El flujo debe ser laminar, lo cual es difícil de
lograr en los bordes o en los cambios bruscos de la geometría de los
bordes.
4.4.3. MÉTODOS ANALÍTICOS
4.4.3.1. TRANSFORMACIONES, MAPEOS
Harr (1962) explica el uso de transformaciones y mapeos para transferir
la geometría de un problema de filtración en un plano complejo en otro
plano. De esta manera, la geometría de un problema puede tomarse de
un plano donde la solución es desconocida a un plano donde la
solución es conocida. Mientras este método se ha usado para obtener
las soluciones de problemas generales, no es frecuentemente usado
para las soluciones de problemas de infiltración específicos, ya que
requiere del uso de teorías sobre variables complejas y la elección de
funciones apropiadas para la transformación.
En este tipo de soluciones tiene por fundamento que si una función de
valor real h de dos valores reales x e y es armónica en un dominio dado
del plano xy, si en todo punto de ese dominio tiene derivadas parciales
(primera y segunda) continuas y satisface la ecuación diferencial parcial
de Laplace
2 2
2 20
h h
x y
Si una función f (z) = u(x, y) + iv(x, y) es analítica en un dominio D, se
demuestra que las funciones componentes u y v son armónicas en D.
Expresamente si una función de una variable compleja es analítica en
un punto, se cumple que sus partes real e imaginaria tienen derivadas
parciales de todos los órdenes, continuas en dicho punto.
129
Ya que f es analítica en D, las primeras derivadas parciales de sus
componentes satisfacen las ecuaciones de Cauchy-Riemann en todo
punto D, es decir
u v u v
x y y x
Al diferenciar los dos miembros de estas ecuaciones respecto a X, se
tiene
2 2 2 2
2
u v u v
x y x y x x y
…. (24)
De igual manera al diferenciar respecto a y, se obtiene
2 2 2 2
2 2
u v u v
x y y y x y
…. (25)
Y al aplicar el teorema del cálculo de variables reales, la continuidad de
las derivadas parciales asegura que 2 2 2 2v v u u
yy x x y x y y x
. Por
lo tanto de las ecuaciones (24) y (25), resulta
2 2 2 2
2 2 2 2, , 0 , , 0
u u v vx y x y y x y x y
x y x y
Es decir que si f (z) = u(x, y) + iv(x, y) es analítica en un dominio D, sus
funciones componentes u y v son armónicas en D.
4.4.3.2. MÉTODOS DE LOS FRAGMENTOS
Pavlovsky (1936, 1956) desarrolló un método aproximado que permite
separar en tramos el problema de flujo para desarrollar la filtración en
su totalidad. Este método, llamado el Método de los Fragmentos,
permite resolver problemas de infiltración bastante complicados
130
fraccionándolos en partes, analizando los modelos de flujo para cada
una, y volviendo a montar las partes para proporcionar una solución
global. Harr (1962) presenta la explicación del trabajo de Pavlovsky.
El método de los fragmentos es un método de aproximación analítica
para el cálculo de los caudales y presiones para aguas subterráneas.
La hipótesis de este procedimiento se basa en el supuesto de que las
líneas equipotenciales en diversos lugares críticos en la región de flujo
son rectas verticales. Estas líneas equipotenciales dividen la región del
flujo en partes o fragmentos. Otros supuestos inherentes al método de
fragmentos son:(a) la ley de Darcy es válida, (b) se ha alcanzado el
estado permanente, y (c) el suelo se aproxima a un estrato homogéneo
e isotrópico o una serie de capas isotrópicas y homogéneas.
Conceptos básicos. El caudal a través de un único fragmento se calcula
como: i
i
Khq
…. (26)
Donde. K: coeficiente de conductividad
hi = Pérdida de carga a través del fragmento
ϕi = Factor de forma adimensional,
Debido a que los bordes de los fragmentos consisten en líneas
equipotenciales, el flujo a través de cada fragmento debe ser igual al
total del flujo a través del sistema. Así
1 2
1 2
.... n
n
KhKh KhQ
….. (27)
Dado que la suma de las pérdidas de carga en cada fragmento es igual
a la pérdida total, el caudal total puede ser expresado como
�
1
n
i
i
KhQ
…. (28)
131
Donde h es la pérdida total de carga a través de la sección. En la
misma línea, la pérdida de carga en cada fragmento puede calcularse a
partir de
�
1
ii n
i
i
hh
…… (29)
La pérdida de carga a lo largo de toda la frontera impermeable de un
fragmento se asume que cambia en forma lineal. El concepto básico del
método de los fragmentos es fraccionar la región de flujo en partes para
las que el factor de forma toma las expresiones que se muestran en la
Figura Nº35, (Harr, 1991).
Hay nueve diferentes tipos de fragmentos desarrollados. De estos, los
seis primeros son para flujo confinado, mientras que los tres últimos son
para flujo no confinado.
Figura Nº35: RESUMEN DE TIPOS DE FRAGMENTOS Y FACTORES DE FORMA,
(ADAPTADO DEL U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS, 1993)
132
133
Tipo I. Este tipo representa el fragmento de una región de flujo
horizontal entre fronteras impermeables.
Este tipo de sección es el que se usará de base para el cálculo de los
factores de forma para los fragmentos del Tipo IV, V, y VI.
Tipo II. Este tipo representa un fragmento con un borde impermeable
de profundidad S, en un estrato permeable de espesor T.
Tipo III: Este tipo de fragmento representa un borde impermeable de
longitud b, con una profundidad de longitud S, en un manto permeable
de espesor T.
Tipo IV: Este tipo es un fragmento interno con borde de longitud b, con
una profundidad S, en un estrato permeable de espesor T.
Tipo V: Este tipo de fragmento tiene dos tipos de bordes de igual
profundidad S en un estrato permeable de espesor T.
Tipo VI: Este tipo de fragmento, es igual al del Tipo V excepto que la
longitud de los bordes es distinta.
Tipo VII: Este tipo de fragmento representa la condición de flujo no
confinado. Este flujo está caracterizado por tener una línea superior de
flujo (línea A-B), esta línea separa el flujo saturado del flujo no saturado.
Según la ley de Darcy y la hipótesis de Dupuit, el gradiente hidráulico es
134
1 2h h
L
, y la sección transversal
1 2
2
h h, por lo tanto el caudal es:
1 2
2
h hQ k
L
.
Tipo VIII: Este tipo de fragmento representa una presa de material
suelto con una condición de entrada con una pendiente dada y de una
altura hd.
Tipo IX: Este tipo de fragmento representa una condición de salida
donde existe una superficie de descarga libre. Esta superficie DE no es
una línea equipotencial ni una línea de flujo. La hipótesis de Pavlovsky
es que el flujo es horizontal. Para el tramo DE el caudal es el producto
del coeficiente de permeabilidad por la integral de dy sobre cot(α). El
caudal para el tramo EF es igual al producto del coeficiente de
permeabilidad por a2dy sobre (a2 + h2 – y).
Gradiente de Salida: El método de los fragmentos permite la
determinación del gradiente de salida cuando el último fragmento
(aguas abajo) es del tipo II o III.
4.4.3.3. SOLUCIONES CERRADAS
Las soluciones cerradas resuelven el problema de infiltración para
casos especiales en términos de funciones y condiciones de contornos
particulares. Las soluciones cerradas existen para condiciones de
infiltración más simples y se hallan usando las técnicas de mapeo o por
el método de los fragmentos, que en síntesis son métodos analíticos
para encontrar soluciones al problema de infiltración. Ejemplos de ellas
son la expresión de Pavlovsky para una presa impermeable con
pantalla para flujo confinado. Los problemas de infiltración asociados a
presas típicas requieren soluciones aproximadas debido a las
complicadas condiciones del flujo
135
4.4.4. MÉTODOS NUMÉRICOS Y COMPUTACIONALES
Los métodos computacionales se usan para condiciones del flujo
complejas y usan aproximaciones para la solución de la ecuación de
Laplace; han reemplazado casi totalmente a los físicos y analíticos.
Los dos métodos de solución numérica son el método de diferencias finitas
y el de elementos finitos. Los dos pueden modelar en forma bidimensional
o tridimensional. Existen numerosos programas para estos métodos como
los del Cuerpo de Ingenieros.
4.4.4.1. MÉTODO DE DIFERENCIAS FINITAS
El método de diferencias finitas resuelve la ecuación de Laplace
aproximándola con un sistema de ecuaciones algebraicas lineales. La
región de flujo es dividida en una malla rectangular discreta con puntos
nodales a los que se les asignan valores de carga (valores de carga
conocidos en los bordes o puntos fijos, y valores de carga estimados
para los puntos nodales de los que se desconoce su valor inicialmente).
Usando la ley de Darcy y la hipótesis de que la carga en un nodo dado
es el promedio de los nodos circundantes, se forma un sistema de N
ecuaciones algebraicas lineales con N incógnitas (N igual al número de
nodos).
Pueden resolverse mallas simples con pocos nodos. Normalmente, N
es grande y deben aplicarse métodos de relajación que involucran
iteraciones y el uso de una computadora.
A. Método de Relajación
El método de relajación permite obtener la solución de la ecuación de
Laplace por diferencias finitas.
136
Para infiltración en dos dimensiones, y para flujo permanente, la
distribución de la altura de carga la ecuación de Laplace toma la forma:
2 2
2 20X z
h hK K
x z
…. (30)
En la figura siguiente se muestran las alturas de carga en una región
determinada
Para flujo en la dirección x, la relación entre las alturas de carga h1, h0,
y h3, usando la expansión en series de Taylor.
2 32 3
1 0 2 3
2 32 3
3 0 2 3
.... (31)2! 3!
.... (32)2! 3!
dx dxh h hh h dx
x x x
dx dxh h hh h dx
x x x
Sumando las ecuaciones (31) y (32), se obtiene:
22
1 3 0 22. 2 ( min ) ...(33)
2!
dxhh h h ter os de mayor orden de dx
x
Despreciando los términos mayor orden, asumiendo que un paso dx lo
suficientemente pequeño, la ecuación (33) se puede reescribir como:
137
Para flujo en la dirección z , se obtiene una relación similar:
Sustituyendo las ecuaciones (34) y (35) en la ecuación (30), se obtiene:
Para un suelo isotrópico, Kx = Kz = K y dx = dz, y la ecuación (36) se
simplifica quedando:
1 2 3 4
04
h h h hh a
B. Ley de Darcy
1 0 1 0
2 0 2 0
0 3 0 3
0 4 0 4
. .
. ...(37)
. ...(38)
. ...(39)
. ...(40)
q K i A
dzq K h h
dx
dxq K h h
dz
dzq K h h
dx
dxq K h h
dz
Para el punto 0: in outq q
1 0 2 0 0 3 0 4q q q q
Se puede obtener el mismo resultado que para la ecuación (a):
21 3 0
22
2....(34)
h h hh
x dx
22 4 0
22
2....(35)
h h hh
z dz
1 3 0 2 4 0
2 2
2. 2.0 ...(36)X Z
h h h h h hK K
dx dz
138
Puntos simétricos
1 2 3 4
0
2. 2. 2. 2.
