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Investigaciones geológicas y geotécnicas para el diseño de presas de tierra

Jaime Suárez Díaz

erosion.com.co

Exploración geológica El primer paso es la realización de una exploración detallada de la geología del sitio a profundidad que permitan caracterizar:  La cimentación,  Los estribos  Taludes del embalse  Las áreas potenciales para préstamo de materiales.

Determinar la idoneidad de la cimentación Las investigaciones de geología de superficie y a profundidad en los sitios de las estructuras y en las zonas de posibles préstamos de materiales, deben ser adecuados para determinar la idoneidad de la fundación y los estribos, el tratamiento requerido para la fundación, los taludes de la excavación y la disponibilidad de materiales para la presa. Esta información frecuentemente determina la selección del sitio y el tipo de presa

Determinar el tratamiento que requiere la cimentación El tratamiento requerido para garantizar la estabilidad y la impermeabilidad de la cimentación, es un factor muy importante que determina la viabilidad del proyecto

Todos los estudios que permitan detallar el diseño El diseño debe incluir todos los estudios, ensayos, análisis y evaluaciones para garantizar que la presa cumple todos los criterios técnicos y los requerimientos de una presa.

Importancia de conocer la geología regional y local El conocimiento de la geología regional y local es esencial para determinar el plan de investigaciones profundas, y la interpretación de los sondeos; en tal forma que permita detectar situaciones problemáticas.

La complejidad de los problemas de cimentación esperados La magnitud del programa de exploración en el sitio de la presa, está determinado principalmente por la complejidad de los problemas de cimentación que se esperan y el tamaño del proyecto.

Cacteristicas de la posible superficie de cimentación Deben determinarse a detalle las características de la roca de cimentación, tales como: profundidad de las capas, cavidades o cavernas, fisuras, orientación de las juntas, vetas de arcilla, paleocanales y fallas que pueden afectar la estabilidad de las fundaciones de la presa y los taludes, particularmente en asociación con flujo de agua.

Taludes de los estribos Las pendientes fuertes de los estribos producen grietas por asentamiento del terraplen de la presa, especialmente en la parte mas alta de la presa

Grietas

Asentamiento Grieta

Identificar los tratamientos que requiere la cimentación

Debe determinarse el tipo y características de los tratamientos requeridos en el fondo de la cimentación.

Analizar las cimentaciones sobre lutitas Debe tenerse en cuenta que las cimentaciones y taludes de lutitas con frecuencia pueden perder su resistencia al excavarse o desintegrarse por meteorización. Las fundaciones sobre lutitas deben asumir que contienen suficientes fisuras en tal forma que se utilicen los parámetros de resistencia residual a menos que se realicen investigaciones que prueben lo contrario.

Detalles de la cimentación

Las investigaciones para las cimentaciones de la presa deben incluir la siguiente información: Perfiles sub-superficiales que muestren la roca, los materiales de suelo y las formaciones geológicas, incluyendo la presencia de fallas, paleocanales y zonas de capas débiles. El RQD es útil para determinar las calidades de la roca. Características y propiedades de los suelos y de las rocas débiles. Niveles piezométricos de los niveles de agua subterránea en los diversos estratos y su variación con el tiempo incluyendo presiones artesianas en la roca o el suelo. Excavaciones o apiques para investigar la cimentación en los estribos. Ensayos de permeabilidad en el campo

Identificar Paleocanales de corrientes de agua. Fallas geológicas. Procesos de corte o desplazamiento.

Depósitos o taludes inestables. Cavernas. Baches. Bancas de materiales diversos. Salientes de roca. Gradas. Juntas de disipación de esfuerzos.

Cavernas represa de la Honda Socorro Santander

Cavernas en rocas kársticas

 Tratamientos que se pueden requerir Garantizar el contacto entre el terraplén y la cimentación. La cimentación debe conformarse mediante excavación o relleno con concreto (concreto dental) para garantizar una superficie uniforme y estable para la compactación de las primeras capas del cuerpo de la presa.

