(JMC) Monografia Sobre Presas De Tierra Y Enrocamiento.pdf

“La genialidad del del diseño yace en sencillez” cillez” ““ La La genialidad diseño yace yace en su su sen U.M.S.A. Universidad Mayor De San Andrés Universitario: Universitario : Javier Mendoza Callata Docente: Dr. Aliaga Rivero Ángel

Fecha Jueves 22 de Marzo del 2012

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PRESAS DE TIERRA Y ENROCAMIENTO TEMARIO: 1.1.1.1.2.1.3.1.4.1.5.1.6.1.7.1.8.1.9.1.10.-

CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE PRESAS. INTRODUCCION. FUNCIONES Y OBJETIVOS QUE SE PERSIGUEN CON LA CONSTRUCCION DE PRESAS. ESTUDIOS PRELIMINARES. ESTRUCTURAS COMPONENETES DEL SISTEMA PRESA – EMBALSE. LOCALIZACION DE LAS DIFERENTES ESTRUCTURAS, FORMAS Y DIMENSIONES. TIPOS DE CORTINAS. CARACTERISTICAS Y CLASIFICACION. GENERALIDADES SOBRE LOS DIFERENTES TIPOS DE OBRAS DE DESVIO. TIPOS DE OBRAS DE CONTROL Y EXCEDENCIAS. OBJETIVOS Y COMENTARIOS SOBRE LAS OBRAS DE TOMA. EJEMPLOS DE PRESAS CONSTRUIDAS EN EL PAIS DE BOLIVIA.

2.2.1.2.2.2.3.2.4.2.5.2.6.2.7.-

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ELECCION DEL TIPO DE CORTINA. TOPOGRAFICOS. GEOLOGICOS. SISMOS. DISPONIBILIDAD DE MATERIALES PARA LA CONSTRUCCION. ECONOMICOS. MEDIO AMBIENTALES. GEOMETRIA DEL PROYECTO.

3.3.1.3.2.3.3.3.4.3.5.3.6.3.7.3.8.3.9.-

ESTUDIOS GEOTECNICOS EN EL SITIO DE LA BOQUILLA Y VASO DE LA PRESA. ETAPAS DE EXPLORACION, PRELIMINAR Y DEFINITIVA. METODOS DE EXPLORACION A EMPLEAR: DIRECTOS Y/O INDIRECTOS. EXPLORACION GEOLOGICA SUPERFICIAL. EXPLORACION PROFUNDA. MUMERO. EXPACIAMIENTO Y PROFUNDIDAD DE SONDEOS. MUESTREO. TIPO DE MUESTRAS Y PROFUNDIDAD DE EXTRACCION. PRUEBAS DE PERMEABILIDAD EN EL CAMPO: LUGEON Y/O LEFRANC. PROGRAMAS DE ENSAYES DE LABORATORIO. ANALISIS Y PRESENTACION DE RESULTADOS. ESTRATIGRAFIA. PRUEBAS COMPLEMENTARIAS DE CAMPO.

4.4.1.4.2.4.3.4.4.4.5.4.6.-

ESTUDIOS DE BANCOS DE MATERIALES. INTRODUCCION. LOCALIZACION EN RELACION AL SITIO DE LA CORTINA. UBICACION DE BANCOS. MUESTREO Y DETERMINACION DE PROPIEDADES INDICE Y MECANICAS. PROCEDIMIENTO DE EXPLOTACION. TRATAMIENTO Y SELECCIÓN DE LOS MATERIALES MÁS ADECUADOS.

5.DISEÑO. 5.1.FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO. 5.2.FUNCIONALIDAD Y OBJETIVOS DE LAS DIFERENTES ZONAS DE MATERIALES QUE CONSTITUYEN LA CORTINA. NUCLEO IMPERMEABLE, FILTROS, ZONAS DE TRANSICION, RESPALDOS ESTABILIZADORES Y ENROCAMIENTO DE PROTECCION.


DESARROLLO:

“Es bueno ser importante, pero p . pero es más importante ser bueno”


CAPITULO I

CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE PRESAS


1.1.-

INTRODUCCION.

Sucede que en el siglo pasado la energía era demasiado costosa y se utilizaba solo en situaciones puntuales como alumbrado público, y era imposible pensar su uso para la industrialización. Es así, que frente a este costo elevado, el hombre busca formas diferentes de generar energía. De ahí nace la energía energía hidroeléctrica, que es incluso motivo para que que algunas industrias tengan un emplazamiento cercano a las mismas.

Presa Hoover – Por fuera visto desde a rriba

Presa Hoover – Por dentro podemos observar las turbinas que tiene para transformar la energía potencial del agua en energía cinética para posteriormente mandarla a los usuarios como energía eléctrica.


1.2.-

FUNCIONES Y OBJETIVOS QUE SE PERSIGUEN CON LA CONSTRUCCION DE PRESAS.

Los motivos principales para construir presas son concentrar el agua del río en un sitio determinado, lo que permite generar electricidad, regular el agua y dirigirla hacia canales y sistemas de abastecimiento, aumentar la profundidad de los ríos para hacerlos navegables, controlar el caudal de agua durante los periodos de inundaciones y sequía, y crear pantanos para actividades recreativas

En esta figura se muestra la acción reguladora de una cortina

Se muestra la represa “Tres gargantas”, que es la única presa que se puede ver desde el espacio


1.3.-

ESTUDIOS PRELIMINARES.

El diseño de las presas requiere de información hidrológica; en primera, para conocer los caudales que se requiere aprovechar y en segunda, para analizar los flujos grandes que pudiera ocasionar daños a la estructura. En un proceso normal, deben instalarse estaciones para el aforo de los caudales por medición directa de las velocidades en distintas verticales a lo ancho de un río y, para no realizar las mediciones en forma continua, se miden los niveles que llega a tener el agua para luego establecer una relación Profundidad de flujo - Caudal. Inicialmente se debe de ir al sitio y ubicar el lugar donde se construirá una “presa de mentiritas” aguas arriba cuyo nombre técnico es una ataguía, para así poder trabajar en seco. Si fuera necesario también se deberá colocar una contraataguía que es una ataguía pero aguas abajo. El Proyecto previo constará de los siguientes documentos: a) Memoria. b) Planos. c) Pliego de Condiciones. d) Presupuesto.

Debe de existir un trabajo concomitante entre los profesionales; Ingenieros Civiles, geólogos, hidrólogos junto con los representantes de la población que se beneficiara con la construcción de la la obra.


