diseño de muros para presas

8/18/2019 Diseño de Muros Para Presas

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Diseño y aspectos constructivos de

muros colados en presas CFRDEn este trabajo se exponen algunas experiencias recientes en la construcción de los muros

colados, algunos criterios utilizados en su diseño, su auscultación y distintas medidas

tendientes a la mejor obtención de los objetivos buscados. La experiencia alcanzada en los

proyectos desarrollados en nuestro país brindan una importante base de información a ser

utilizada en futuros proyectos.

DISEÑO Y ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE MUROS COLADOS EN PRESAS CFRD

RESUMEN: La mayoría de las presas CFRD que son presentadas en la literatura técnica

se construyen vinculando la cara de hormigón al plinto fundado en roca. Las losas de la

cara de hormigón, el plinto y la cortina impermeable complementan los elementos estancos

en el diseño de estas presas. En la región cordillerana de Chile (Puclaro, Santa Juana y El

Bato) y Argentina (Potrerillos y Los Caracoles) se han construido en los últimos años varias

presas del tipo CFRD fundadas sobre mantos aluviales de importantes espesores, lo cual no

es usual en otras partes del mundo; asimismo algunos de los proyectos hidroeléctricos de

nuestro país, en curso de concreción, contemplan igual solución. Con el objeto de

impermeabilizar el aluvión de fundación de la presa se han construido muros colados que

se vinculan con la cara de hormigón a través del plinto flotante fundado sobre el propio

cauce aluvial. Las losas de la cara de hormigón, el plinto flotante, el plinto en roca en los

estribos, el muro colado y la cortina de impermeabilización por debajo de éste último

completan el diseño de los órganos de estanqueidad en estas presas.


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INTRODUCCIÓN

En la mayoría de la construcción de presas de embalse, se considera como uno de los

principales criterios de diseño, la impermeabilización de la presa propiamente dicha, su

fundación, las márgenes donde la presa se implanta y el contacto entre las distintas partes de

la misma.

En general, las presas se fundan sobre mantos impermeables, o relativamente impermeables,

de macizos rocosos de distinta calidad, los cuales reciben el tratamiento de

impermeabilización correspondiente. Los criterios de diseño contemplan la excavación de

los materiales que se encuentran por sobre los niveles rocosos, para implantar la presa de

embalse, según la solución de diseño que haya sido considerada.

No obstante, existen otras situaciones en donde los niveles de roca, considerados

relativamente impermeables, se encuentran a una distancia tal que no pueden ser alcanzadospor la excavación convencional, siendo necesario implementar un método alternativo para

alcanzar los niveles definidos. Los materiales ubicados entre el nivel de fundación de la presa

y la roca subyacente, están normalmente constituidos por aluviones naturales de diferentes

características y granulometrías.

El método alternativo que se ha utilizado, responde a la técnica del “muro colado” o “pared

moldeada”, constituido por un muro de hormigón que vincula la estructura de estanqueidad

o cara de hormigón de la presa, con el estrato inferior, techo de roca o materiales de fundación

considerados estancos, en términos relativos.

No obstante, cabe mencionar que en algunos proyectos se han utilizado técnicasalternativas

de impermeabilización, para el tratamiento de este sector, como por ejemplo inyecciones en

aluviones (técnica de tubos de manguito), las cuales son ejecutadas en varias líneas y con

tecnología altamente especializadas, debiendo enfrentar la heterogeneidad que normalmente

caracteriza estos materiales.

En general las presas que se construyen adoptando la solución de muro colado, corresponden

a presas de materiales sueltos, atendiendo a que las presas de hormigón, por los niveles de

tensión que trasmiten a la fundación requieren su fundación en roca sana y, en consecuencia,

cuando el espesor de aluviales es importante se eligen soluciones de presas con materiales

sueltos.

En la región cordillerana de Argentina y Chile existen una serie de proyectos, en general

correspondiente a presas CFRD, ubicados en valles con importantes espesores de materiales

aluviales, los cuales suministran un excelente material para la construcción de los terraplenes


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de la presa, pero imposibilitan la fundación de la estructura de cierre (plinto) sobre roca en

todo su recorrido, siendo necesario recurrir a soluciones de cierres indirectos, con la

utilización de muros colados.