8
h h h hh
Para diferentes condiciones de borde, se pueden escribir diferentes
ecuaciones para evaluar la carga. Se presentan a continuación seis
casos.
Caso (a): Elemento básico para región uniforme
1 2 3 40 ( )
4
h h h hh a
Caso (b): Borde impermeable
1 2 30
2.( )
4
h h hh b
Caso (c): Esquina
1 20 ( )
2
h hh c
139
Caso (d): Esquina región exterior
3 4 2 10
2. 2.( )
6
h h h hh d
Caso (e): Pila
' "
1 2 2 3 4
0
2. 2. 2.( )
8
h h h h hh e
Caso (f): Capas de suelo
1 21 2 3 4
1 2 1 2
0
2. 2.. .
( )4
K Kh h h h
K K K Kh f
4.4.4.2. MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
El método de elementos finitos es una segunda forma de solución
numérica. Este método también se basa en el modelo de malla (no
necesariamente rectangular Figura Nº36) que divide la región de flujo
en elementos discretos y proporciona N ecuaciones con N incógnitas.
Para cada elemento se especifican sus propiedades, como la
permeabilidad, y se establecen las condiciones de borde (cargas y
caudales). Se resuelve el sistema de ecuaciones para determinar las
cargas en los nodos y caudales en los elementos.
140
Figura Nº36: ELEMENTOS FINITOS BIDIMENSIONALES MÁS UTILIZADOS
A. Discretización de los Elementos Finitos
El potencial en cualquier posición dentro de un elemento puede ser
expresada en los valores en los nodos de cada elemento como:
, en N ….. (41)
Donde N es el vector con las funciones de interpolación y ξ y η las
coordenadas locales dentro del elemento. De acuerdo a la ecuación de
Darcy, el caudal específico es función del gradiente hidráulico. Este
gradiente se puede determinar conociendo la matriz B que contiene las
derivadas espaciales de las funciones de interpolación. Para describir el
suelo saturado (por debajo de la línea freática) como para el suelo no
saturado (por encima de la freática), se introduce una función rK en la
Ley de Darcy (Desai, 1976; Li y Desai, 1983; Bakker, 1989):
r r
x x y yq K K q K Kx y
…. (43)
La función de reducción toma el valor 1 por debajo de la freática y
valores menores que 1 por encima. En la zona de transición por encima
de la freática, los valores de la función decrecen hasta un mínimo de
10-4. En la zona de transición la función se describe usando una
relación logarítmica:
4 / 4410 log 10 1kh hr r r
k
hK o K K
h
….. (44)
Donde h es la carga hidráulica y hk es la carga hidráulica donde la
función de reducción alcanza el valor mínimo 10-4.
141
En la formulación numérica, el caudal específico, q queda escrito como:
r eq K RB … (45)
Donde: 0
0
x x
y y
q Kq y R
q K
El caudal en el nodo resulta de integrar los caudales en los puntos de
integración
e TQ B qdV …. (46)
En la que TB es la matriz transpuesta de la matiz B. A nivel de elemento
se aplican las siguientes ecuaciones:
e e e e r TQ K con K K B RBdv …. (47)
A nivel global, se suma la contribución de todos los elementos y se
imponen las condiciones de borde (tanto en carga como en caudal). El
resultado es un sistema de n ecuaciones con n incógnitas:
Q K …. (48)
En la que K es la matriz de flujo global y Q contiene los caudales dados
por las condiciones de borde.
En el caso que se desconoce la línea freática (problema de flujo no
confinado) se utiliza el esquema de Picard para resolver el sistema de
ecuaciones en forma iterativa. El sistema lineal se resuelve en forma
incremental y el proceso de iteración puede ser formulado como:
1 1 1 1jj j j j j jK Q K …. (49)
Donde j es el número de iteración. En cada iteración se calcula el
incremento de la carga del desequilibrio en los caudales nodales y
sumados a la carga activa.
142
De la nueva distribución de las cargas se calculan los nuevos caudales
de acuerdo a la ecuación correspondiente los que pueden ser
nuevamente integrados en los nodos. Este proceso continúa hasta que
el valor del error (módulo del vector de desequilibrio) es menor que la
tolerancia.
El método de elementos finitos tiene varias ventajas sobre el método de
diferencias finitas para los problemas de infiltración más complejos.
Éstas incluyen (Radhakrishnan 1978):
a) Se pueden estudiar fácilmente geometrías complejas con capas de
suelos inclinadas.
b) Se pueden modelar con precisión, variando el tamaño de elementos,
zonas donde los gradientes de infiltración o las velocidades son altos.
c) Se puede modelar una porción de suelo dentro de una capa.
4.5. FORMULACIÓN DE LOS ELEMENTOS FINITOS
Considerando la anisotropía del suelo, donde la dirección de la mayor
conductividad está inclinada un ángulo arbitrario con respecto al eje x. se
tiene la siguiente ecuación:
2
2 2
1 2
2 2
1 2
1 2
1
2
...(50)
:
cos
cos
cos
w
xx xy yx yy w
xx
yy
xy yx
hh h h hK K K K gm
x x y y x y t
Donde
K K K sen
K K sen K
K K K K sen
K conductividad mayor
K conductividad menor
ángulo deinclinaciónentre
1K y el eje delas x
143
La ecuación (50) se deriva de las ecuaciones básicas para flujo no
saturado (Fredlund 1981) y pueden usarse para describir el flujo
permanente para sistemas de suelo saturado – no saturado. El término 2
wm
representa la tasa a la que el suelo absorbe o libera agua cuando hay un
cambio en la matriz de succión
La solución de Galerkin para la ecuación (50) está dada por las integrales
sobre el área y el perímetro de un elemento triangular (Lam 1983).
0
n
T T Tn
A A S
hB K B dA h L L dA L qds
t
… (51)
Donde:
2 3 3 1 1 2
3 2 1 3 2 1
1
2
y y y y y yB
x x x x x xA
Con 1 1,x y , coordenadas cartesianas de los nodos del elemento.
xx xy
yx yy
k kK
k k
Con , , , ,xx xy yx yyk k k k componentes del tensor de permeabilidad del elemento.
1
2
3
n
h
h h
h
Con hi, la carga en los nodos de los elementos.
1 2 3
TL L L L
Con Li, coordenadas areales del elemento.
2
w
wgm
q = flujo a través del perímetro del elemento
144
A = área del elemento
S = perímetro del elemento
t = tiempo
Integrando numéricamente la ecuación (51) y simplificando, la expresión
queda:
n nD h E h F …. (52)
Dónde:
, ;
2 1 1
1 2 1 , tan ;12
1 1 2
1 1 0
1 0 12 2 2
0 1 1
TD B K B A es la matriz de rigidez
AE es la matriz decapaci cia
ql ql qlF ò F ò F es el vector decaudal de
las condiciones deborde
argnh esladerivadaenel tiempodelaalturadec atotal
Para flujo transitorio la derivada en el tiempo de la ecuación (52) se puede
aproximar por diferencias finitas. Consecuentemente la relación entre las
cargas nodales de un elemento en dos pasos sucesivos de tiempo se
pueden expresar por las siguientes ecuaciones
2 22 ...(53)
...(54)
n n
t t t
n n
t t t
E ED h D h F
t t
E ED h h F
t t
La ecuación (53) se obtiene usando aproximación por diferencias central y
la ecuación (54) por aproximación hacia atrás. Generalmente las
soluciones basadas en aproximación por diferencias centrales son más
exactas que aquellas aproximaciones por diferencias hacia atrás. Sin
145
embargo las aproximaciones por diferencias hacia atrás se ha visto que
son más efectivas para sortear las oscilaciones numéricas encontradas
frecuentemente en los sistemas de flujo altamente no lineales (Neuman y
Witherspoon 1971; Neuman 1973)
Después que se forman las matrices para cada elemento, se pueden
construir las ecuaciones algebraicas para todo el sistema y resolverse para
la carga total en los nodos. Sin embargo, debido a la no linealidad de la
ecuación general de infiltración, se requiere de un proceso iterativo para
obtener la correcta carga total nodal. Este proceso iterativo envuelve una
serie de aproximaciones sucesivas. Se requiere de una estimación inicial
del coeficiente de permeabilidad en un elemento para poder calcular una
primera aproximación de la carga total nodal. El cálculo de la carga nodal
total nodal permite el cálculo de la presión promedio en el elemento.
Haciendo uso de las presiones y la función de permeabilidad se puede
obtener un valor más aproximado para cada elemento. El valor mejorado
de permeabilidad es usado para computar un nuevo conjunto de cargas
totales nodales. El proceso se repite hasta que ambos, la carga total y las
diferencias en la permeabilidad para cada elemento para dos iteraciones
sucesivas son menores que una tolerancia dada.
La tasa de convergencia es altamente dependiente del grado de no
linealidad de la función de permeabilidad y de la discretización espacial del
problema. Un paso en la función de permeabilidad, requiere más
iteraciones y una mayor tolerancia en la convergencia. Una discretización
más fina tanto en el tamaño del elemento como en el paso de tiempo
ayuda para la obtención más rápida de la convergencia con menor
tolerancia. Generalmente, la solución llega con una tolerancia menor del
1% en 10 iteraciones.
La ecuación de infiltración se considera resuelta para un paso de tiempo
cuando se obtiene la convergencia de las cargas totales nodales en el
sistema. Secundariamente se pueden calcular basados en las cargas
146
totales nodales, a un tiempo dado, la presión de poros, las velocidades, y
los caudales. Ecuaciones a aplicar:
Ecuación para nodos, presión de agua de poros n n
w wt tu h z g
Donde nz = elevación en los nodos de los elementos
La ecuación del vector gradiente es: x n
ty
iB h
i
La ecuación del vector velocidad es: x n
t ty
vK B h
v
La ecuación para el caudal: n n
ij j itt tq D h h
Donde ij t
q = es el caudal del nodo i contribuidos por el nodo j.
4.5.1. ESTIMACIÓN DE LA PRECISIÓN
Para un cuadro comparativo entre resultados obtenidos mediante una malla
“irregular” y una solución por relajación mediante la aproximación por
diferencias finitas de menor orden. Los dos métodos dan resultados del
mismo orden de magnitud, como era de esperar. Sin embargo, puede
demostrarse que en los problemas unidimensionales el algoritmo de los
elementos finitos da soluciones exactas en los nodos, mientras que en
general el método de las diferencias finitas no. Por consiguiente, en general
podrá obtenerse una precisión superior mediante el método de los
elementos finitos. Otras ventajas de los elementos finitos son:
Permiten tratar con simplicidad medios heterogéneos y anisótropos
(particularmente cuando la dirección de anisotropía es variable).
147
Se puede variar la forma y dimensiones de los elementos de manera que
se adapten a contornos arbitrarios y permitan analizar con mayor precisión
dominios en los que la variación del funcional buscado es rápida.
Las condiciones de contorno correspondientes a una “radiación” o a un
gradiente dado se introducen de manera natural y con una precisión mejor
que en los procedimientos clásicos de diferencias finitas.
