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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA CIVILDpto. Académico de Mecánica de Suelos

El llenado en un embalse supone los siguientes efectos:

- Imposición de una carga en las laderas y fondo del valle equivalente a la altura de agua en cada punto del vaso.

- Elevación del nivel freático en las laderas del embalse.- Cambios en las condiciones hidrogeológicas de los materiales afectados.- Oscilación de los niveles freáticos en las laderas del embalse según las condiciones de

explotación del aprovechamiento.

Como consecuencia de estos efectos se producen cambios tensionales, cuyas consecuencias puede dar lugar a inestabilidades en las laderas del embalse. La situación más brusca se da cuando se produce un desembalse brusco en materiales de baja permeabilidad.

Ante riesgo de que se puedan producir estas situaciones de inestabilidad son necesarios los siguientes estudios.

1. Investigar antes de la construcción de la presa la existencia de deslizamientos o zonas inestables.

2. Evaluar la tipología y actividad de los deslizamientos, su geometría, volumen y distancia a la presa.

3. Analizar su estabilidad considerando la hipótesis de vaciado brusco.4. En el caso de ser posible el deslizamiento, debe valorarse su peligrosidad, pudiendo optar

por tomar medidas estabilizadoras, instrumentar la ladera durante la construcción y explotación, o bien reconsiderar el emplazamiento de la presa.

Los deslizamientos en un embalse, incluso los que no suponen riesgo para la seguridad de la presa, no deben ser destinados, ya que producen aportes de materiales sólidos, obstrucciones a los órganos de desagüe de la presa, y pérdida de capacidad del vaso.

9. ESTABILIDAD DE LADERAS EN EMBALSES


INFLUENCIAS EN LAS OSCILACIONES DEL NIVEL DE AGUA EN LA ESTABILIDAD DE LAS LADERAS DE UN EMBALSE

La explotación de un embalse supone periodos de llenado y desembalse que, en ocasiones, y por necesidad de laminación de avenidas, u otras causas, implican un desembalse brusco. Este es el caso más desfavorable para la estabilidad de las laderas, al generarse unas condiciones de desequilibrio por permanecer los materiales con elevadas presiones intersticiales que no se disipan con las mismas velocidades del descenso del nivel de agua en el vaso.


10.1 CONDICIONES GENERALES

La cimentación de una presa, independientemente su tipología, debe reunir las siguientes condiciones:

- Resistencia y estabilidad tanto del macizo de cimentación como de los estribos.- Deformabilidad compatible con las cargas de la presa.- Estanqueidad de la cimentación y control de las fuerzas de filtraciones con eliminación de

las subpresiones o reducción a los niveles exigidos por la estabilidad de la presa.- Estabilidad frente a erosiones internas y socavaciones.- Estabilidad frente a sismos y sus efectos inducidos (licuefacción, densificación, colapsos,

fallas activas, etc.).- Estabilidad frente a movimientos del terreno (deslizamientos, hundimientos, subsidencias,

etc.).

10.2 FUERZAS EJERCIDAS

La construcción de una presa modifica sustancialmente las tensiones naturales del macizo de cimentación, dando lugar a las siguientes fuerzas:

o Peso propio de la presa, que induce compresiones y esfuerzos cortantes.o Cargas hidráulicas como resultado de la explotación, que genera compresiones, esfuerzos

cortantes y reacciones.o Subpresiones en la base de la presa y fuerzas de filtración en el interior del macizo.

Entre las fuerzas de las de filtración son las de mayor trascendencia, por dos hechos importantes:

1. Las filtraciones a través de los poros y discontinuidades del macizo producen tensiones internas en el macizo proporcionales al gradiente hidráulico de filtración (perdida de carga por unidad de longitud).

2. El gradiente hidráulico no depende de la permeabilidad absoluta.

10. CONDICIONES GEOLÓGICO – GEOTÉCNICOS DE CIMENTACIÓN DE PRESAS


En función del tipo de presa y sus dimensiones, las fuerzas ejercidas sobre el macizo de cimentación pueden varias en magnitudes y dirección:

- En las presas de materiales sueltos las tensiones sobre la cimentación corresponden a la altura de la presa en el punto considerado, es decir son uniformes]; estas presas tienen un comportamiento flexible y semiplásticos.