El muro colado es un elemento estanco, embutido en los aluviones de fundación,

relativamente más permeables, que contienen e imponen las deformaciones al mismo

producidas por las cargas gravitatorias en la etapa constructivas de la presa y las cargas del

embalse en la etapa de llenado y operación del embalse. El diseño debe contemplar la

vinculación y compatibilidad de deformaciones de esta membrana estanca con los elementos

estructurales con los que se vincula.

Los proyectos desarrollados, y actualmente en operación, permiten formular una serie de

recomendaciones que pueden ser utilizadas para proyectos similares, considerando que una

gran parte de las presas cuya ejecución se plantea en nuestro país, han contemplado la

utilización de muros colados.

USO DE MUROS COLADOS EN PRESAS

La utilización de muros colados como parte del proyecto definitivo, formando parte del

tratamiento de fundación de una presa, es una técnica usualmente utilizada para alcanzar dos

objetivos principales:

1. Conformar una estructura resistente a la erosión, colocándose al pie de vertederos, por

ejemplo, para lo cual se implementan anclajes horizontales a los efectos de su adecuado

comportamiento frente a cargas asimétricas en ambas caras del muro.

2. Conformar una estructura para impermeabilizar mantos de suelos relativamente

permeables, como aluviones de río, constituyendo un elemento de cierre.

Cuando al muro colado se lo utiliza para la impermeabilización de aluviales, el mismo debe

será adaptado a las características de la presa.

Es así que en el caso de presas con núcleos centrales de suelos impermeables, el

muro colado se incorpora por debajo del núcleo, logrando un cierto solape entre

ellos.


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Figura 1 – Muro colado en presas con núcleo

Por el contrario, en aquellas presas en donde el elemento de estanqueidad está

constituido por un revestimiento en el talud de aguas arriba, como las presas con

cara de hormigón, el muro colado se posiciona en el alineamiento correspondiente

al pie del talud, siendo necesario establecer un elemento de vinculación entre

ambos para conformar el cierre estanco. En la siguiente figura se muestra la

disposición del muro colado para la presa de El Bato.

Figura 2 – Presa El Bato – Muro colado al pie del talud de aguas arriba

En ambos casos el muro colado alcanza, por su extremo inferior, un manto

considerado, en términos relativos, estanco con respecto al material que lo cubre, o

la profundidad definida por el diseño. Normalmente el manto impermeable está

constituido por el “bed rock” que conforma el fondo del valle, cubierto por material

aluvial.


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EXPERIENCIAS CERCANAS

Si bien en la bibliografía no existen demasiados proyectos en donde ha sido utilizada

la técnica de muros colados, es destacable que en nuestra región se han presentado

varios proyectos, ejecutados recientemente, donde estos procedimientos han sido

utilizados, localizados en la zona cercana a la Cordillera de los Andes.

Nos referimos específicamente a las presas de Potrerillos y Los Caracoles

(Argentina) y las presas de Puclaro, Santa Juana y El Bato (Chile). Casualmente

estas presas corresponden a soluciones tipo CFRD (presas de gravas con cara de

hormigón), donde existen una serie de aspectos comunes que pueden aportar

importante experiencia a ser utilizada en futuros diseños. En todos estos casos los

muros colados se construyen aguas arriba de la presa con cara de hormigón,

logrando la vinculación entre ambas por medio de un plinto sobre gravas,

denominado plinto flotante.

En el siguiente cuadro se realizar un resumen de las principales características que

han sido adoptadas para cada una de estas presas.

SantaJuana

Puclaro El Bato PotrerilloLosCaracoles

País Chile Chile Chile Argentina Argentina

Provincia /Región III Región IV Región IV Región Mendoza San Juan

Río Vallenar Elqui Illapel Mendoza San Juan

Tipo de presa CFRD CFRD CFRD CFRD CFRD

Altura presa (m) 103 80 56 120 136

Profundidad aluvial (m) 30 113 100 65 47

Profundidad murocolado (m)

30 60 40 65 47

Espesor muro colado

(m) s/d 0,80 0,80 1,00 0,80

Año de puesta enservicio

1995 2000 2010 2006 2009

Tabla 1 – Resumen de características principales presas consideradas


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CRITERIOS DE DISEÑO

La necesidad de fundar una presa de materiales sueltos sobre un valle de

importante espesor aluvial, utilizándose la técnica del muro colado, implica la

necesidad de utilizar criterios de diseño y construcción particulares que contemplen

esta situación.