Se pueden utilizar fácilmente elementos de ordenes elevados para
aumentar la precisión sin complicar la definición de las condiciones de
contorno, dificultad que siempre surge cuando se utilizan aproximaciones
mediante diferencias finitas de orden elevado.
Finalmente, pero de gran importancia, se pueden utilizar para el
ensamblaje y la solución programas estándar para cálculo de estructuras.
4.6. APLICACIÓN DE LOS ELEMENTOS FINITOS EN EL CALCULO DE LA
INFILTRACIÓN POR LA CIMENTACIÓN DE LA PRESA IRURO
Consideraciones geológicas
De la información obtenida en las investigaciones geofísicas y geotécnicas,
se obtienen diferentes perfiles estatigráficos, los cuales han sido
proyectados a un PERFIL GEOLÓGICO CRÍTICO, (Figura Nº27 ó Plano
Nº7: PN – 01), donde los valores de permeabilidad han sido promediados
haciendo de este un perfil representativo, sobre el cual se realizara la
simulación.
Distribución de los estratos, condiciones de frontera y propiedades
dentro del esquema de la Presa:
En la Figura Nº 37, se detalla la distribución de todas las características.
148
Consideraciones de análisis de infiltración:
Las alturas de nivel de aguas, están planteadas según la capacidad de
almacenamiento de la Presa Iruro en un año de operación, como se
muestra en Cuadro Nº35.
Cuadro Nº35: NIVELES DE AGUA PARA LA SIMULACIÓN DE INFILTRACIÓN
COTA VOLUMEN ALMACENADO
(m.s.n.m.) (MMC)
4,069.69 75.573
4,068.00 66.255
4,065.10 51.597
4,061.75 36.939
4,057.68 22.282
4,051.80 7.624
Nivel de Aguas de Manejo Operacional 25%
(m)
Nivel de Aguas Minimas (NAMIN)
ALTURA DE CARGA
Nivel de Aguas de Máxima Extraordinaria (NAME)
Nivel de Aguas de Manejo Operacional (NAMO)
Nivel de Aguas de Manejo Operacional 75%
Nivel de Aguas de Manejo Operacional 50%
Para determinar el caudal de infiltración real aproximado obtenido de la
simulación, multiplicamos el caudal unitario por en ancho promedio del
cauce obtenido en siguiente cuadro.
Cuadro Nº36: DETERMINACIÓN DEL ANCHO PROMEDIO DEL CAÑÓN IRURO
LOCALIZACIONLONG
(m)
Cause del Rio (aguas abajo) - 92 m del Eje 42.50
Cause del Rio (aguas abajo) - 42 m del Eje 47.61
Eje de la Presa 33.92
Cause del Rio (aguas arriba) - 46 m del Eje 36.92
PROMEDIO 40.24
Para el cálculo del caudal unitario infiltrado a través de la cimentación de la
Presa Iruro, se toma como referencia la zona de control de 139.90m,
ubicada 10m antes del talón de talud aguas abajo de la presa,
(recomendaciones geológicas del estudio geológico de la Presa), que nos
indicara el caudal unitario de infiltración “q”, así mismo la velocidad de flujo.
149
Figura Nº37: CARACTERÍSTICAS GENERALES Y DE FRONTERA PARA LA PRESA IRURO
150
Elección de los elementos finitos bidimensionales:
Se ha realizado la elección del elemento finito triangular con 6 nodos de
contacto, para tener mayor aproximación en la solución.
Discretización de todo el sistema planteado en la cimentación de la
Presa:
Se ha desarrollado la discretización en elementos triangulares de todo el
sistema, obteniendo 3,153 elementos. Figura Nº 38, por lo tanto se tiene
6,625 nodos para la solución del cálculo de infiltración
Planteamiento de las ecuaciones:
Para la obtención del vector gradiente, vector velocidad y caudal se
emplearan las ecuaciones planteadas, así tenemos que para:
La ecuación del vector velocidad es: x n
t ty
vK B h
v
(55)
La ecuación para el caudal: n n
ij j itt tq D h h (56)
Donde:
2 3 3 1 1 2
3 2 1 3 2 1
1
2
y y y y y yB
x x x x x xA
Con 1 1,x y , coordenadas cartesianas de los nodos del elemento.
xx xy
yx yy
k kK
k k
Con , , , ,xx xy yx yyk k k k componentes del tensor de permeabilidad del elemento.
1
2
3
n
h
h h
h
151
Figura Nº38: MODELO DISCRETIZADO DE LA PRESA IRURO
ELEMENTO DE CONTROL
Longitud (m) = 139.90m Ubicación: 10 m antes del pie de talud aguas abajo
152
Calculo de la Infiltración:
De acuerdo a las ecuaciones se plantea las coordenadas cartesianas de
las alturas de carga:
Cuadro Nº37: COORDENADAS CARTESIANAS DE LA CARGA DE AGUA
hx hy
Según Nodo 4,069.69
Según Nodo 4,068.00
Según Nodo 4,065.10
Según Nodo 4,061.75
Según Nodo 4,057.68
Según Nodo 4,051.80
COORDENADAS CARTESIANAS
Nivel de Aguas de Manejo Operacional 25%
Nivel de Aguas Minimas (NAMIN)
EVENTOS DE SIMULACION
Nivel de Aguas de Máxima Extraordinaria (NAME)
Nivel de Aguas de Manejo Operacional (NAMO)
Nivel de Aguas de Manejo Operacional 75%
Nivel de Aguas de Manejo Operacional 50%
Para el evento de simulación Nivel de Aguas de Máxima Extraordinaria
(NAME), en el elemento Nº1, se tiene:
Para el nodo Nº1:
Altura de carga: 35.0787 4,069.69x yh h
En el Nodo Nº1: 35.0787 4,028.57x yh h
En el Nodo Nº2: 34.6231 4,028.23x yh h
En el Nodo Nº3: 35.0787 4,028x yh h
Para el elemento Nº1
7
1 2
7
2
0 5.19 90º
5.19 0 0
35.08 4,028.571
. 34.62 4,028.23 0.13112
35.08 4,028.00
xx yy xy yx
Permeabilidad o conductividad del elemento
K K e
K e K K K
Area del elemento
A m
153
Para Velocidad se tiene reemplazando en la ecuación (55):
741.33
4,028.2 4,028 4,028 4,028.6 4,028.6 4,028.25.19 0 141.17
35.08 34.62 35.08 35.08 34.62 35.082 0.1310 041.00
x
y
v e
v
9
7
4.16
2.79
x
y
v e
v e
De donde se tiene la Velocidad V = 2.79E-07 m/s y Q = 1.59 E-07m3/s
Haciendo el empleo de una hoja de cálculo se obtiene todos los valores de
velocidad, correspondientes a los 3,153 elementos ANEXO Nº10:
VALORES DE VELOCIDAD NODAL DE LOS ELEMENTOS FINITOS.
Con los valores promedio de velocidad de los elementos finitos y las
consideraciones de simulación, se tiene el siguiente cuadro:
Cuadro Nº38: RESULTADOS DEL CALCULO DE INFILTRACIÓN
CASO CONDICIONES DE FRONTERA
Velocidad
Promedio
Zona de
Control (m/s)
Caudal
Unitario: q =
(m3/s/m)
Longitud de
Ancho (L) m
Caudal Total:
Q = (m3/s)
Q
(M3/MES)
1 Nivel de Aguas de Máxima Extraordinaria (NAME) 4.56E-07 6.37E-05 40.24 2.56E-03 6,646.21
2 Nivel de Aguas de Manejo Operacional (NAMO) 4.48E-07 6.27E-05 40.24 2.52E-03 6,543.89
3 Nivel de Aguas de Manejo Operacional 75% 4.38E-07 6.13E-05 40.24 2.46E-03 6,388.13
4 Nivel de Aguas de Manejo Operacional 50% 4.26E-07 5.96E-05 40.24 2.40E-03 6,213.79
5 Nivel de Aguas de Manejo Operacional 25% 4.11E-07 5.75E-05 40.24 2.31E-03 5,992.02
6 Nivel de Aguas Minimas (NAMIN) 3.87E-07 5.42E-05 40.24 2.18E-03 5,649.77
Del cual se puede proyectar el siguiente cuadro:
Cuadro Nº39: PROYECCIÓN DE LA INFILTRACIÓN ANUAL EN ER O F EB R ER O M A R Z O A B R IL M A YO JUN IO JULIO A GOST O SEP T IEM . OC T UB . N OVIEM . D IC IEM .
6,646.21 6,646.21 6,646.21 6,543.89 6,466.01 6,388.13 6,300.96 6,213.79 6,102.90 5,992.02 5,820.90 5,649.77
VOLUMEN ANUAL APROX DE INFILTRACIÓN (M3) 75,417.01
Según el cálculo de infiltración sobre la Presa Iruro, se tiene que esta
perderá 75,417.01 m3, agua por infiltración a través de su fundación,
durante el año, cuyo volumen no resulta ser representativo.
154
4.7. REVISIÓN DEL SOFTWARE EXISTENTE PARA INFILTRACIÓN
A continuación se presentan algunos de los programas existentes para la
resolución de problemas de infiltración:
PLAXIS 2D V8.
SLIDE V.6
HYDRUS
UNSATCHEM-2D
CHAIN-2D
VISUAL MODFLOW
VS2DI
CHEMFLOW
HST3D
NOUR EL - DIN
MOC3D
SALTMOD
En el presente trabajo se realizara una revisión y verificación de los datos
obtenidos mediante los elementos finitos con el software Slide V.6.0
4.7.1. CRITERIOS DE SIMULACIÓN DE LA APLICACIÓN SOFTWARE SLIDE
V.6.0
Para el desarrollo de la simulación y cálculo de la infiltración a través de la
cimentación de la Presa Iruro, haciendo uso del software Slide V. 6.0, se
requiere establecer algunos criterios fundamentales:
Se debe entender que la simulación realizada por el software SLIDE V. 6.0,
para el cálculo de infiltración a través de un medio poroso anisotrópico
heterogéneo, que es nuestro caso, es bidimensional, motivo por el cual los
155
parámetros obtenidos son unitarios (medidos por una unidad de ancho).
Figura Nº30
Para facilitar los cálculos numéricos de comprobación manualmente, los
estratos que conforman el PERFIL GEOLÓGICO CRÍTICO, se ha
linealizado las proyección de los mismos, actividad que es indiferente para
el software de simulación; así también utilizado una malla “irregular” con
las, quedando nuestro escenario como lo graficado en la Figura Nº27 ó
Plano Nº7: PN – 01.
4.7.2. CONDICIONES GENERALES PARA EL MODELO
Para la obtención de resultados aproximados a los reales y confiables, se
debe establecer algunas condiciones para el escenario planteando para la
simulación:
4.7.2.1. CONDICIONES DE FRONTERA
Establecemos las condiciones de frontera dentro de nuestro escenario
planteado de la siguiente manera:
El cuerpo de Presa está constituido por 06 zonas con características
establecidas y se muestra en el Cuadro Nº40, identificándose una
pantalla impermeabilizante de concreto y un cuerpo de presa mixto.