1.4.ESTRUCTURAS COMPONENETES DEL SISTEMA PRESA – EMBALSE. Los componentes de un embalse con sus respectivas fotografías que esquematizan el concepto se muestran a continuación:

Cuenca

Vaso


Cuerpo de la cortina

A su vez en la presa se distingue: Los paramentos: el interior, que está en contacto con el agua, y el exterior. La coronación: es la superficie que delimita la presa superiormente. Los estribos: los laterales, que están en contacto con las paredes de la cerrada. La cimentación: la superficie inferior de la presa, a través de la cual descarga su peso al terreno. El aliviadero o vertedero: es la estructura hidráulica por la que rebosa el agua cuando la presa se llena. Las tomas: son también estructuras hidráulicas pero de menos entidad y son utilizadas para extraer agua de la presa para un cierto uso, como puede ser abastecimiento a una central hidroeléctrica o a una ciudad. La descarga de fondo: permite mantener el denominado caudal ecológico aguas abajo de la presa. Las esclusas: que permiten la navegación "a través" de la presa. La escalera de peces: que permite la migración de los peces.


1.5.-

LOCALIZACION DE LAS DIFERENTES ESTRUCTURAS, FORMAS Y DIMENSIONES.

Las estructuras componentes del sistema Presa – Embalse, son de diferentes formas y dimensiones, según los requerimientos de la comunidad beneficiada además de las condiciones del suelo donde se va a construir además de los factores externos como el clima y la actividad sísmica.

Localización de las estructuras componentes del sistema Presa – Embalse

Las formas y dimensiones se muestran más adelante en diferentes incisos. Puesto que cada elemento es un tema amplio, repetir 2 veces el concepto hace que se pierda la idea de la estructura.


1.6.-

TIPOS DE CORTINAS. CARACTERISTICAS Y CLASIFICACION.

Las cortinas se pueden clasificar según su origen, función de la siguiente manera: Según su origen s on clasificados  Cortina de origen natural: de acuerdo con su tamaño, su profundidad y su localización geográfica son como lago, charca, laguna o estanque  Cortina de origen artificial: puede ser consecuencia de una represa en hormigón o en tierra. Según su función  Cortina de acumulación: retienen excesos de agua en períodos de alto escurrimiento para ser usados en épocas de sequía.  Cortina de distribución: regularizan el funcionamiento de sistemas de suministro de agua, plantas de tratamiento o estaciones de bombeo.  Cortina de paso: pequeños almacenamientos para suplir consumos locales o demandas pico. Otra forma de clasificar las cortinas es según su rigidez, esta clasificación se muestra de manera esquemática en la siguiente figura:

Clasificación de las cortinas


1.7.-

GENERALIDADES SOBRE LOS DIFERENTES TIPOS DE OBRAS DE DESVIO.

La necesidad de manejo del río durante su construcción es de gran importancia, cuando la boquilla es angosta y taludes muy inclinados, el río puede ser desviado por túneles para que sobre toda la longitud de la cortina se pueda trabajar. En boquillas amplias las proporciones de terraplén cerca de los empotramientos pueden ser construidas antes de la desviación del cauce, dejando una sección angosta de cierre el cual requiere un diseño especial, pues como la sección de cierre es estrecha y los materiales deben de ser colocados con cierta rapidez, esto es que en el terraplén se puedan desarrollar grietas por asentamientos diferenciales, por lo tanto será necesario que los materiales de las zonas impermeables sean más plásticos y la colocación c olocación de un sistema de drenaje en la sección secc ión de cierre con el objeto de controlar las filtraciones que se puedan producir a través de las grietas La construcción del desvío se debe realizar en época de estiaje. Esta obra se debe hacer por medio de conductos y/o canales a cielo abierto (tajos). El ancho de la corona así como su s u altura están en función del tránsito t ránsito de la avenida de diseño por la obra de desvío. Canal o tajo de desvío: Los taludes del canal estarán en función de la calidad de los materiales de la ladera; cuando las características geologías lo permitan, los taludes se acercaran lo más posible a la vertical. Para este caso, una vez terminada la primera etapa de construcción de la cortina, se procederá a cerrarlo y en su caso aprovecharlo. Conducto de desvío: En ningún caso se permitirá que el nivel del agua sobrepase la corona de la ataguía de aguas arriba para el gasto de diseño. El ancho de la corona así como su altura están en función del tránsito de la avenida de diseño por la obra de desvío.

Control de entrada


Existe una presentación realizada en power point acerca de este punto, en el cual se explica más a detalle sobre las obras de desvío. Se coloca el enlace de su ubicación para una mejor explicación explicación de este punto, solo se tiene que hacer clic apretando previamente la tecla control para poder abrir la presentación: Obras De Desviación


1.8.-

TIPOS DE OBRAS DE CONTROL Y EXCEDENCIAS.

Tipos de obras de control Los vertederos son obras de control y excedencia, son estructuras que forman parte intrínseca de una presa, ya sea de almacenamiento o derivación y cuya función es la de permitir la salida de los volúmenes de agua excedentes a los de aprovechamiento. Estos pueden ser: Vertedores De Caída Libre Están asociados a presas de arco o de contrafuertes donde el espesor del concreto y la geometría general no sean favorables para guiar la vena liquida desde la cresta hasta la parte inferior; si la roca de cimentación es resistente a la erosión, el agua se puede dejar caer libremente sin protección; pero en caso contrario se debe prever alguna estructura para disipar energía cinética del agua y amortiguar el impacto Vertederos Con Caída En Rápido Se localizan en una sección reducida de la presa de tipo gravedad, sobre la cual se permite perm ite el paso del flujo del agua. La cresta se forma para ajustarse a la vena liquida en las condiciones de descarga máxima. Si la roca de cimentación es compacta y de buena calidad, la parte inferior de la descarga se puede diseñar como un deflector o un salto de esquí; si la cimentación es erosionable se requerirá de la construcción de un tanque disipador de energía. Vertedores con tiro vertical Tienen una entrada de embudo que conecta a un túnel en cuyo extremo inferior puede existir un deflector o una estructura disipadora de energía. Esta forma de vertederos se adapta a presas de embalses muy encañonados, gastos relativamente pequeños y en el que el agua que fluya a través de ellos esté libre de objetos que pueda obstruirlos. Vertederos con descarga directa en canal Están asociados a presas de tierra, tierra encorvamiento o concreto cuando por alguna razón no conviene que sean vertedoras. Se considera buena práctica de ingeniería no ubicar este tipo de vertederos sobre presas de tierra o tierra enrocado debido a que estas estructuras están sometidas a algún grado de asentamientos después de terminada la construcción; tales asentamientos podrían provocar movimientos verticales y agrietamientos en el canal de descarga del vertedor. El agua que fluye en dichas descargas puede adquirir velocidades del orden de 40 o 50 m/s dependiendo del desnivel, la pendiente y la rugosidad del canal. Con estas velocidades, cualquier des alineamiento de los planos de revestimiento puede provocar muy altas presiones hidrostática en la cara inferior de la losa y levantarla, trayendo como consecuencia el fracaso de la estructura y de la misma presa. Vertedero con canal lateral Estos vertederos tienen la particularidad de que el eje del canal de descarga es paralelo o casi paralelo al eje eje de la sección vertedora, la cual a su vez es paralela o casi paralela al eje de la corriente. Los elementos que lo conforman se pueden mencionar como sigue: acceso, sección de control, canal colector, canal de descarga y deflector o estructura disipadora de energía. Generalmente están asociados a presas de tierra o tierra y enrocado construidas en ríos encañonados y con grandes avenidas, o donde se requieren grandes longitudes de cresta.