Algunos aspectos particulares a ser considerados son los siguientes:

1. a) La construcción de muros colados responde a una tipología de trabajos,

donde la obra ejecutada no puede ser inspeccionada en forma directa, por estar

ubicada dentro del terreno. Resulta sumamente conveniente que los controles

usuales durante la ejecución (control de profundidad y verticalidad, control de

armaduras incorporadas, control del hormigón utilizado para el llenado, control

de las juntas, etc.), sean acompañados con controles posteriores a la ejecución,

tal como: perforación con extracción de testigos del hormigón del muro y de su

contacto con la fundación; perforación de las juntas entre paneles para verificar

estos contactos; ejecución de inyecciones de cemento en la roca donde el muro

se empotra; etc.

2. b) La propia estructura del muro colado, y su vinculación con la cara de

hormigón, que constituyen la cadena de elementos estancos de la presa, no

resultan accesibles durante su vida útil, con excepción de que el embalse

pueda ser totalmente vaciado, lo cual no es la situación usual. En tal sentido,deben ser consideradas distintas medidas de diseño, incluso redundantes, para

tratar de alcanzar las condiciones de funcionamiento establecidas, aun cuando

puedan presentarse defectos menores durante la vida útil de las estructuras.

A continuación se presentarán algunos criterios particulares de diseño y

construcción que permitirán considerar distintas soluciones utilizadas.

Profundidad de Muro Colado

En algunos casos el muro colado llega hasta el estrato rocoso de fundación,intentando cerrar la totalidad del manto permeable de la fundación de la presa, como

es el caso de Potrerillos, Los Caracoles o Santa Juana. La estanqueidad de la presa

se completa con una cortina impermeable profunda por debajo del contacto del muro

colado con la roca y que se ejecuta con caños camisa previstos con este objetivo

en el propio muro.


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En otros proyectos, como por ejemplo Puclaro y El Bato, se ha considerado el cierre

parcial del manto aluvial, con un muro colado que provoca el alargamiento de las

líneas de escurrimiento, pero no el cierre total del manto permeable. En el caso de

la presa Puclaro la profundidad del techo de roca es del orden de los 100m y el

cierre se realizó hasta 60m aproximadamente quedando el resto del cauce con unmaterial aluvial, de menor permeabilidad, sin tratamiento. En la Presa El Bato la

potencia de los aluviones es también del orden de 100m y el muro colado se

construyó hasta un 40 % del total de la profundidad máxima registrada, buscando

reducir subpresiones y caudales generados por la filtración. La presa de Santa

Juana, terminada en 1995, del tipo CFRD y de 114m de altura se fundó sobre un

manto aluvial de 30m de profundidad y el muro colado se construyó hasta la roca

basal.

Ambos criterios son aceptables y pueden ser aplicados, si los estudios específicosde ingeniería demuestran la viabilidad y aceptabilidad de los mismos. Naturalmente

que la decisión sobre uno u otro criterio, estará fuertemente condicionada por la

profundidad del manto aluvial existente en el sitio adoptado para la presa y los

procedimientos constructivos adoptados. Cuando se busca que el muro colado

cierre la totalidad del manto aluvial, se penetra en el manto rocoso inferior, una cierta

profundidad, para lograr un cierre “hidráulico” del mismo.

Un aspecto a considerar tiene que ver con la posibilidad de vías preferenciales de

circulación de agua en los aluviones por debajo de la cota de muro colado deproyecto y el probable riesgo de migración de materiales en la fundación. Estas vías

preferenciales son bastante frecuentes de encontrar en excavaciones de aluviones

donde se presentan mantos de gravas y/o bloques concentrados de mayor

permeabilidad. En algunos casos los sectores de mayor permeabilidad se registran

también durante la ejecución de estudios previos de permeabilidad donde no se han

podido ejecutar estos ensayos por la gran absorción del pozo o bien en la propia

construcción de muros colados donde ha habido importantes pérdidas de lodo

bentonítico.