Cuadro Nº40: CARACTERÍSTICAS PARTICULARES CUERPO DE PRESA
ABREVIATURA Coef. de Permeabilidad
MATERIAL "K" (m/s)
MP1Pantalla impermeabilizante de 40 cm
y dentellón de impermeabilización
Pantalla de Concreto y linea de
inyección impermeabilizante1.0E-10
MP2 Capa Semipermeable de 40 cm Enrrocado Procesado 1.0E-06
MP3 Transicion de 40 cm Enrrocado Procesado 1.0E-02
MP4 Zona aguas arriba espaldon resistente Enrrocado 1.0E-02
MP5 Zona aguas abajo espaldon resistente Enrrocado 1.0E-02
MP6 Zona aguas abajo espaldon resistente Enrrocado 1.0E-02
FUNCION DESCRIPCION
En la cimentación se encuentra 05 estratos, también con
características determinadas mostradas Cuadro Nº41.
156
Cuadro Nº41: CARACTERÍSTICAS PARTICULARES CIMENTACIÓN DE LA PRESA
ABREVIATURA Coef. de Permeabilidad
MATERIAL "K" (m/s)
ESTRATO 1 : E1 5.19E-07
ESTRATO 2 : E2 9.00E-08
ESTRATO 3 : E3 3.00E-06
ESTRATO 4 : E4 1.25E-05
ESTRATO 5 : E5 4.00E-06
Para la condición de frontera aguas arriba, se plantea que a 87.60 m
del pie del talud aguas arriba de la Presa, por la cimentación no
existe flujo proveniente del vaso de la presa (frontera cerrada),
por lo contrario esta se genera a partir de esta distancia hacia aguas
debajo la Presa.
Para la condición de frontera aguas abajo, se plantea que a 41.60m
del pie del talud aguas debajo de la Presa, por la cimentación
existirá flujo proveniente del vaso de la presa (87.60m, frontera
abierta).
A 133.0m, se encuentra el basamento rocoso, o roca sana, por lo
que no existe flujo por la misma (frontera cerrada).
4.7.2.2. PARÁMETROS INGRESADOS AL SOFTWARE SLIDE V.6.0
El software Slide V.6.0, desarrollado por la compañía Rocsciencie, es
un software para análisis de eventos en 2D; es un programa de
estabilidad para evaluar el factor de seguridad o la probabilidad de
fracaso, de superficies de falla circular o no circular en el suelo o
pendientes rocosas, analiza la estabilidad de las superficies de
deslizamiento vertical, utilizando métodos de equilibrio límite de corte.
Slide también incluye el análisis de elementos finitos filtración de aguas
subterráneas, integrada en el programa, tanto para el estado de
equilibrio y en condiciones transitorias.
157
Los parámetros que el programa necesita para el desarrollo de
simulación son los siguientes:
Los contornos o materiales externos.
Los materiales o estratos.
Las características hidráulicas de cada uno de los materiales o
estratos, en este caso los valores de permeabilidad “K”.
La altura de carga hidráulica y la longitud de superficie sobre la cual
es aplicada.
Los valores de contorno para todo el modelo, (valores de carga).
4.7.3. RESULTADOS OBTENIDOS
Con los criterios de simulación, las condiciones generales para el modelo y
los parámetros pedidos por el software, se obtienen los siguientes
resultados:
A continuación se presentan los resultados para el Primer Caso: Altura de
carga en el NAME, y los resultados de todos los casos en el Cuadro Nº42.
158
Figura Nº39: CASO Nº1: RED DE FLUJO
159
Figura Nº40: CASO Nº1: VELOCIDAD DE DESCARGA
160
Figura Nº41: CASO Nº1: GRADIENTE HIDRAULICO
161
Después de realizar la simulación para los 06 casos planteados, se obtiene
el siguiente cuadro:
Cuadro Nº42: RESULTADOS DE CALCULO DE INFILTRACIÓN
CASO CONDICIONES DE FRONTERA
Caudal
Unitario: q =
(m3/s/m)
Longitud de
Ancho (L) m
Caudal Total:
Q = (m3/s)
1 Nivel de Aguas de Máxima Extraordinaria (NAME) 6.40E-05 40.24 2.58E-03
2 Nivel de Aguas de Manejo Operacional (NAMO) 6.31E-05 40.24 2.54E-03
3 Nivel de Aguas de Manejo Operacional 75% 6.16E-05 40.24 2.48E-03
4 Nivel de Aguas de Manejo Operacional 50% 5.99E-05 40.24 2.41E-03
5 Nivel de Aguas de Manejo Operacional 25% 5.77E-05 40.24 2.32E-03
6 Nivel de Aguas Minimas (NAMIN) 5.44E-05 40.24 2.19E-03
Cuadro Nº43: CALCULO DE VOLUMEN MENSUAL DE INFILTRACIÓN
CASO CONDICIONES DE FRONTERACaudal Total:
Q = (m3/s)Q (M3/DIA) Q (M3/MES)
1 Nivel de Aguas de Máxima Extraordinaria (NAME) 2.58E-03 2.23E+02 6,679.61
2 Nivel de Aguas de Manejo Operacional (NAMO) 2.54E-03 2.19E+02 6,576.78
3 Nivel de Aguas de Manejo Operacional 75% 2.48E-03 2.14E+02 6,420.23
4 Nivel de Aguas de Manejo Operacional 50% 2.41E-03 2.08E+02 6,245.01
5 Nivel de Aguas de Manejo Operacional 25% 2.32E-03 2.01E+02 6,022.13
6 Nivel de Aguas Minimas (NAMIN) 2.19E-03 1.89E+02 5,678.17
162
Cuadro Nº44: VOLUMEN ANUAL APROXIMADO DE INFILTRACIÓN
EN ER O F EB R ER O M A R Z O A B R IL M A YO JUN IO JULIO A GOST O SEP T IEM . OC T UB . N OVIEM . D IC IEM .
6,679.61 6,679.61 6,679.61 6,576.78 6,498.50 6,420.23 6,332.62 6,245.01 6,133.57 6,022.13 5,850.15 5,678.17
VOLUMEN ANUAL APROX DE INFILTRACIÓN (M3) 75,795.99
4.8. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN NUMÉRICA DEL CÁLCULO DE
INFILTRACIÓN
Los vectores de flujo generados por el programa Slide, nos muestran el
movimiento de la corriente de las filtraciones producidas bajo la cimentación de la
presa, en la cual se enmarca de una manera casi uniforme sus recorridos,
teniendo mayor presencia en los estratos permeables; así mismo estos vectores
de flujo nos señalan el comportamiento que tiene los flujos de filtraciones en la
cimentación, permitiéndonos apreciar la forma del recorrido en la que estas
filtraciones se presentarían en la situación planteada.
De las redes de flujo generadas se obtiene un caudal unitario promedio de 6.012E-
05 (m3/s)/m, para el cual se obtiene una velocidad de filtración a través de la
cimentación de la presa de 3.713 cm/día (medidas por una longitud critica de
filtración de 139.90m), este valor obtenido se encuentra en el límite permisible del
orden de 2.5 cm/día a 5.0 cm/día (Valor basado en bibliografía especializada,
experiencias y trabajos similares realizados por el consultor) por lo que queda
claro que en estas condiciones se produce una filtración baja, por la cimentación
de la Presa.
Los volúmenes máximos de filtración de acuerdos a bibliografías especializadas
no deben exceder el 2% del volumen de almacenamiento total del Embalse. Del
análisis en el Cuadro Nº44, se tiene que el volumen de filtración aproximado es de
0.08 MMC, y el volumen de almacenamiento de la Presa Iruro de 66.25 MMC,
volumen que representa el 0.11%, por lo que se concluye que el caudal de
infiltración es bajo y favorable para el almacenamiento.
De los resultados tanto de velocidad de filtración como de caudal de filtración a
través de la cimentación se concluye que estos valores se encuentran dentro de
163
los rangos permitidos por lo que a través de la cimentación va a ver un volumen
de filtración bajo.
164
CAPÍTULO V – REVISIÓN DE LAS DISTINTAS TECNOLOGÍAS DE
IMPERMEABILIZACIÓN EXISTENTES
5.1. TRATAMIENTOS DE GRIETAS
Existen dos posibilidades que frecuentemente aparecen al preparar la
superficie de sustentación del núcleo impermeable:
a) grietas finas, sin relleno visible y normalmente producidas por el uso de
explosivos en las excavaciones.
b) grietas anchas o zonas fracturadas, con rellenos diversos, que son de
origen tectónico en la mayoría de los casos, o producidas por relajamiento
de esfuerzos en las paredes del cañón o debido a condiciones de
estabilidad precaria de la masa rocosa.
Las grietas finas se tratan con enlucidos de mortero o simple aplicación de
lechada; en ambos casos se usa el cemento como aglutinante. En varios
proyectos se ha especificado el uso de gunita, particularmente cuando son
rocas muy fisuradas y se desea lograr una buena penetración del mortero.
Si las grietas son prominentes y tienen rellenos permeables, conviene
efectuar una limpieza ampliando en forma de cuña las fronteras exteriores
y de una profundidad por lo menos tres veces el ancho o hasta encontrar
una condición confiable desde el punto de vista del flujo de agua. En este
tipo de grietas son en las que se emplean una determinada tecnología de
impermeabilización, según las condiciones geológicas, ingenieriles y
económicas
165
5.2. TECNOLOGÍA DE IMPERMEABILIZACIÓN
Los flujos y la presión de infiltración dentro de la cimentación se controlan
mediante las cortinas y el drenaje. Las cortinas son barreras impermeables
que funcionan como una extensión del núcleo del relleno dentro de la
cimentación, En general, se localiza bajo el núcleo, pero también pueden
localizarse a una corta distancia aguas arriba y estar conectados al núcleo
mediante una capa horizontal impermeable bajo el espaldón. La cortina
puede penetrar el estrato impermeable (una cortina “que penetre
totalmente”) o, si el material permeable se presenta a profundidades
considerables, puede terminar donde la pérdida de cabeza a través de la
cortina sea suficiente para efectuar el grado de control requerido (una
cortina “que penetre parcialmente”). Con frecuencia, las cortinas más
antiguos se construían como “zanjas rellenas de arcilla” muy angostas, con
el inconveniente de que muchos eran vulnerables a daños por infiltración y
erosión.
Las principales variantes de cortina que se emplean ahora son:
Cortinas relativamente ancho y con zanjas poco profundas.
Cortinas del tipo diafragma delgado, resultado de los avances logrados
en los procesos geotécnicos.
Cortinas del tipo de zona inyectada.
Teniendo esta última como la tecnología de impermeabilización empleada
en el Presa Iruro, en su primera etapa de construcción, razón por la que
será profundizada a mayor detalle.
5.2.1. CORTINAS RELATIVAMENTE ANCHO Y CON ZANJAS POCO
PROFUNDAS
Se rellena con arcilla compactaba y forma la base del núcleo que está por
encima. Es muy efectivo, en particular si se complementa con inyecciones,
166
pero los costos de excavación lo limitan a profundidades máximas de zanja
del orden de 10 – 20 m.