Obra de excedencias La obra de excedencia, comúnmente vertedores u orificios, tiene como objetivo, descargar los volúmenes producidos por avenidas extraordinarias. Las obras de excedencias pueden ser: • •

Libres. Menos operación. Controladas. Generalmente con compuertas. Más flexibilidad en la operación. Si hay una “política de operación”.

•

La política de operación forma parte integral del diseño de la presa. Si dicha política se varía, se cambia también el grado de seguridad hidrológica.

Aliviadero de la presa Faraday en Oregon Oregon


1.9.-

OBJETIVOS Y COMENTARIOS SOBRE LAS OBRAS DE TOMA.

La toma de una presa comprende las siguientes partes: - Estructura de entrada. - Compuerta de regulación. - Conducto de la toma. - Estructura de salida. El objetivo es regular el caudal que será dirigido a un tanque de almacenamiento o directamente regar los cultivos. Lo más importante respecto al conducto es saber si vamos a utilizar PVC u Hº. Esta depende del caudal que será redirigido, si es menor a 0.6 [m/s 3] se utilizara PVC caso contrario se deberá construir de concreto.

Partes de una obra de toma subsupeficial


1.10.-

EJEMPLOS DE PRESAS CONSTRUIDAS EN EL PAIS DE BOLIVIA.

Existe un inventario de presas presentado en 2 tomos por parte part e de Ministerio de Medio Ambiente y Agua Vice ministerio de Recursos Hídricos y Riego. Solo se tiene que hacer clic apretando previamente la tecla control para poder abrir cada documento: Inventario A Inventario B De todas formas, colocamos un ejemplo de presa que se puede encontrar en los documentos que se agregan en formato digital. La presa escogida es una la que visitamos, es por eso que podemos dar fe de los siguientes datos:



CAPITULO II

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ELECCION DEL TIPO DE CORTINA


2.1.-

TOPOGRAFICOS.

Deben obtenerse planos que cubren el área del embalse, el sitio de la presa y también las áreas potenciales de los emprestitos (yacimientos) La ubicación de los pozos de exploración, zanjas y calicatas y otros puntos significativos como afloramientos de roca, deslizamientos, caminos y senderos deben ubicarse en el plano. Debe hacerse topografía de detalle en el embalse, en la zona de presa y de los portezuelos ubicados en el perímetro del embalse. La topografía de la zona de presa permite determinar la disposición de la presa y de las excavaciones necesarias, con lo cual se obtiene obt iene la cubicación de los materiales necesarios para la construcción, además se pueden estudiar obras hidráulicas, caminos de acceso, etc. Las fotografías aéreas (aerofotogrametría) son un apoyo importante a la caracterización del terreno, ya que permiten el reconocimiento superficial junto a la topografía, como cubierta cubiert a vegetal, zonas de drenaje, deslizamientos de terreno, zonas z onas de falla, etc.

En la figura podemos observar un topógrafo realizando un levantamiento


2.2.-

GEOLOGICOS.

Aspectos que se deben investigar en los estudios geológicos Se debe analizar la geología del área estudiada contemplando toda la información posible de obtener, relacionada con:  Estratigrafía: Descripción litológica, textura, composición, estructuras, origen, espesor, color, distribución y posición en la secuencia de las distintas unidades litológicas. Se deben considerar todos los tipos de materiales geológicos como roca fresca, roca meteorizada, suelo residual, depósitos sedimentarios y en general el regolito.  Geología estructural: Fallas y zonas de falla (activas o inactivas, locales y regionales, si las hay), densidad de diaclasas, aptitud de estratos, diaclasas y foliaciones, cuando se trate de un macizo rocoso.  Hidrogeología: Nacimientos de agua, áreas de recarga, áreas de descarga, niveles freáticos normales, colgados. Teniendo en cuenta el nivel de detalle, las unidades estratigráficas se cartografiarán teniendo en cuenta primordialmente su unidad litológica y en segundo lugar su origen, sin s in embargo, dichas unidades se deben correlacionar corr elacionar con las formaciones estratigráficas formalmente reconocidas para el área para la cual se hace el estudio. Los estudios geológicos deben incluir como mínimo los siguientes documentos:  Una memoria técnica descriptiva  Las Columnas estratigráficas típicas representativas de las diversas áreas del lote  Un mapa geológico general.  Planos geológicos detallados de los contactos o elementos geológicos más importantes.  Perfiles geológicos que muestren las unidades estratigráficas y estructuras geológicas identificadas.  Interpretación de la información geológica y conclusiones del estudio. También son necesario los estudios geotécnicos que van agarraditos de la mano con los estudios geológicos, es por eso que a continuación se describe este estudio. A lo largo del eje de la futura obra de toma y en todos los sectores donde se tenga las diferentes obras se deberá efectuar la correspondiente investigación de los materiales componentes del subsuelo así como la determinación de sus principales propiedades físico mecánicas. Se deberán abrir pozos de observación en el sector de la obra de toma, mínimo dos, a manera de determinar el espesor de los materiales aluviales. La profundidad de estos pozos podrá ser variable de acuerdo a los suelos a encontrarse pero de ninguna manera deberán ser inferiores a los 2.50 metros. En sectores donde se presenten complicaciones geológicas se deberá necesariamente ubicar un pozo. En cada pozo y para cada nivel con características litológicas diferentes se efectuarán ensayos de laboratorio y en sitios para identificar las propiedades de los suelos de fundaciones, a saber: - Ensayos granulométricos. - Limites de Atterberg. - Contenido de humedad natural - Ensayos de penetración En los sectores donde se presenten indicios de inestabilidad de taludes como grietas, reptación de suelos y otros, se deberá tomar muestras inalteradas que permitan determinar la cohesión y el ángulo de fricción interna de los materiales componentes del talud. Toda la información obtenida deberá ser adecuadamente graficada en los correspondientes planos y perfiles geológicos; de la misma manera la información del subsuelo deberá estar reflejada en los correspondientes perfiles de pozos y sus correlaciones respectivas.