Entre las medidas que se deben tener en cuenta para asegurar los requerimientos esenciales de la cimentación se encuentran: Excavación y retiro de todos los materiales insatisfactorios. Inyecciones de la cimentación para prevenir las filtraciones. Densificación de los materiales por debajo de la presa. Colocación de filtros o drenes. Concreto dental para el relleno de imperfecciones.

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Inyecciones

Estudio de las propiedades de los materiales

El segundo paso es un estudio del tipo y propiedades físicas de los materiales con los cuales se va a construir el terraplén de la presa. Este estudio debe incluir una determinación de cantidades y la secuencia en la cual ellos aparecen.

Propiedades localización y extensión de los materiales disponibles Estas investigaciones deben incluir la clasificación y propiedades físicas de los materiales, su localización y extensión, los perfiles de suelo y roca y la variación de los niveles piezométricos en el agua subterránea a diferentes profundidades.

Cantidades disponibles de suelos y roca Las exploraciones de la zona de excavación y préstamo deben realizarse como parte inicial del programa de investigación, en tal forma que las cantidades y las propiedades de los suelos y rocas disponibles para construcción de la presa puedan determinarse antes de realizar estudios de detalle de las secciones de la presa.

Materiales a distancias razonables

El tipo de presa más económico generalmente es el que permite la utilización de materiales encontrados a una distancia razonable del sitio incluyendo los materiales que deben ser excavados para la fundación de la presa y para la adecuación del vaso, vertedero y otras estructuras.

La resistencia de los materiales Para el análisis de estabilidad se requiere la determinación de las propiedades de resistencia al cortante de los materiales de acuerdo a la teoría de Mohr-Coulomb. Estas propiedades pueden ser obtenidas por ensayos de campo o laboratorio y en ocasiones pueden ser estimadas basadas en experiencia y buen juicio. Sin embargo debe tenerse especial cuidado en la determinación de los materiales en las condiciones de esfuerzos que se van a presentar en la presa. Para el caso de estabilidad al final de la construcción las propiedades de los materiales pueden obtenerse utilizando la resistencia no drenada o con esfuerzos efectivos, utilizando ensayos triaxiales (UU o CD). Para las condiciones de flujo de agua se recomienda utilizar las propiedades del ensayo Triaxial CD o CU. El uso de ensayos de corte directo es aplicable para arenas. En el caso de la utilización para arcillas deben emplearse ratas de corte muy lentas y puede no ser práctica su utilización.

Estudio de la zona del embalse

El fondo y los lados del embalse deben investigarse para determinar si hay problemas de infiltración y si los taludes laterales van a permanecer estables en el llenado y operación del embalse o cuando estén sujetos a cargas sísmicas. En zonas de rocas calcáreas pueden presentarse dolinas, cavernas y otras características kársticas las cuales deben estudiarse en detalle para determinar la influencia sobre el embalse.

Estudio de las zonas de préstamo Se debe investigar los materiales útiles determinando el tipo gradación, profundidad y extensión. Se deben tomar una cantidad suficiente de muestras para determinar la permeabilidad, características de la compactación, resistencia del suelo compactado, características de cambio de volumen y contenidos naturales de agua. Así como las densidades y los volúmenes disponibles. La extensión de las exploraciones debe determinarse principalmente por el grado de uniformidad y las condiciones encontradas. Se recomienda la excavación de apiques, excavaciones con retroexcavadora y sondeos de gran diámetro. Los ensayos de laboratorio deben realizarse en tal forma que se pueda determinar la uniformidad de los materiales debido a que no es recomendable la mezcla de suelos diferentes durante la construcción.

La geofísica en estudios de presas Identificación de fallas Análisis de la cimentación Análisis de la presa después de construída

Detección de Sink-holes y cavernas (Dolinas)