- Las presiones debidas a la carga hidráulica so hidrostática y aumentan linealmente con la profundidad.

- L comportamiento de las presas de concreto con respecto a la cimentación es rígido. Las cargas o tensiones sobre el cimiento no son uniformes, aunque las deformaciones pueden ser casi uniformes en macizos muy rígidos.

- Po efecto del llenado del embalse la resultante de las fuerzas debidas a la presión hidrostática y al peso, tiene una dirección inclinada hacia agua debajo de la presa.

- En las presas de arco y de bóveda los empujes debidos a las cargas hidrostáticas se distribuyen hacia los estribos por el efecto arco que condiciona su geometría.

- En estos últimos tipos de presas de concreto el sistema formado por la presa y a su cimentación es fuertemente hiperestático, es decir, las tensiones se distribuyen en función de los repartos esperables de la deformabilidad de los materiales.

Como resultado de las fuerzas de empuje hidrostático, la presa tendrá a deslizar a favor del contacto presa – cimentación y a volcar respecto a un punto situado agua abajo del pie de presa. Ambos efectos son contrarrestados mediante el diseño geométrico adecuado.


Figura 10.2. Fuerzas actuantes en las presas . H: presión hidrostática; S: subpresiones; W: peso de la presa, R: Resultante de H y W (embalse lleno).


10.3. MECANISMOS DE ROTURA

La respuesta del macizo rocoso a las fuerzas ejercidas por la presa puede dar lugar a roturas en la cimentación.

En presas de materiales sueltos las roturas más características en la cimentación son por las siguientes causas:

o Roturas a favor de materiales de baja resistencia o Asientos en la presa por compresibilidad de suelos blandoso Erosión interna en los materiales de cimentación

Presas de concreto:

o Roturas por esfuerzo cortante en rocas blandas bajo cargas elevadas.o Roturas a favor de superficies de discontinuidad de baja resistencia de buzada agua abajo.o Roturas a favor de fracturas y discontinuidades conjugadas de baja resistencia en rocas

duras.o Roturas en los estribos a favor de discontinuidades orientadas en la dirección de los

empujes.o Deslizamiento de la presa a favor del contacto presa- cimentación.o Deslizamiento de la cimentación a favor de discontinuidades o capas de baja resistencia.

Otro de los posibles mecanismos de rotura en cimentaciones se debe a la presencia de niveles sedimentarios blandos, fallas, zonas de cizalla, etc. Que buzando agua debajo de la presa, permiten, cinemáticamente, el deslizamiento de la presa.

10.4. DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES

En las presas de gravedad, resultante de los empujes y del propio peso de la presa tiene una dirección aguas debajo de la presa que induce dos efectos:

- Un momento de vuelco- Una distribución no uniforme de tensiones en el macizo de cimentación.


Figura 10.4. Mecanismos de rotura en cimentaciones de presas de concreto.

10.5 DISTRIBUCION DE TENSIONES

En las presas de gravedad, resultante de los empujes y del propio peso de la presa tiene una dirección aguas debajo de la presa que induce dos efectos:

- Un momento de vuelco- Una distribución no uniforme de tensiones en el macizo de cimentación.


10.6 TRATAMIENTOS

En la mayoría de las cimentaciones para presas, sobre todo en la de concreto, es necesario realizar algún tipo de tratamiento de mejora en la superficie de apoyo de la presa o bien en el propio macizo de cimentación.

La excavación de la cimentación supone una serie de cambios tensionales y ambientales (descompresiones, voladuras, desecaciones y aumento de humedad, etc.) que obligan a tomar una serie de precauciones para evitar el deterioro de la resistencia del macizo y mejorar sus propiedades en la zona de apoyo de la presa. Las medidas convencionales a adoptar son las siguientes:

Durante la excavación y banqueos

- Control de voladuras.- Excavación de taludes con pendientes (suavizadas).- En presas de concreto excavaciones en escalones inclinada agua arriba con objeto de dar

más resistencia a la superficie de contacto presa –terreno.