2.3.-

SISMOS.

Factores externos que influyen en la respuesta sísmica: 1.- Factores relacionados con el emplazamiento: Determinan el movimiento del suelo libre a considerar e influyen en la respuesta a través de la interacción dinámica. a. Topografía próxima b. Características geológicas y geotécnicas del lugar c. Discontinuidades subterráneas 2.- Factores que influyen en la presión hidrodinámica: Determinan en gran medida la carga sobre la estructura. a. Compresibilidad del agua. b. Geometría del fondo y del vaso en general, principalmente en las proximidades de la presa. c. Presencia, espesor y propiedades de los sedientos de fondo. 3.- Distribución espacial de la solicitación: Determinan los desplazamientos inducidos en la presa a través del suelo.

Estabilidad en caso de sismo Mecanismos de fallo por sismo: Rotura de la presa por un movimiento de falla importante en la cimentación; • Pérdida de resguardo debido a movimientos tectónicos diferenciales; • • Deslizamientos de taludes inducidos por el sismo; • Deslizamiento de la presa sobre materiales de cimentación poco resistentes; licuación del terreno. Pérdida de resguardo debida a fallo del talud o a densificación del material de la presa; • Fallo por tubificación a través de grietas inducidas por la sacudida sísmica; • Rebosamiento debido a “seiche” en el embalse; • • Rebosamiento debido a deslizamientos de laderas en el embalse; • Roturas del aliviadero o de los órganos de desagüe. Medidas de proyecto: • Resguardos generosos para permitir posibles asientos o hundimientos de la coronación; Zonas de transición amplias con materiales no susceptibles de fisurarse; fisura rse; • Drenes chimenea cerca de la parte central de la presa; • Zonas de filtro de arenas y gravas redondeadas o subredondeadas; • • Zonas de drenaje amplias para permitir flujos de agua procedentes de grietas; • Materiales de núcleo plásticos, con poca tendencia a agrietarse; Filtros aguas arriba del núcleo, para frenar el avance de las grietas; • Diseño de la coronación que evite o minore la erosión por rebosamiento; • Ensanche del contacto con los estribos; • Estabilizar las laderas del vaso para evitar deslizamientos hacia el embalse; • • Si hay peligro de movimiento de falla, diseño especial de la cimentación; • Localizar el núcleo o pantalla impermeable de manera a minimizar el grado de saturación del material de la presa.


Como Afecta Un Sismo A Una Presa? Cuando se construye una presa, se genera un embalse hacia aguas arriba, con lo cual las condiciones del sitio varían considerablemente, las laderas del embalse y la presa misma se saturan, de manera que cuando se produce un sismo, se generan vibraciones y fuerzas que actúan en forma diferente a la que presentaba en sus condiciones naturales. Los tipos de falla que pueden presentarse en una presa cuando se produce un sismo son los siguientes: a) Deslizamientos y distorsiones por esfuerzos de corte en el terraplén o en la fundación. Al producirse un sismo, se generan vibraciones, que originan el desarrollo de fuerzas verticales y horizontales, con lo cual los esfuerzos de corte, tanto en la fundación como en el terraplén, se incrementan, lo cual puede producir deslizamientos y fallas. b) Tubificación (erosión interna) a través tr avés de grietas en el terraplén, originada por movimientos diferenciales. Los movimientos diferenciales ocasionados por asentamientos y desplazamientos del terraplén, originan grietas a través de las cuales comienza a circular el agua, la cual arrastra material hacia el exterior y va ensanchando la grieta hasta producir un conducto que facilita la erosión interna del material, que migra hacia el exterior, hasta producir el colapso de la presa. c) Pérdida de borde libre, debido al asentamiento del terraplén o de la fundación. Los asentamientos del terraplén o de la fundación, hacen que la cresta de la presa descienda, con lo cual el borde libre (diferencia entre el nivel de aguas máximas y la cresta de la presa) se reduce, facilitando el paso del agua sobre la cresta, con la consiguiente erosión y colapso posterior del terraplén. Esta pérdida de borde libre puede ser también ocasionada, por movimientos relativos entre el vaso y la presa, debido al desplazamiento de fallas geológicas. Estos movimientos diferenciales, pueden también ocasionar el paso de agua, entre el terraplén y su contacto con el estribo, con la consiguiente erosión interna. d) Rotura de la presa por movimientos de una falla geológica en la fundación. Un movimiento sísmico, puede provocar el desplazamiento, tanto en sentido vertical, como en sentido horizontal, de alguna falla existente en el lecho de del río, lo cual provocará su rotura del terraplén de la presa y ocasionar su colapso. e) Deslizamientos en el vaso de almacenamiento. Los materiales que conforman el vaso de almacenamiento, se saturan, con lo cual disminuyen su estabilidad al producirse un sismo, las laderas pueden deslizarse súbitamente y caer en el embalse, provocando el desplazamiento del agua y por lo tanto, sobrepasar la cresta de la presa. Desbordamiento por oscilaciones de período largo en el embalse (ola) La sacudida sísmica, hace que el agua dentro del embalse, oscile hacia aguas arriba y aguas abajo respectivamente, pudiendo provocar el desbordamiento del embalse sobre la cresta de la presa.


2.4.-

DISPONIBILIDAD DE MATERIALES PARA LA CONSTRUCCION.