Figura Nº43: CORTINA DE ZANJA ABIERTA (SOLO A PROFUNDIDADES MODERADAS)
5.2.2. CORTINAS DEL TIPO DIAFRAGMA DELGADO, RESULTADO DE LOS
AVANCES LOGRADOS EN LOS PROCESOS GEOTÉCNICOS.
La cortina se forma mediante la excavación, en longitudes de tramos de
una zanja angosta estabilizada con lechadas que luego se rellenan de
modo permanente con una mezcla de arcilla, arena y bentonita.
De forma alterna puede emplearse un relleno de concreto “plástico”
relativamente débil y deformable para formar el elemento impermeable. La
cortina de diafragma es muy efectiva en suelos de aluviones y de grano
más fino y puede construirse de manera económica a profundidades de
más de 30 – 40 m.
Muros de diafragma de tablestacado pueden dirigirse hasta profundidades
de 20 – 25 m para formar una cortina bajo estructuras de cabeza baja. El
costo de este tipo de cortinas es moderado, pero su eficiencia es baja a
menos que se complemente con inyecciones aguas arriba, por ejemplo con
una lechada de bentonita.
El control de la infiltración de las cortinas aguas abajo se favorecen por la
provisión casi universal de una capa de drenaje horizontal a nivel del
terreno bajo el espaldón aguas arriba. A menudo se complementa con unos
pozos profundos de alivio bajo o cerca al pie de presa.
167
También se puede moderar la infiltración por medio de una continuación
del núcleo aguas arriba mediante una capa horizontal impermeable que se
extiende sobre el lecho del embalse. La capa se lleva aguas arriba a una
distancia suficiente para alargar la trayectoria de infiltración y de esta
manera reducir el flujo al nivel requerido. El espesor del relleno
compactado requerido puede tomarse como c =1.0 + 0.1 H, donde H (m) es
la altura del relleno. La eficiencia de una capa aguas arriba puede ser
relativamente bajo con respecto a los considerables costos de construcción
involucrados.
Figura Nº44: CORTINA DE DIAFRAGMA (NO NECESITA PENETRAR A CAPAS IMPERMEABLES)
Figura Nº45: CAPA AGUAS ARRIBA (PUEDE EMPLEARSE DRENES INFERIORES CON POZOS
DE ALIVIO
5.2.3. CORTINAS DEL TIPO DE ZONA INYECTADA
Se emplea en la actualidad para un rango amplio de condiciones de
cimentación debido a los desarrollos en las técnicas de lechada, por
ejemplo las técnicas de inyección en aluviones. La cortina se forma por
168
varias líneas paralelas de agujeros de inyección alternadas, espaciadas de
2 a 3 m entre los centros. En general, se utilizan lechadas de base de
cemento y bentonita, pero hay disponibles lechadas químicas más
sofisticadas y costosas para condiciones particularmente difíciles. Las
cortinas inyectadas son más efectivos en roca fracturada y en suelos de
grano más grueso, donde pueden reducir la permeabilidad entre uno a tres
órdenes de magnitud. Cortinas de este tipo se han construido hasta
profundidades de más 100 m. Pueden ser instalados o mejorados después
perforando a través del cuerpo de una presa, pero de ordinario son
relativamente costosos.
Figura Nº46: CORTINA INYECTADA (NO NECESITA PENETRAR CAPAS IMPERMEABLES)
5.2.3.1. INYECCIONES
Es el método tradicional para tratar cimentaciones de roca y depósitos
de aluvión. En el libro de H. Cambefort, Injetion des Sols (1964), se
encuentra la más completa información sobre los fundamentos,
procedimientos y mezclas recomendables. En él se expone lo que se ha
llamado técnica europea, en ciertos aspectos opuestos a la
norteamericana representada por las normas que aplica el U.S. Bureau
of Reclamation. Con base en estas últimas, el Ing. Antonio Coria, de la
Secretaria de Recursos Hidráulicos, ha formulado las “Instrucciones
169
sobre Operaciones de Inyectado de una Roca de Cimentación” (1956),
que salvo casos especiales, emplea la citada secretaria en sus obras.
5.2.3.2. TIPOS DE TRATAMIENTO
De acuerdo con el objeto que se persigue, deben clasificarse las
inyecciones en:
a) De sellado
b) De consolidación
Con las primeras se intenta llenar las grietas, los conductos de
disolución o los huecos mayores de un aluvión, según sea el caso. La
finalidad de las segundas es disminuir la compresibilidad de la roca al
mismo tiempo que la permeabilidad, llenando fisuras de la roca con una
mezcla resistente, aplicada a alta presión. Las presas de tierra y
enrocamiento requieren un tratamiento a base de inyecciones de
sellado; las deformaciones de la orca, aun cuando se presente muy
fisurada, no son significativas para el comportamiento de esas
estructuras. En cambio, para las cortinas de concreto es conveniente
aumentar el módulo de deformación de la cimentación y
empotramientos, por medio de inyecciones de consolidación, usadas
también para mejorar las condiciones de la roca alrededor de tuberías
de presión. A fin de rellenar huecos entre estructuras y la roca, por
ejemplo en revestimientos y tapones de túneles, se recurre a las
llamadas inyecciones de contacto.
5.2.3.3. MEDIOS INYECTABLES
Dos son los tipos de materiales que interesa tratar: las rocas y los
depósitos de aluvión. Los defectos en las rocas son fisuras o conductos
170
de disolución; en general, la permeabilidad intrínseca de la masa ígnea,
sedimentaria o metamórfica, es muy baja. Los depósitos de grava y
arena tiene una porosidad elevada (de 20 a 35 por ciento) por los
vacíos que dejan entre si las partículas sólidas. La estructura que
forman es muy variable en la naturaleza; la heterogeneidad es su
característica distintiva. Las mezclas o lechadas y los procedimientos
de inyección varían con el material.
5.2.3.4. MEZCLAS O LECHADAS
Los productos inyectables son de tres tipos: líquidos, suspensiones
inestables y suspensiones estables. Los primeros son soluciones de
silicato de sodio con un reactivo, resinas sintéticas o hidrocarburos. Los
segundos son lechadas de agua y cemento; la sedimentación en ellos
ocurre en cuanto cesa la agitación. Los terceros son mezclas de arcilla,
cemento y arena. Variando la dosificación de estos componentes y la
intensidad de la agitación se logra que la suspensión no sedimente
durante el proceso de inyección. A estas últimas mezclas se agregan
otros productos químicos en pequeñas cantidades, para regular el
fraguado o evitar contracciones.
Las fracturas de una roca se tratan con lechadas inestables; las
estables se emplean para los depósitos de aluvión grueso; los
productos químicos se emplean para llenar los huecos de arenas finas,
conglomerados o areniscas. La permeabilidad de suelos finos como
limos y arcillas es tan baja, que no tiene objeto un tratamiento de este
tipo. Para dar una idea de la penetrabilidad de las mezclas en función
de la granulometría del material, la Figura Nº 47, reproduce una gráfica
presentada por Camberfort (1964)
171
Figura Nº47: TRATAMIENTO DE CIMENTACIONES ROCOSAS
Fuente: Presa de Tierra y Enrocamiento: Raul J. Marsal y Daniel Resendiz N.
5.2.3.5. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Con base en las ideas del autor citado, se analizara la inyección de
fisuras con una suspensión inestable. Por razones que se exponen en
172
el siguiente párrafo, salvo casos especiales, no se usan las
suspensiones estables. El sellado de la roca con lechadas de agua y
cemento es consecuencia de un proceso de sedimentación. Por tanto,
se necesita conocer la distribución de velocidades de la mezcla en las
grietas alimentadas desde una perforación de radio (r0). Los estudios de
W.J. Baker (1955) han permitido establecer fórmulas aproximadas para
determinar las condiciones de escurrimiento (laminar o turbulento) en
una fisura de ancho constante. A partir de ellas, es factible estimar la
abertura que sufre por causa de la presión aplicada, empleando la
teoría de la elasticidad (Boussinesq) con varias hipótesis simplificativas.
Por otra parte, suponiendo que el flujo es laminar y la roca
incompresible, la perdida de carga hidráulica resulta inversamente
proporcional al cubo del ancho de la grieta. Con estos conceptos,
Cambefort calcula la abertura de las fisuras en términos del número de
unidades Lugeon, de la longitud ensayada en la perforación
(progresión) y de la cantidad de fracturas interceptadas. Los valores
mostrados en el Cuadro Nº45 se tomaron del libro Injection des Sols.
Cuadro Nº45: TRATAMIENTO DE CIMENTACIONES ROCOSAS
Fuente: Presa de Tierra y Enrocamiento: Raul J. Marsal y Daniel Resendiz N.
A pesar de que los resultados de la tabla son aproximados,
proporcionan ideas sobre el mecanismo que opera en la inyección. La
roca finamente fisurada puede acusar una absorción elevada de agua y,
sin embargo, no ser susceptible de tratamiento con una lechada de
agua y cemento, porque los granos de este tienen un diámetro mayor
173
que la abertura de las grietas. La correlación de los datos presentados
en el Cuadro Nº45, con la modulación de las fracturas estimada en los
corazones de la roca facilita la interpretación de las pruebas Lugeon.
De acuerdo con las investigaciones de Baker, la presión de inyección
decrece rápidamente hacia el interior de la grieta como se muestra en la
Figura Nº48 y, en consecuencia, la velocidad de escurrimiento del
fluido. Por otra parte, se sabe que a partir de cierta velocidad crítica las
partículas en suspensión empiezan a decantar, siendo dicha velocidad
tanto más alta cuanto mayor es la concentración de sólidos. Datos
experimentales demuestran que partículas de 0.05 mm tienen velocidad
de deposición del orden de 3 a 4 cm/seg y que es necesario aumentarla
a valores de 20 a 30 cm/seg para volverlas a poner en suspensión
(Cambefort, 1964).
Apoyado en esta información, Cambefort explica el sellado de una
grieta con una mezcla inestable mediante el proceso ilustrado en la
Figura Nº48. La sedimentación progresa en profundidad el principio y se
forma un depósito a corta distancia, el cual ocasiona una alteración
importante en la distribución de presiones. Las velocidades van
disminuyendo aguas arriba, decantándose los granos de cemento en el
tramo comprendido entre el primer tapo y la perforación. Esta teoría
concuerda con observaciones hechas en cortes de grietas inyectadas
para estudiar la distribución de las partículas de cemento.
174
Figura Nº48: VARIACIÓN DEL PROCESO DE INYECCIÓN EN GRIETAS
Fuente: Presa de Tierra y Enrocamiento: Raul J. Marsal y Daniel Resendiz N.
5.2.3.6. PRESIONES DE INYECCIÓN
De acuerdo con las consideraciones anteriores, la presión durante el
inyectado juega un papel importante. En principio, es necesario operar
con las presiones más altas que resulten admisibles, para abrir las
175
fisuras y penetrar a mayor profundidad. Sin embargo, hay limitaciones
sobre este particular; la principal es que no provoque el levantamiento
de las formaciones, con pérdida de lechada o daño a la roca. Cambefort
ofrece cálculos estimativos de las presiones que son tolerables en
masas de roca, aplicando formulas de la elasticidad; por ejemplo,
concluye que puede operarse con presiones de 16 kg/cm2 a 10 m de
profundidad y más de 70 kg/cm2 a partir de 20m bajo el nivel del
terreno. La técnica norteamericana toma como base le peso propio de
la roca y prescribe incrementos de la presión en función de la
profundidad, resultando valores de 2 y 4 kg/cm2 para los casos antes
considerados.