En la superficie de apoyo

- Limpieza y saneo de materiales erosionables y bloques sueltos - Sellado de fracturas, huecos y grietas- Relleno de cavidades, zonas alteradas o de fallas.

Tratamiento de consolidación de la cimentación de control de filtraciones

Cuando el macizo de cimentación no presenta suficiente resistencia, o tenga alta deformabilidad, o presente problemas de permeabilidad y filtraciones, es necesario proceder al tratamiento de mejora del mismo con los siguientes objetivos:

o Reducir las deformacioneso Aumentar la resistenciao Controlar las filtraciones y permitir el drenaje.


Las medidas más habituales a adoptar son las siguientes:

- Control de la deformabilidad: La inyección de fracturas mejora la deformabilidad, ya que el modulo de deformación depende principalmente de la apertura de fracturas en macizos diaclasados, siendo este tratamiento, en general, el más apropiado.

- Control de la permeabilidad: se utilizan inyección localizada y pantallas continuas, en función del tipo de macizo a tratar. Las altas permeabilidades se suelen concretar en fracturas abiertas.

- Control de las subpresiones: Mediante pantallas de inyección y/ o drenajes se reducen las subpresiones, consiguiendo aumentar la estabilidad de la presa.

10.7 PROBLEMAS GEOLÓGICOS Y POSIBLES SOLUCIONES

En función del problema geológico presente en la cimentación y del tipo de presa y su finalidad, las soluciones pueden ser muy diferentes, describiéndose a continuación algunos de los problemas geológicos más frecuentes y sus posibles tratamientos.

ROCAS BLANDAS

o Rocas de baja resistencia, con posible mecanismo de rotura a través de la matriz rocosa. En estos casos se puede requerir una excavación más profunda a fin de alcanzar un nivel más resistente; si no es así, es necesario modificar la geometría de la presa, o bien cambiar el tipo de presa.

o Perdida de resistencia por efecto de la saturación; gran parte de las rocas blandas pierden resistencia al saturarse (rocas cementadas, arcillosas, etc.), siendo necesario realizar ensayos sobre muestras saturadas (argilitas, margas, etc.), y agrietamiento en excavaciones, lo que hace necesario el hormigonado inmediato.

o Desecación en rocas de alto contenido en arcillas

o Baja durabilidad en materiales arcillosos.

o Expansividad en rocas con contenido en esmectita, requiriendo protección superficial.


o A veces algunas rocas blandas precisan algún tipo de voladura, dando superficies irregulares y fisuraciones, siendo necesario su control.

ROCAS DURAS

La presencia de discontinuidades o capas blandas de gran longitud, horizontales o de bajo ángulo buzando agua s abajo, representa a priori, un problema geológico de importancia, muy común en rocas duras. Si estas discontinuidades están a poca profundidad, la solución es la excavación completa, aunque esta puede ser también parcial. Otras soluciones consisten en macizar tramos de la discontinuidad a través de galerías, pantallas, etc., pudiendo complementar estas medida d con drenajes, inyecciones y, a veces, con anclajes.

FALLAS Y ZONAS DE TRITURACION TECTONICA

En caso de fallas y zonas de trituración tectónica o de intensa fracturación, los tratamientos varían en función de cada problema. En general, estas discontinuidades suelen tener escaso espesor, y el tratamiento más común es la excavación de la zona más superficial, reemplazando el material saneado por concreto, o bien realizar inyecciones desde la superficie o galerías. Las zonas de fracturación intensa están asociadas a permeabilidades altas y comprensibilidades elevadas, con baja resistencia al corte, requiriéndose tratamientos de consolidación y, en ocasiones , anclajes.

CAVIDADES

Las cuevas, cavidades o huecos, en general, se tratan con inyecciones. Sin embargo el principal problema es su detección, que si son muy extensivos (como ocurre en los terrenos kársticos) puede resultar muy costoso.

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