En el Proyecto deberá justificarse, mediante reconocimientos y ensayos, que las prescripciones exigidas para los materiales naturales por las características de la obra, pueden satisfacerse con productos procedentes de yacimientos a canteras o canteras situadas en la comarca. Se justificará que los yacimientos o canteras contienen materiales suficientes para ejecutar, con amplitud, toda la obra de la presa, y se pondrán a disposición de los constructores los resultados de ensayos y reconocimientos, así como los planos de situación de los posibles yacimientos de materiales naturales. Los materiales de construcción se emplean en grandes cantidades, por lo que deben provenir de materias primas abundantes y baratas. Por ello, la mayoría de los materiales de construcción se elaboran a partir de materiales de gran disponibilidad como arena, arcilla o piedra. Además, es conveniente que los procesos de manufactura requeridos consuman poca energía y no sean excesivamente elaborados. Esta es la razón por la que el vidrio es considerablemente más caro que el ladrillo, proviniendo ambos de materias primas tan comunes como la arena y la arcilla, respectivamente. Los materiales de construcción tienen como característica común el ser duraderos. Dependiendo de su uso, además deberán satisfacer otros requisitos tales como la dureza, la resistencia mecánica, la resistencia al fuego, o la facilidad de limpieza. Por norma general, ningún material de construcción cumple simultáneamente todas las necesidades requeridas: la disciplina de la construcción es la encargada de combinar los materiales para satisfacer adecuadamente dichas necesidades. Con objeto de utilizar y combinar adecuadamente los materiales de construcción los proyectistas deben conocer sus propiedades. Los fabricantes deben garantizar unos requisitos mínimos en sus productos, que se detallan en hojas de especificaciones. Entre las distintas propiedades de los materiales se encuentran: • • • • • • • •

Densidad: relación entre la masa y el volumen Higroscopicidad: capacidad para absorber el agua Coeficiente de dilatación: variación de tamaño en función de la temperatura Conductividad térmica: facilidad con que un material permite el paso del calor Resistencia mecánica: capacidad de los materiales para soportar esfuerzos Elasticidad: capacidad para recuperar la forma original al desaparecer el esfuerzo Plasticidad: deformación permanente del material ante una carga o esfuerzo Rigidez: capacidad de los materiales de soportar cargas con poca deformación, es la resistencia a la deformación


2.5.-

ECONOMICOS.

El proyecto se justifica desde el punto de vista técnico puesto que existe agua, suelo, población y tierras aptas para el riego, tres condiciones mínimas para este este tipo de proyectos. proyectos. Económicamente se justifica debido a que contribuirá a mejorar los ingresos de las familias beneficiadas. Con el mejoramiento de los volúmenes de producción se disminuirá los riesgos de inseguridad alimentaria, se contribuirá a la elevación de los niveles de ingresos de los beneficiarios, con lo que potencialmente pote ncialmente tendrán mayor capacidad de acceso acc eso a los servicios básicos, educación y salud. Por tanto tant o el proyecto es socialmente justificado. A grandes rasgos debemos poner en la balanza el costo total de la presa. Este análisis se lo realiza a través de precios unitarios. En la siguiente dirección damos un ejemplo de los Items que se deben de tener en cuenta a la hora de cotizar el precio de una presa; Análisis De Precios Unitarios. Además se debe de sumar al valor anterior el Análisis De Costos De Equipo Y Maquinaria, Maquinaria , para poder así tener el costo total que nos pide la presa. Luego debemos proyectar las utilidades que tendrán los beneficiados con la construcción de la presa. Si la relación coste/beneficio es menor a la unidad, entonces damos curso a la construcción de la presa.

La relación de los costos ante el beneficio es la que nos indica si una obra es económicamente re ntable o no


2.6.-

MEDIO AMBIENTALES.

Los efectos ambientales potenciales debidos a la construcción y puesta en marcha de la cortina, se pueden observar desde dos puntos de vista que son; Fase de construcción y fase de operación. Que a continuación se desarrolla cada uno de estos:

Fase de construcción      

Desecho de sedimentos provenientes de la construcción de las obras en la corriente natural. Contaminación del aire con partículas sólidas en suspensión. Inestabilidad de taludes por explotación de canteras Alteraciones en la morfología del cauce, en la red de drenaje y en el paisaje. Alteraciones en la flora y la fauna por las desviaciones del cauce. Alteraciones sobre las condiciones de vida humana humana o introducción de enfermedades.

Fase de operación /

En la zona inundada





Impacto en los usos del suelo por inundaciones del terreno, Aporte de residuos al embalse por actividades recreativas. Contaminación del aire por el tráfico inducido. Cambio de ambiente de río a lago y posible reducción de la diversidad de especies. Sedimentación en el embalse, disminuyendo el volumen útil y ocasionando la posible obstrucción de tomas y descargas de agua. Inestabilidad de taludes

/

En la zona aguas abajo



Erosión en el cauce por la retención de sedimentos aguas arriba. Impacto sobre la biota debido a la variación en la calidad del agua. Impacto sobre los peces, los cultivos, etc. debido al cambio de temperatura de las aguas.

   

 

La relación de los costos ante el beneficio es la que nos indica si una obra es económicamente re ntable o no


2.7.-

GEOMETRIA DEL PROYECTO.

Cada elemento de la presa tiene una o más teorías para su cálculo, y otras se obtiene consultando tablas o cuadros.

Calculo de la altura total de la Presa La altura total se expresa como sigue: JV

=

J3

+

J4

+

J5

+

J6

Donde: J3

= Altura correspondiente al volumen muerto

J4

= Altura correspondiente al volumen útil

J5

= Altura correspondiente al volumen de regulación

J6

= Altura del bordo libre

Altura del Volumen Muerto Entramos a la grafica de Volúmenes del Embalse VS Elevación del Embalse y determinamos la altura H 1 con el valor del volumen muerto que tengamos calculado con anticipación. Altura del Volumen Útil Entramos a la grafica de Volúmenes del Embalse VS Elevación del Embalse y determinamos la altura H 2 con la suma de los volumnes muerto y útil, el volumen útil se tiene que hallar realizando un análisis de ofert a y demanda del sitio. Altura del Volumen de Regulación de Crecidas Se puede tomar este valor como un numero constante cercano a H 3=0.6 [m] Altura del Bordo Libre La altura de bordo libre se puede asumir como la altura de ola o de olaje que se puede determinar con varias formulas empíricas que están en función de la velocidad del viento y de la longitud del embalse en distintas unidades. Entre estos métodos tenemos: 1. 2. 3. 4.