Los partidarios de la aplicación de altas presiones en rocas fisuradas
consideran que:
a) se abren las grietas finas por deformación de la roca, facilitando la
penetración de la mezcla, y
b) al abatirse la presión, la roca se descomprime estableciendo un buen
contacto con el producto inyectado.
5.2.3.7. NORMAS GENERALES
El tratamiento depende de las características que presentan las grietas
o soluciones de continuidad, cuando estas son de grandes
dimensiones, aparecen rellenos con arcillas o arenas y gravas se
plantea entonces el problema de dejar estos materiales o eliminarlos.
Esta última operación es difícil y costosa. Se requiere inyectar agua y
aire alternativamente, para provocar el desprendimiento y arrastre del
relleno; la limpieza es parcial, de manera que solo en casos muy
particulares ha sido recomendado.
176
En calizas cársticas se localizan cavernas de grandes dimensiones; por
ejemplo, en las presas Benito Juárez, Oax., La Boca, N.L. y Presidente
Alemán, Oax., el relleno de concreto se hizo previa limpieza con agua a
presión; posteriormente, se ejecutaron inyecciones de cemento y agua.
Cuando las grietas que presenta la roca tienen aberturas variables entre
1cm. y varios decímetros, es usual el tratamiento preliminar a base de
una suspensión estable (arcilla o bentonita, cemento, silicato de sodio y
arena fina); se controla la cantidad a inyectar con la presión, duración y
consistencia de la mezcla. Después que este producto ha fraguado, se
reperforan los barrenos e inyecta lechada de cemento.
Las rocas fisuradas son tratadas exclusivamente con suspensiones
inestables, compuestas en general por la mezcla de agua y cemento.
La proporción de estos ingredientes es de gran importancia, pues si al
relación agua – cemento (A/C) es baja, los sólidos se sedimentan en
forma rápida y obturan las entradas de las grietas en la perforación;
cuando A/C es alta, la lechada penetra a gran profundidad sin ningún
objeto y puede provocar movimientos de la roca en la parte superior.
La inyección de mezclas inestables se suspende al alcanzar el rechazo,
o sea, la presión máxima que ha sido especificada con base en el tipo
de roca, fisuración y profundidad. Si la relación A/C se escoge en forma
adecuada, a gasto constante, la presión va creciendo paulatinamente
hasta llegar al rechazo. Sin embargo, normalmente no ocurre así, pues
es muy difícil seleccionar el valor A/C correctamente, o bien, no es
práctico variarlo con frecuencia durante el inyectado de un barreno.
Para escoger la relación agua – cemento, Cambefort recomienda tomar
como base el número de unidades Lugeon de las pruebas de absorción
previamente realizadas en la perforación. Las reglas que el citado autor
sugiere como guía para el encargado de inyecciones, son las
siguientes:
177
De 1 a 2 Lugeons, comenzar el inyectado con A/C = 8 y llegar al
rechazo con 4.
De 2 a 5 Lugeons, iniciar con A/C = 8, pasar a 4 y obtener el rechazo
con 2, si este no se alcanza con el anterior valor de A/C.
De 5 a 10 Lugeons, empezar el trabajo con A/C = 4, continuar con 2, y
si el rechazo no ocurre aumentar A/C a 1.
Cuando la absorción de agua es mayor que 10 Lugeons, es
recomendable tratar previamente la roca con una suspensión estable.
El inyectado de las rocas agrietadas se realiza en barrenos de 5 cm. de
diámetro (broca AX o similar), distantes entre sí de acuerdo con
estimaciones hechas teniendo en cuenta el tipo de agrietamiento y la
presión de rechazo admisible. La operación se ejecuta por progresiones
5 m de abajo hacia arriba o de la superficie a la parte profunda. La
principal ventaja del primer método es que se independizan los trabajos
de perforación y de inyectado, pero requiere el uso de empaques u
obturadores. En algunas ocasiones se ha inyectado el barreno en toda
su longitud, recirculando la lechada para evitar la sedimentación; pero
tiene el inconveniente de no poderse ajustar la relación agua – cemento
de acuerdo a la fisuración de la roca.
5.2.3.8. TAPETES Y PANTALLAS
El plan de inyecciones con lechadas estables y suspensiones inestables
depende de las características de las soluciones de continuidad que
presenta la roca. En proyectos importantes por la altura de la presa o
por las condiciones desfavorables de la roca, es usual desarrollarlo en
dos etapas:
a) el tratamiento superficial bajo el núcleo impermeable mediante un
tapete de inyecciones, y
178
b) el tratamiento profundo, desde la superficie o galerías, inyectado
perforaciones dispuestas según una o más líneas, para formas una
pantalla supuestamente impermeable.
Tapetes. Si la roca de cimentación es masiva y solo presente
ocasionalmente grietas importantes, el tratamiento superficial se
circunscribe al inyectado de dichas fracturas. Cada una intercepta con
barrenos perforados a ambos lados de la grieta y se inyecta con
lechada de cemento, a presiones estimadas con el criterio del U.S.
Bureau of Reclamation, o sea, a razón de un psi pie lineal de
profundidad; esta es del orden de 10 m y la operación se realiza en dos
progresiones de 5m, mediante el uso de empaques de cuero o hule.
Cuando la roca presenta fracturas y fisuras regulares en toda el área de
desplante del corazón impermeable, se proyecta un tapete de
perforaciones verticales o inclinadas, según el echado de las grietas,
distribuidas en una retícula; el esparcimiento entre barrenos es de 3m,
aproximadamente. Las lechadas son suspensiones inestables con
relación A/C variable de 2 a 10, y en ocasiones se requiere la adición de
arena fina, dependiendo de las características y dimensiones del
fracturamiento. La profundidad del tapete suele estar comprendida entre
5 y 10 m el inyectado se realiza en una o dos progresiones. Se aplican
las normas del USBR en cuanto a presión de inyectado.
Si el fracturamiento es tan intenso que para poder efectuar las
inyecciones de tapete se requiere cubrir la superficie con una losa de
concreto, ejercer un buen control de presiones durante el inyectado,
usando empaques y vigilar los niveles de la superficie de cimentación.
Pantalla. Están formadas por la inyección de una serie de
perforaciones, dispuestas en una o más líneas paralelas, bajo el
corazón impermeable; alcanzan profundidades que dependen
principalmente de las características geológicas del sitio y la carga de la
presa.
179
En general, se acepta que la profundidad de la pantalla sea del orden
de la mitad de la carga hidráulica, a menos que otras circunstancias
(zonas fuertemente fracturadas en uno de los empotramientos,
presencia de contactos permeables gran profundidad, etc.) aconsejen
desviarse de esta regla empírica.
La inclinación y el esparcimiento de los barrenos dependen del módulo,
rumbo y echado del fracturamiento, y en su caso, de planos de
estratificación. Cuando el inyectado se realiza en un solo plano, se
acostumbra iniciar el tratamiento con perforaciones espaciadas cada
5m, y mediante los consumos de lechada registrados, determinar los
tramos en que deben intercalarse otras perforaciones. Con el mismo
criterio, en etapas sucesivas se decide dónde y a que profundidad debe
efectuarse el inyectado para lograr una mejor impermeabilización de la
roca. La práctica europea, además del método anterior, prefiere el uso
de barrenos inclinados en dos direcciones opuestas y contenidas en el
mismo plano de la pantalla, a fin de cubrir mejor los defectos de la
cimentación y verificar los efectos del inyectado en sus diversas fases,
atendiendo a los consumos de lechada y los resultados de pruebas
Lugeon.
En algunas presas se han realizado pantallas inyectando barrenos en
dos o tres planos, con las normas antes descritas. Existe gran
divergencia de opiniones a este respecto. Por ejemplo, Casagrande
(1961) presento, en la Primera Conferencia Rankine, evidencia
piezométrica, según la cual, la efectividad hidráulica * era prácticamente
nula en los pocos casos observados de pantallas realizadas inyectando
una sola línea de barrenos. No obstante, se continúan construyendo
pantallas de este tipo en una forma casi sistemática, salvo
cimentaciones en que los defectos de la roca son insignificantes (ASCE,
1972). Debe continuarse la observación de la efectividad en gran
número de presas antes de que pueda resolverse cuando es necesaria
la pantalla y como debe ejecutarse.
180
5.2.3.9. COSTOS APROXIMADOS
De acuerdo a los archivos encontrados en la bibliografía, se tiene el
siguiente presupuesto estimado de inyección. Cuadro Nº46
Cuadro Nº46: PRESUPUESTO APROXIMADO DE INYECCIÓN DE CONSOLIDACIÓN
RENDIMIENTO T/DIA 2.4000 Costo unitario directo por US$: TON 338.13
CODIGO DESCRIPCION DE RECURSOS UNIDAD CUADRILLA CANTIDAD PRECIO US$. PARCIAL US$
0147000032 INYECTADOR HH 2.0000 6.6667 5.20 34.67
0147010003 AYUDANTE DE INYECTADOR HH 4.0000 13.3333 3.60 48.00
82.67
0202970002 BENTONITA TON 0.0520 770.64 40.07
0229030003 LIGNOSULFONATO KG 0.0230 0.46 0.01
0229030004 ARENA PARA INYECCION M3 1.0000 13.88 13.88
0229030005 AGUA M3 0.3750 5.00 1.88
0254110090 CEMENTO PORTLAND I TON 1.0500 125.50 131.78
187.62
0349880002 MANGUERAS, HIDROMETROS, MANOMETROS HM 1.0000 3.3333 0.51 1.70
0337020051 EQUIPOS DE INYECCION T/DIA 1.0000 3.3333 17.36 57.87
0337010001 HERRAMIENTAS MANUALES %MO 10.0000% 82.67 8.27
67.84
MANO DE OBRA
MATERIALES
EQUIPOS
De acuerdo con el consumo medio de cemento (kg/m): 300 kg/m (Fuente:
CYPE Ingenieros SA)
http://valencia.generadordeprecios.info/AMI/AMI010.html.
Se tiene que el costo de S/. 1,117 la tonelada o $. 335 el metro.
5.2.4. IMPERMEABILIDAD DE LA CIMENTACIÓN DE LA PRESA IRURO
Las condiciones de impermeabilidad del embalse están sujetas a los
aspectos topográficos, geológicos e hidrológicos.
Topográficamente el Vaso de Iruro se encuentra a una cota inferior con
relación a las cuencas de los alrededores NE y W, lo que asegura que las
fugas de agua en estas direcciones sean nulas.
181
El mismo factor topográfico muestra que el Vaso se encuentra alto con
relación a las cuencas en el flanco sur o sea del final del Cañón hacía
aguas abajo del río Iruro, siendo este la única dirección de posibles fugas
de agua, especialmente hacía las cuencas vecinas aguas abajo del Cañón
que conforma el río Iruro.