Material del Muro Colado

El diseño de los muros colados para este tipo de solución, normalmente considera

el uso de hormigón convencional que es reforzado con armadura, a los efectos que

la estructura sea lo suficientemente dúctil para adaptarse a las deformaciones del


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aluvión y a su vez posea la resistencia necesaria para las solicitaciones a las que

se encuentra sometida.

No obstante existen algunos casos, en donde se ha utilizado un hormigón plástico,

cuya principal finalidad es la de adaptarse a deformaciones que por cargas

estáticas, o dinámicas, puedan incidir en el mismo. Este es el caso de Potrerillos en

donde por debajo del hormigón convencional armado, se ha colocado un hormigón

plástico que se adaptaba a los estados de deformación y tensiones impuestas y que

a su vez facilitaba el proceso constructivo.

Otra técnica complementaria que ha sido utilizada, asimismo en Potrerillos, se

refiere al empleo de un tratamiento de impermeabilización con la metodología de

Jet Grouting en las ventanas triangulares que se forman con el perfil de techo de

roca de mucha pendiente y donde se dificultaría la excavación con cuchara.

Merece mencionarse asimismo, que la técnica del Jet Grouting ha sido utilizada

para realizar un tratamiento en algunas presas en operación (por ejemplo Paso de

las Piedras, Provincia de Buenos Aires), para implementar el control de algunas

líneas preferenciales de filtración que afectaban el cuerpo de la presa.

Tratamiento Inferior del Muro Colado

Como se explicó la estanqueidad de la fundación se completaba con una cortina de

inyecciones profundas por debajo del contacto del muro colado y techo de roca. En

este contacto, durante el proceso de control se ha detectado la presencia de detritos

rocosos remanentes del proceso constructivo, restos de materiales finos que

pudieron haberse derrumbado de las paredes de la excavación durante el proceso

de colocación de armadura u hormigonado.

Estas discontinuidades decidieron tratarse de alguna forma una vez confirmada la

debilidad del contacto. En la Presa Potrerillos, luego del tratamiento con Jet –

Grouting y antes de realizar la cortina de inyecciones, se implementó un sistema de

extracción de estos materiales residuales introduciendo un doble ducto donde se

inyectaba aire a presión en uno de ellos y por el otro caño se producía el “barrido” y

extracción del material residual por efecto Venturi y con una herramienta

especialmente diseñada denominada “sorbona”. Luego estas zonas de contacto,

libres de material residual, se inyectaban a presión. La construcción de la cortina

profunda a posteriori y las perforaciones con extracción de testigos demostraron la

eficiencia de este tratamiento.


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En la Presa Los Caracoles el tratamiento se optimizó y se ejecutó en forma

sistemática en todos los paneles. En las fotos se indica parte de la secuencia de

lavado o extracción de materiales residuales y el proceso de inyección de los

contactos.

Figura 3 – Elementos para tratamiento de contacto paneles-roca

En ambas presas la eficiencia del tratamiento se pudo verificar con la caída de los

niveles piezométricos aguas abajo del muro colado. Este tratamiento cumple con la

principal función de vincular el muro colado con la roca inferior, eliminando la

posibilidad de ocurrencia de ventanas abiertas que puedan permitir el paso de

filtraciones hacia aguas abajo del cierre estanco y la probable migración de estos

materiales residuales.

Vinculación de Muro Colado con Cara de Hormigón

La vinculación superior del muro colado con la cara de hormigón que conforma el

órgano de estanqueidad de la presa, se realiza por medio de una estructura

denominada “plinto sobre gravas”, “plinto articulado”, o “losa de pie”.

La necesidad de desarrollar el plinto sin colocarlo sobre roca, como es usual en las

distintas presas CFRD, se implementa en el proyecto Salvajina (Colombia) donde,

para una parte del proyecto, fue necesario apoyarlo sobre suelos residuales.

Posteriormente se utilizó una estructura similar para la vinculación de muros colados

en aluviones con la cara de hormigón.

Considerando que el muro colado puede ser considerado estanco en sí mismo, al

igual que la cara de hormigón sobre la presa de materiales sueltos, los principales

criterios de diseño del plinto sobre gravas deben tener en cuenta los siguientes

aspectos:


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