Stevenson Molitor Adrejanow Altura de la ola significativa

Para el cálculo de la altura de ola, tenemos como datos: L = Longitud del embalse Por ejemplo con la formula de Stevenson tendríamos: J 2

=

2072

2098 + 2056 , N

−

2047

2048 , N


Ya tendríamos el valor de H 3, posteriormente nos auxiliamos con la formula siguiente que calcula la velocidad de la ola: Xqn = 304 +

4 , Jq

Para determinar el valor de H 4 haremos uso de la ecuación: 4

2097 , Jq +

Xqn

J 6

=

J V

= J 3 + J 4 + J 5 +

4 , ;0:

Por lo que la Altura Total de la Presa será: J 6

Una vez que tenemos la altura de la presa, recurrimos a las siguientes tablas para poder hallar los taludes aguas arriba y abajo respectivamente mas el ancho de la corona. Para las pequeñas presas se recomienda tomar en cuenta lo siguiente: Ancho de la corona N° 1 2 3

Altura de la presa Presas hasta 12 m de altura Presas hasta 30 m de altura Presas hasta 45 m de altura

Ancho de corona, c 3.0 m. 4.0 – 4.5 m. 6.0 m.

Selección de los Taludes TAA y TAB N° 1 2 3

Altura de la presa 4.5 – 12 m 12 – 30 m 30 – 45 m

TAA 1:2 1:2.5 1:3

TAB 1:1.5 1:2 1:2.5


CAPITULO III

ESTUDIOS GEOTECNICOS EN EL SITIO DE LA BOQUILLA Y VASO DE LA PRESA


3.1.-

ETAPAS DE EXPLORACION, PRELIMINAR Y DEFINITIVA.

Los estudios preliminares deben comprender: Recopilación e la información geológica existente del área; para tener un conocimiento de la geología regional, especialmente por medio de la fotointerpretación aérea. Investigación completa de un área lo suficientemente grande; en cada uno de los posibles lugares de emplazamiento de la presa. Dicha investigación debe abarcar, mapeo geológico, perfiles transversales, geología estructural, aspectos geomorfológicos, litología, estratigrafía, disponibilidad de los materiales de construcción, como agregados, arcillas etc. El área investigada en cada posible ubicación de un dique, debe abarcar el lugar del cierre y el lugar del vaso. La información geológica debe contener toda t oda la información requerida, como para par a el geólogo como los ingenieros hidráulicos y los estructuralistas cuenten con los elementos de juicio necesarios para elegir una de las alternativas propuestas y si se trata de un sola llegar a conclusiones en cuanto a que en ella se justifica la ejecución o no del estudio de detalle, si simplemente hay que desechar. El estudio de detalle con el informe del estudio preliminar debe determinar, si las condiciones geológicas geotécnicas que normalmente se emplean, para elaborar el anteproyecto de la presa en base al mismo, se programa el estudio de detalle que deberá comprender primordialmente un ajuste del levantamiento geológico, sondeos y las perforaciones geotectónicas o aperturas de calicata que son de cielo abierto abiert o o perforación de galerías, túneles si son necesarios.

El estudio definitivo debe proporcionar la siguiente información: El tipo de roca y profundidad a la que se encuentra, en el tramo de río que abarca la presa y los estribos, fallas que pudieran cruzar el río, en cuyo caso habría que trasladar la ubicación de la presa aguas arriba o aguas debajo de la zona de embalse, Aguas de infiltración en el área futura de embalse, profundidad y dirección de las aguas subterráneas, existencia de rocas susceptibles a la disolución como por ejemplo las calizas, yesos. Disponibilidad de los materiales que pueden decidir decidir o influir en la elección del tipo de presa por ejemplo; ejemplo; si hay abundancia de agregados, será conveniente y económico adoptar una presa de hormigón y si por el contrario existiese mayor cantidad de materiales de terraplenes será conveniente adoptar una presa de tierra. En cuanto a los pozos de investigación se deben programar de acuerdo a criterios generales un sondeo en cada uno de los estribos y un sondeo el lecho del río, que nos permitirá establecer en el caso de los estribos, las características del material rocoso o material aluvional, con esta información obtenida, se programan los otros sondeos que complementen la información primaria, la profundidad de investigación en los sondeos depende del espesor del aluvión y del grado de meteorización de las rocas, ya que la información sobre las características de las rocas debe ser de naturaleza fresca (sin alteraciones), por lo que en los sondeos se deben obtener testigos continuos además de efectuarse ensayes de permeabilidad in situ (perdida de agua por metro lineal). Como una regla muy general, los geólogos aconsejan que la exploración con sondeos sea adecuado al siguiente criterio. En los estribos hasta la profundidad del lecho del río y en el lecho del río hasta la profundidad de la altura de la presa. Dado que los sondeos se ubican, con un cierto espaciamiento en los puntos intermedios, se suele complementar la información (subsuelo), mediante prospección geológica, especialmente la sísmica.


3.2.-

METODOS DE EXPLORACION A EMPLEAR: DIRECTOS Y/O INDIRECTOS.

La diferencia entre un método directo y otro indirecto se puede entender fácilmente a partir del siguiente grafico:

Corte geoelectrico – Corte geológico

Para el caso de la izquierda tenemos un método de exploración indirecto, puesto que no estamos realizando ningún pozo y obtenemos los resultados gracias a algunas ecuaciones. En caso de la derecha, necesariamente tenemos que trabajar con una muestra alterada, de manera que estaríamos estar íamos trabajando con un método directo. Desde la antigüedad el hombre siempre se ha interesado por comprender todos los fenómenos que ocurren en la tierra, surgiendo de esta manera muchas ciencias que se han dedicado a su estudio, entre ellas esta los métodos de exploración que se dedica a comprender los fenómenos naturales y no naturales, mediante métodos e instrumentos que miden las ondas sísmicas, el magnetismo terrestre y la fuerza de gravedad. Desde su inicio los métodos de exploración ha alcanzado grandes éxitos en la búsqueda de yacimientos ya cimientos efectuando algunos descubrimientos espectaculares de depósitos de minerales, y gracias a los avances tecnológicos se han perfeccionado y transformados con el fin de lograr un mejor desarrollo y bienestar de la humanidad. No obstante, los métodos de exploración de prospección radiactiva no siempre son capaces de encontrar directamente los depósitos, por lo que su s u éxito depende de localizar estructuras geológicas favorables para encontrar yacimientos de gran valor económico. En general, al aplicar los conocimientos de las prospección geofísica se deben hacer todos los estudios respectivos que aseguren el hallazgo de posibles depósitos, valiéndose para ello de varios métodos geofísicos: magnéticos, gravimetritos, eléctrico, electromagnético, sísmico y el método radiométrico, los cuales se van aplicar dependiendo de ciertas propiedades física de la materia. A continuación se describe uno de los métodos indirectos que se tiene para realizar la exploración.