El Vaso presenta buenas condiciones de impermeabilidad y la posible fuga
que agua que se producirá será por el lado sur del vaso o sea la que da a
la cuenca de Pucasalla. Este sector corresponde al lado del estribo
izquierdo de la Presa Iruro y en es sobre esta zona en la cual se ha
prolongado el cuerpo de Presa con su respectivo Plinto y en donde se
precisan inyecciones de impermeabilización debido a que en el Proceso
constructivo no fueron completadas en su totalidad.
El macizo rocoso de derrames volcánicos intercalados con Tufos y
Areniscas Tufáceas que predomina a lo largo del eje proyectado para la
Presa Iruro y por debajo del suelo coluvial o fluvio-aluvial en el área de
embalse (del tipo limo-areno-arcilloso) presenta diaclasas y fracturas con
una apertura no mayor a 5.0 mm que se encuentran rellenadas con arcilla y
que determinan una media a alta permeabilidad secundaria a través de las
fisuras y grietas de la roca.
De los resultados de los ensayos de Permeabilidad “in situ” realizados en
los 03 sondeos sobre el eje de Presa y que constituyen pruebas para
cuantificar la impermeabilidad de la cimentación luego de haber realizado
inyecciones de consolidación e impermeabilización en la etapa de
construcción de las década de los 80’, se ha determinado valores máximos
de permeabilidad de 1.0x10-3 cm/s hasta valores mínimos de 2.0X10-6
cm/s; con un valor medio para toda el área del cierre igual a 10-5 cm/s.
En la etapa de investigaciones geotécnicas definitivas (Década de los 60’ y
80’) para efectos de determinar la permeabilidad del subsuelo de
cimentación se realizaron muchas pruebas de Permeabilidad tipo Lugeón o
182
Lefranc dependiendo del tipo de material; en cada uno de los sondajes
realizados, tanto en el embalse como en la zona de cierre.
Estas investigaciones proporcionaron una abundante y valiosa información
que concluían en términos generales que el valor medio de la
permeabilidad se encontraba en un calificación cualitativa semipermeable y
con un valor entre 10-4 cm/s a 10-5 cm/s.
Asimismo, indicaron claramente que a partir de los 40.0 m a 50.0 m de
profundidad con respecto al nivel del terreno, la permeabilidad aumentaba
notoriamente, siendo en este caso de calificación permeable y con un valor
medio de 10-4 cm/s. Inclusive se determinó mediante las investigaciones
con perforaciones diamantinas que en algunos sectores (Estribo izquierdo)
y a profundidad (Mayor a 40.0 m) existían vacíos o grietas de especial
importancia (oquedades en el suelo hasta de 3.0 m de espesor) que
permitirían una fácil fuga del agua y serían limitantes para la adecuada
impermeabilización del subsuelo de cimentación.
Esta situación fue ampliada, corroborada y complementada con los
Estudios Definitivos que se hicieron en la década de los 80´ por el
Consorcio OIST-INTECSA, donde ya se habla claramente de la presencia
de fallas y grietas en el eje de la Presa Iruro y que influye particularmente
en los valores de permeabilidad secundaria que se da exclusivamente a
través de las diaclasas del macizo rocoso de cimentación.
Esta información originó que en el Diseño y Construcción de la Presa Iruro
se tuviese especial importancia en la permeabilidad de la cimentación, la
cual se proyectó sellar en base a inyecciones de impermeabilización que
inicialmente se distanciaron 5.0 m y que finalmente terminaron hasta en 1.0
m. De hecho que este menor espaciamiento fue a requerimiento de los
resultados de las inyecciones de impermeabilización las cuales no
llegaban sellar y se consumían la lechada de agua-cemento sin lograr
sellar y sin presencia de rechazo.
183
Una hipótesis para esta explicar esta situación es que las grietas y
diaclasas que se encuentran siempre desde la superficie del terreno en el
macizo rocoso de cimentación están interconectadas hasta profundidad
con las diaclasas a partir de los 40.0 m y donde se tiene una mayor
permeabilidad (Mayor cantidad de diaclasas) o en todo caso se tiene la
posibilidad de encontrar oquedades, grietas o fisuras de especial
importancia por donde se puede haber perdido gran parte de la lechada de
cemento inyectada al crearse un canal continuo por donde pudo haber
fluido libremente y sin ningún tipo de resistencia.
Por otro lado, los valores de permeabilidad encontrados con las
investigaciones de campo. realizados en el año 2009 no difieren
sustancialmente de los encontrados en las etapas de investigación
antecedente e inclusive luego de haber realizado inyecciones de
impermeabilización y consolidación durante el proceso constructivo de la
década de los 80’ por lo que una conclusión del estado actual de
impermeabilidad de la cimentación de la Presa Iruro es que aún no se ha
logrado sellar hasta los valores mínimos recomendados 10-6 cm/s y se
requiere aún continuar con los trabajos de inyección para
impermeabilización.
El valor promedio actual de la permeabilidad total en el macizo rocoso de la
cimentación (10-5 cm/s) se encuentra gobernado por la pérdida y filtración
de agua que se da a través de las grietas y fisuras; ya que la matriz de la
roca andesita en condiciones sanas es prácticamente impermeable.
Por las consideraciones anteriormente expuestas, se concluye lo siguiente:
a).- A lo largo del eje de Presa que comprende el cuerpo principal y los
estribos de la misma. La filtración de agua por debajo de la cimentación se
encuentra gobernada por la permeabilidad secundaria del macizo rocoso
de aglomerados volcánicos y tufos y areniscas tufáceas con valores
promedio de alrededor de 10.0-4 cm/s a 10.0-5 cm/s.
184
b).- Se requiere complementar la impermeabilización de la cimentación que
queda por debajo del cuerpo principal de la Presa Iruro, utilizando para tal
efecto inyecciones de impermeabilización que parten del Plinto ya
construido.
La mayor problemática de filtración se da justo en el fondo del cauce del río
Iruro y sobre los flancos con afloramiento de roca volcánica donde el
fracturamiento es severo y existe un proceso de infiltración de aguas por un
medio secundario (Diaclasas y Fracturas con apertura de hasta 5.0 mm
rellenas de arcilla); sumado esto al hecho de que en esta zona se tiene la
mayor carga de agua actuando sobre el cuerpo de Presa e igual a 50.0 m.
En conclusión, las aguas que han de quedar almacenadas en la Presa
Iruro, se han de perder por filtración por debajo de la cimentación del
cuerpo principal de la Presa, como lo demostrado en la simulación, pero
esta no es considerable, estas pérdidas de agua se darán a través de un
medio cuya permeabilidad en promedio es igual a 10.0-5 cm/s; sin embargo
se requiere mayores estudios sobre la cimentación de la Presa.
5.3. DISEÑO DE LA IMPERMEABILIZACIÓN DE LA CIMENTACIÓN DE LA
PRESA
5.3.1. CONSIDERACIONES GENERALES
El requerimiento de inyecciones para la cimentación de la Presa Iruro, ha
tomado en cuenta los factores principales siguientes:
a).- Altura de la Presa
La Altura total de la Presa Iruro es igual e 50.0 m y la carga útil máxima de
agua es de 43.69 m. Se trata del proyecto de una Presa Alta para
almacenamiento anual de agua. La presión máxima transmitida por la
carga de agua al terreno de cimentación es igual a 5.00 Kg/cm2 y el
185
gradiente hidráulico máximo que hace que el agua percole a través de la
cimentación es igual a:
H
iL
Donde:
i: Es el gradiente hidráulico que actúa por debajo de la cimentación
H: Es la diferencia de carga de agua, aguas arriba y debajo de la Presa
L: Es la longitud del recorrido del agua de filtración
Para el Proyecto de la Presa Iruro se tiene lo siguiente:
H = 50.0 m
L = 250.0 m
i = 0.200 m/m
De acuerdo a la altura de la Presa, la profundidad de influencia de las
inyecciones proyectadas debe alcanzar hasta un máximo de 50.0 m; el
cual, ha sido el valor que se ha utilizado en las inyecciones realizadas
durante la Fase de construcción de la Presa Iruro en la década de los 80’.
Las inyecciones de la fase de construcción se realizaron para perforaciones
con profundidades que van desde los 10.0 m hasta los 50.0 m.
b).- Permeabilidad de la roca
Los resultados de todas las Pruebas realizadas para la zona de cierre,
indican que los valores de permeabilidad de la cimentación oscila desde un
mínimo de 2.0x10-6 cm/s hasta un máximo de 10-4 cm/s y un valor promedio
de 10-5 cm/s; sin embargo, en algunos Sondajes realizados en la década de
los 60’ se han obtenido valores de permeabilidad altos (10-3 cm/s) que
indican la presencia de un material muy permeable y también oquedades
en el subsuelo, generalmente por debajo de los 40.0 m que han
determinado finalmente que las inyecciones de impermeabilización se
186
hayan densificado por la imposibilidad del sellado en la etapa de
construcción de la Presa.
Esta última situación debido a que durante las inyecciones de lechada de
cemento no se ha podido lograr la obturación y el sellado integral del
subsuelo de cimentación y por consecuencia se mantiene la presencia de
rocas muy fracturadas donde los niveles de permeabilidad son aún altos y
con la posibilidad de que inclusive en las actuales condiciones, la fuga de
aguas a través de las diaclasas y fracturas se mantenga, por lo que se
deba proseguir con las inyecciones de impermeabilización en áreas
críticas, especialmente en el estribo izquierdo de la Presa Iruro.
El basamento rocoso de la Presa por debajo de la cobertura de tipo
residual y que luego de ser despalmada permite encontrar la roca
fracturada a una profundidad mínima de 1.0 m y a una profundidad máxima
de 2.0 m; se encuentra constituida básicamente por aglomerados
volcánicos del tipo andesita y basalto de color gris claro, cuya matriz tiene
una alta resistencia a la compresión simple (Mayor a 1,000 Kg/cm2).
Las fracturas tienen una apertura máxima de hasta 5.0 mm y en un gran
porcentaje se encuentran cerradas o rellenadas con algo de arcilla de color
marrón; sin embargo, las pruebas de permeabilidad en campo demuestran
que este relleno no contribuye sustancialmente a la impermeabilización
completa de las juntas por lo que los valores de permeabilidad no son
generalmente menores a 10-5 cm/s y constituyen una potencial pérdida de
agua por filtraciones particularmente para cargas de agua altas, como es
en el caso de la Presa Iruro.
Los valores de permeabilidad del subsuelo de la cimentación se encuentran
en términos generales entre 10-4 cm/s a 10-5 cm/s muy distantes del valor
mínimo requerido de 10-6 cm/s con el cual es posible asegurar la
estanqueidad de la zona de cierre; por lo que se concluye inicialmente que
dadas las actuales condiciones aún es necesario recomendar y proyectar el
187
sellado del subsuelo de cimentación mediante la utilización de Inyecciones
de impermeabilización.
Las perforaciones y pruebas de permeabilidad realizadas a partir de los
40.0 m indican claramente que los valores de permeabilidad son Altos (10-4
cm/s) e inclusive con la presencia de grietas, fracturas y oquedades que
determinan una mayor problemática de infiltración del agua almacenada.
c).- La tolerancia del caudal filtrado a través de la cimentación
El valor medio de la permeabilidad de la cimentación es 10-5 cm/s. Con este
dato y el gradiente hidráulico que actúa en la cimentación de la Presa se
calcula utilizando la Ley de Darcy la velocidad de la pérdida de agua, con la
expresión siguiente:
.V K i
Donde:
V: Es la velocidad de filtración del agua a través de la cimentación de la
Presa.
K: Es la permeabilidad promedio de la cimentación de la Presa.
i: Es el gradiente hidráulico que actúa sobre la cimentación de la Presa.
Reemplazando los datos siguientes:
K = 10-5 cm/s
i = 0.200 m/m
Se obtiene una velocidad igual a 0.1728 cm/día Este valor obtenido es
mucho MENOR que el límite permisible del orden de 2.50 cm/día a 5.0
cm/día (Valor basado en bibliografía especializada, experiencias y trabajos
similares realizados por el Consultor) y del valor hallado en la simulación,
por lo que queda claro que en estas condiciones se produce una filtración
moderada a través de la cimentación de la Presa.
Esta situación debe ser controlada a través de inyecciones de
consolidación en el flanco izquierdo de la Presa Iruro.
188
CAPÍTULO VI – CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1. CONCLUSIONES
Según el modelamiento numérico bidimensional realizado, existe un caudal
unitario de infiltración promedio bajo la cimentación de la Presa Iruro de q =
6.012E-05 m3/seg/m y una velocidad promedio 3.713 cm/día, lo que indica
una velocidad de infiltración moderada.
La principal limitación del diseño de la pantalla de impermeabilización de la
Presa Iruro radica en que en los tres Sondajes realizados por perforación
rotativa y que han alcanzado hasta una profundidad de 40.0 m no se ha
encontrado el basamento rocoso madre sana y que determinaría un nivel
de impermeabilización igual a cero.
En los Sondeos realizados en Fases anteriores la roca presenta un
fracturamiento medianamente marcado con valor de RDQ no mayor a 50%
y con una permeabilidad promedio marcadamente mayor a 10-5 cm/s. Esta
situación determina que en los 50.0 m de subsuelo investigado y a una
profundidad mayor no establecida, el agua almacenada en la Presa pueda
perderse por filtración subterránea debido a la inexistencia de un
basamento roca madre sano e impermeable y a que las actuales
condiciones de sellado con las inyecciones de impermeabilización
realizadas en la década de los 80’ no ha sido en su totalidad.
La cimentación de la Presa Iruro puede presentar excesiva pérdida de agua
por las puntas, fisuras, hendiduras, diaclasas, grietas y a lo largo de los
planos de falla. Por lo que se hace necesario continuar la
impermeabilización de la misma hasta una profundidad mínima igual a la
carga útil máxima de agua (Recomendación del USBR en su Libro: Diseño
de Presas Pequeñas) basada en inyecciones con lechada de cemento.
189
6.2. RECOMENDACIONES
Existe la necesidad de realizar investigaciones complementarias durante la
ejecución de la Presa, consistente en por lo menos tres perforaciones con
pruebas de inyección e impermeabilización justo en el cauce del río hasta
una profundidad de 50.0 m y que permita definir claramente donde se
encuentra el basamento madre de roca sana e impermeable o el grado de
fracturamiento de la roca con sus respectivos valores de permeabilidad a
efectos de definir el Programa más adecuada para inyecciones de
impermeabilización.
Las presiones de inyectado deben ser las máximas que la roca aguanta sin
que sus fisuras o grietas se abran por efecto de la penetración de la
lechada. No existen reglas que proporcionan los valores de un modo fijo,
pero por recomendación general este valor de presión no debe ser mayor a
10 veces el valor de la presión de confinamiento de la roca en un punto
determinado por lo que se recomienda que el valor mínimo al inicio del
inyectado se establezca igual a 5.0 Kg/cm2 y luego se vaya corrigiendo el
mismo por efecto de los resultados que se vayan encontrando durante la
operación.
Una excesiva presión de inyectado puede originar la falla del conjunto de
fisuras que se encuentra dentro del macizo rocoso de cimentación; por lo
que es necesario ir paulatinamente aumentando el valor de la presión de
inyectado dependiendo de la respuesta que se obtenga en la absorción de
la lechada de cemento durante las inyecciones. Una absorción excesiva de
lechada de cemento en un punto de inyección determina que se ha
producido la falla de la estructura del macizo rocoso y se requiere bajar la
presión de inyectado para ajustarlo hasta el valor límite.
La lechada de cemento ha de consistir en una proporción en volumen de
agua - cemento igual a 5:1 y debe inyectarse en cada punto hasta que se
consiga el rechazo de admisión de la misma o hasta que en la perforación
190
el macizo rocoso de cimentación no tome más de unos 30 Lt. de lechada
en 5.0 minutos, bajo una misma presión de inyectado.
191
BIBLIOGRAFÍA
ARCE HELBERG, J. La Geofísica Aplicada a la Microzonificación – Métodos de Prospección Geofísica en Estudios de Ingeniería, CISMID-UNI - (1991).
ASOCIACIÓN OIST S.A. (OFICINA DE INGENIERÍA Y SERVICIOS TÉCNICOS
S.A. - PERÚ) E INTECSA (INTERNACIONAL DE INGENIERÍA Y ESTUDIOS TÉCNICOS S.A. - ESPAÑA) Expediente Técnico a nivel constructivo de la Represa Iruro - 1987.
ASTM (1995) Norma Técnica de Exploración Geofísica, ASTM D5777
CISMID - UNI, (1992) ”Seminario Taller de Mecánica de Suelos y Exploración Geotécnica”.
CONSORCIO IRRIGACIÓN ACARÍ Estudio de Factibilidad del Proyecto Acarí – Bella Unión: II Etapa De La Construcción De La Represa Iruro – Informe Técnico - Geología, Geotecnia y Canteras Con Fines De Cimentación De La Presa Iruro Sobre El Rio Iruro (Informe Final) – Enero 2010.
DEPARMENT OF THE ARMY CORPS OF ENGINEERS Geophysical Exploration – Engineering and Design. USA. Office of the Chief of Engineers - (1979).
DIVID KEITH TODD, PH D
Hidrología (Aguas Subterráneas)-1980
ING. JORGE E. BRIONES GUTIERREZ Presas de Tierra y Enrrocamiento – Resistencia a la Falla por Filtración – Primera Edición Lima – Perú 1994.
MARTÍNEZ VARGAS A.
Geotecnia para Ingenieros – Principios Básicos, Lima – Perú - (1990).
MENESES LOJA, J. CISMID - UNI Ensayo de Prospección Sísmica - (1991).
MIGUEL ANGEL TOLEDO MUNICIO
Tesis Doctoral - Presas de Escollera sometidas a sobrevertido. Estudio del Movimiento del agua a través de la escollera y de la estabilidad frente al deslizamiento en masa – 1997
MINISTERIO DE FOMENTO Y OBRAS PÚBLICAS, DIRECCIÓN DE IRRIGACIÓN, SUB - DIRECCIÓN DE PROYECTOS, DIVISIÓN DE REPRESAS Y CIMENTACIONES, DEPARTAMENTO DE EXPLORACIONES DE MECÁNICA DE SUELOS
192
Informe Técnico N° 13 Proyecto Acarí – Represamiento del río Iruro - Estudio Geológico Preliminar del Embalse de Iruro (Memoria Descriptiva) - Lima, Octubre de 1969.
MINISTERIO DE AGRICULTURA Y PESQUERÍA, DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS E IRRIGACIÓN, DIRECCIÓN DE IRRIGACIÓN, SUB- DIRECCIÓN DE PROYECTOS, DIVISIÓN DE REPRESAS Y CIMENTACIONES, DEPARTAMENTO DE EXPLORACIONES DE MECÁNICA DE SUELOS Informe Técnico N° 15 Proyecto Acarí – Represamiento del río Iruro - Estudios ampliatorios de investigaciones de cimentación y áreas de préstamo - Lima, Octubre de 1969.
MINISTERIO DE AGRICULTURA Y PESQUERÍA, DIRECCIÓN GENERAL DE AGUAS E IRRIGACIÓN, DIRECCIÓN DE IRRIGACIÓN, SUB- DIRECCIÓN DE PROYECTOS, DIVISIÓN DE REPRESAS Y CIMENTACIONES, DEPARTAMENTO DE EXPLORACIONES DE MECÁNICA DE SUELOS Informe Técnico N° 16 Proyecto Acarí – Represamiento del río Iruro - Estudios complementarios de investigación de áreas de préstamo - Lima, noviembre de 1969.
O. C. ZIENKIEWICZ, FRS Y R. L. TAYLOR El Método de los Elementos Finitos: Formulación Básica y Problemas Lineales –
Cuarta Edición.
P. NOVAK, A. I. B. MOFFAT, C.NALLURI Estructuras Hidráulicas – Segunda Edición – Mc Graw Hill.
RAUL J. MARSAL Y DANIEL RESENDIZ NUÑEZ Presas de Tierra y Enrrocamiento – Limusa, 1975.
REYNA S. V. R – FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICA Y NATURALES
DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOVA Modelos analíticos y numéricos para la determinación de infiltración en Presas de Material suelto, análisis de su uso y sensibilidad – Argentina 2001
SECRETARIA GENERAL DE OBRAS DEL DEPARTAMENTO DEL DISTRITO FEDERAL Manual de Exploración Geotécnica, México - (1988).
SLIDE V.6.0
Manual Slide v. 6.0.
UNITED STATES DEPARTMENT OF THE INTERIOR - BUREAU OF RECLAMATION Desing of Small Dams – Third Edition, 1987.
193
ANEXOS
1. PLANO Nº1: PGL – 01: GEOLOGIA LOCAL DEL ÁREA DE ESTUDIO.
2. PLANO Nº2: PG – 03: PLANO GEOLOGICO SITIO PRESA IRURO.
3. PLANO Nº3: DE – 01: DISTRIBUCIÓN DE ESTRUCTURAS EN LA PRESA
IRURO.
4. PLANO Nº4: PUI – 01: UBICACIÓN DE LOS PUNTOS DE PERFORACIÓN
PARA LAS INVESTIGACIONES REALIZADAS.
5. PLANO Nº5: LEP – 01: LINEAS DE ESTUDIO PROPUESTOS PARA EL
ANÁLISIS DE INFILTRACIÓN.
6. PLANO Nº6: PGA – 01: PERFILES GEOLÓGICOS PLANTEADOS PARA
EL ANÁLISIS.
7. PLANO Nº7: PN – 01: PLANTEMIENTO NUMERICO PARA EL
DESARROLLO DE CALCULO DE INFILTRACIÓN.
8. PLANO Nº8: G – 2A: PERFIL GEOLÓGICO Y SONDAJES DIAMANTINOS
DE LA BOQUILLA
9. PLANO Nº9: G – 2B: PERFIL GEOLÓGICO Y SONDAJES DIAMANTINOS
DE LA BOQUILLA
10. VALORES DE VELOCIDAD NODAL DE LOS ELEMENTOS FINITOS