Método Eléctrico En la búsqueda y aplicación de métodos para detectar las posibles acumulaciones de minerales e hidrocarburos, los científicos e investigadores no cesan en sus estudios de las propiedades naturales de la tierra con este fin han investigado las corrientes telúricas, producto de variaciones magnéticas terrestres o han inducido artificialmente en la tierra corrientes eléctricas, alternas o directas, para medir las propiedades físicas de las rocas. De todos estos intentos, el de más éxito data de 1929, realizado en Francia por los hermanos Conrad y Marcel Schlumberger, conocido genéricamente hoy como registros o perfiles eléctricos de pozos, que forman parte esencial de los estudios y evaluaciones de petrofísica, aplicables primordialmente durante la perforación y terminación de pozos. Básicamente el principio y sistema de registros de pozos originalmente propuesto por los Schlumberger consiste en introducir en el pozo una sonda que lleva tres electrodos (A, M, N). Los electrodos superiores M y N están espaciados levemente y el tercero, A, que transmite corriente a la pared del hoyo, está ubicado a cierta distancia, hoyo abajo, de los otros dos. Los electrodos cuelgan de un solo cable de tres elementos que va enrollado en un tambor o malacate que sirve para meter y sacar la sonda del pozo, y a la vez registrar las medidas de profundidad y dos características de las formaciones: el potencial espontáneo que da idea de la porosidad y la resistividad que indica la presencia de fluidos en los poros de la roca. La corriente eléctrica que sale de A se desplaza a través de las formaciones hacia un punto de tierra, que en este caso es la tubería (revestidor) que recubre la parte superior de la pared del pozo. El potencial eléctrico entre los electrodos M y N es el producto de la corriente que fluye de A y la resistencia (R) entre los puntos M y N. La influencia del fluido de perforación que está en el hoyo varía según la distancia entre M y N. Si la distancia es varias veces el diámetro del hoyo, la influencia queda mitigada y la resistividad medida es en esencia la resistividad de la roca en el tramo representado. El ensayo puede realizarse en forma de sondeo eléctrico, buscando la variación de la resistividad con la profundidad. Para ello se hacen diferentes medidas variando la distancia entre los electrodos y manteniendo el centro de la alineación de los cuatro electrodos en un punto fijo. Al incrementar la distancia aumenta la profundidad alcanzada por las líneas de corriente, englobando, por tanto, una mayor profundidad de suelo. Si la resistividad crece, puede concluirse que hay un estrato profundo de mayor resistividad, sucediendo lo contrario si la resistividad decrece al aumentar la separación. La profundidad hasta la que puede aplicarse es de unos 20 metros.


3.3.-

EXPLORACION GEOLOGICA SUPERFICIAL.

La exploración geología superficial nos debe de llevar en resumen como conclusión los esquemas de los siguientes 3 puntos.

Mapa geológico. Es la proyección en un plano topográfico de toda la información geológica referida a afloramientos de roca y a la reconstrucción de estructuras geológicas, a la interpretación de los fenómenos tectónicos con lo que se llega a construir un mapa geológico superficial y de acuerdo a la información requerida podemos realizar la confección e mapas específicos, especiales, temáticos, etc. por ejemplo un mapa estructural nos mostrara las diferentes estructuras, el relieve de estas estructuras geológicas como son los sinclinales y los anticlinales, fallas etc., para la preparación de estos mapas se utilizan los mapas topográficos como mapas base y la distribución de las rocas, la información geológica se realiza con trazos convencionales como por ejemplo de contacto, fallas, discordancias, cortes o inclusive con líneas de diferente grosor, la existencia de toda la información, sean unidades formacionales, rocas, cortes, fallas es importante representarlas en forma natural al margen del mapa geológico resultando inclusive con colores, los tramos y las líneas empleadas.

Corte geológico. Si se pudiera efectuar artificialmente un corte cualquiera en la corteza terrestre en las paredes quedarían expuestas las estructuras rocosas en forma de sección transversal para la ejecución de dicho corte no es posible, por lo que en geología se debe obtener secciones verticales de la estructura subterránea en base a la interpretación del los diversos afloramientos, excavaciones e información obtenida en las perforaciones cuando estos se realizan. Dichos cortes ya sean vistos o enterrados, se llaman cortes geológicos, estos muestran la estructura geológica mediante líneas, tramos o colores convencionales por lo que para su interpretación deben llevar una leyenda. A veces se requiere representar la estructura geológica e tres dimensiones, los levantamientos de los mapas geológicos basados en la fotointerpretación geológica a la aplicación de la interpretación geológica.

Rosa de diaclasas. Representa la dirección y frecuencia de las diaclasas en una área determinada, permite conocer objetivamente la dirección y buzamiento de las diaclasas y para dibujarlos en un papel se requiere hacer una inventario de las diaclasas, registrando sistemáticamente el rumbo y buzamiento de estas. Para obtener estos documentos podemos realizar la exploración superficial mediante exploraciones; Geológicas, geofísicas y geoquímicas. Técnicas geológicas Los principales objetivos de los estudios geológicos en la etapa de reconocimiento son: identificar y catalogar todas las manifestaciones geotérmicas que haya en la superficie, ya sean activas o fósiles; efectuar una evaluación preliminar de su significado con respecto a los procesos subterráneos que tienen lugar en el sistema geotérmico; y recomendar las áreas para un estudio a mayor detalle. Esto se lleva a cabo examinando fotografías aéreas o imágenes de satélite y visitando el área para correlacionar los datos de éstas con la información obtenida en el campo. Una vez terminado el reconocimiento del área, si se decide que la zona geotérmica tiene posibilidades para su explotación, se continúa con la etapa de exploración propiamente dicha, en la cual se debe preparar un mapa geológico a detalle del prospecto geotérmico seleccionado y de las áreas circundantes. Este mapa debe incluir las manifestaciones superficiales y los rasgos geológicos (fallas, fracturas, distribución superficial y a profundidad de los diferentes tipos de rocas y su permeabilidad) que puedan contribuir a elaborar un modelo del sistema geotérmico y recomendar la localización de los pozos exploratorios.


Técnicas geoquímicas Para cumplir con los objetivos de la exploración superficial, las técnicas geoquímicas efectúan los análisis de las aguas de los manantiales, las emisiones de las fumarolas, las descargas de gases y las aguas frías superficiales (ríos, lagos, lluvia, etc.) para hacer las siguientes inferencias de las condiciones del sistema hidrotermal: —la variación en composición del fluido termal a profundidad, —la temperatura (y presión) del fluido a profundidad, profundidad, —las rocas relacionadas con los fluidos termales a profundidad, profundidad, —el origen de los fluidos, la dirección de flujo en el área y los tiempos de residencia de los fluidos bajo la superficie, —el gradiente geotérmico y la profundidad a la cual se presenta ebullición por primera vez en el sistema; esto incluye determinar la posibilidad de encontrar inversiones de temperatura con la profundidad, —la posibilidad de que haya depositación depositación de minerales a partir del fluido, —las zonas que presentan un alto flujo, flujo, —la posibilidad de encontrar a profundidad fluidos ácidos, que pueden causar serios problemas por corrosión en la etapa de explotación, —determinar la existencia de componentes en el fluido que puedan tener importancia económica. La determinación de todos estos parámetros se hace utilizando los resultados de los análisis químicos e isotópicos de las descargas del sistema en la superficie. Esta metodología se basa en la suposición de que tanto el equilibrio químico como el isotópico se han alcanzado en las interacciones entre el fluido y las rocas del yacimiento. Una vez que se ha alcanzado el equilibrio químico, las concentraciones de los iones que se intercambien entre el fluido y la roca van a depender de la temperatura. Por ejemplo al interaccionar un fluido termal y una roca, los cuales contienen sodio y potasio, estos iones se van a intercambiar de tal forma que cuanto mayor sea la temperatura a la que interaccionen, mayor será el contenido del potasio del fluido; por esta razón la relación entre las concentraciones de sodio y potasio en las aguas que descarga el sistema en la superficie es utilizada como un indicador de la temperatura del yacimiento. Otro indicador de la temperatura a profundidad lo es el contenido de sílice (Si02) disuelto en el fluido, ya que a mayor temperatura el agua puede disolver más sílice de la roca circundante. La determinación de la temperatura del sistema a profundidad utilizando métodos químicos es muy importante, ya que en la etapa de exploración, es éste el único método por el cual se puede obtener una estimación de la temperatura del yacimiento. Los isótopos de un elemento son átomos cuyos núcleos tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones, o sea que tienen la misma carga pero diferente peso atómico. Las moléculas de agua son las más abundantes en los fluidos termales y en ellas se pueden encontrar variaciones dependiendo de los isótopos de hidrógeno y oxígeno que las formen. El hidrógeno tiene tres tr es isótopos: el hidrógeno (H con peso atómico at ómico de 1), el deuterio (D con peso atómico at ómico de 2) y el tritio (T con peso atómico de 3); y el oxígeno también con tres: 16O, 17O y 18O (el número indica su peso atómico), de los cuales 16O el es el más común y el 18O es el que le sigue en abundancia. La relación entre la abundancia del 18O y del 16O, y del deuterio y el hidrógeno para las aguas de origen meteórico (agua de lluvia) sigue en todo el mundo una relación lineal. Esto se debe a que al evaporarse del agua de mar, las aguas de lluvia van a tener una menor concentración de isótopos pesados (D y 18O) que la de mar y a su vez, al ir descargando la lluvia, las moléculas con los isótopos más pesados serán las primeras en precipitarse. Las zonas de mayor evaporación en el océano se encuentran en la región del ecuador; a partir de éste y hacia los polos el agua de lluvia irá teniendo una mayor pérdida de isótopos pesados. Por esta razón, en cada región de la superficie de la Tierra las aguas de origen meteórico van a tener una determinada concentración de isótopos pesados con relación al valor estándar de la concentración de éstos para el agua de mar (SMOW-Standard Mean Ocean Water).


Se ha observado que en relación con la concentración estándar del agua de mar, las aguas de origen termal presentan un enriquecimiento en la concentración del 18O y se ha demostrado que esto se debe principalmente al intercambio de isótopos de oxígeno con los minerales de las rocas, principalmente el sílice y algunos sulfatos. Como este intercambio también depende de la temperatura, la concentración relativa de isótopos de oxígeno en los fluidos también nos va a servir para determinar la temperatura del yacimiento. Por otra parte, como ya se dijo, los fenómenos como la evaporación van a afectar la composición isotópica del fluido, de esta forma van a ser posible detectar si en el yacimiento han tenido lugar procesos como ebullición o dilución con aguas de composición isotópica diferente. Es por esta razón que además de analizar las aguas termales, se analizan las aguas superficiales frías, para comparar su composición química e isotópica y determinar la relación entre ambas. Es importante recalcar que todos éstos análisis deben restringirse a las aguas termales alcalinas o neutrales, ya que las aguas ácidas atacan las rocas de la superficie y los compuestos que contengan en solución no necesariamente provienen o están relacionados con las rocas del yacimiento a profundidad, por lo que se pueden obtener r esultados erróneos. Finalmente, además de aportar información durante la etapa de exploración del campo, las técnicas geoquímicas se aplican también durante la explotación para determinar los cambios que sufre el sistema debido a la extracción de los fluidos termales, como puede ser la entrada en el yacimiento de aguas subterráneas o superficiales frías. Técnicas geofísicas La geofísica se va a utilizar para definir las dimensiones y la estructura del campo: área que ocupa, profundidad a la que se encuentra y principales estructuras relacionadas con la permeabilidad. Esto se logra mediante los siguientes estudios: sensores remotos, gravimetría, magnetometría, termometría, sismología y métodos eléctricos y electromagnéticos. En las etapas de reconocimiento se aplican sobre todo métodos que no son muy caros y que permiten cubrir un máximo del área teniendo una alta razón entre beneficio y costo: Medidas de emisividad en el infrarrojo a partir de imágenes aéreas o de satélite. Con este método se van a detectar zonas en las que el flujo de calor en la superficie es anómalamente alto. Al analizar las imágenes, se pueden obtener resultados cualitativos; sin embargo, para determinar determ inar valores de la descarga superficial de energía es necesario calibrar en el campo la relación entre emisividad y temperatura para los diferentes tipos t ipos de suelo. Termografía (mediciones de temperatura en pozos poco profundos: de 1 a 100 m). Este método es útil para complementar el mapeo hecho por imágenes en el infrarrojo, con lo cual se obtiene un mapa con las anomalías de temperatura superficial y a varias var ias profundidades (someras). Los resultados de estos estudios son básicos básic os para establecer los patrones de descarga superficial del sistema hidrotermal y elaborar así un primer esquema de las zonas más permeables y por lo tanto más interesantes para la producción. Método de perfiles eléctrico Este método se basa en hacer circular una corriente eléctrica en el terreno que se va a estudiar. Esta corriente se inyecta por medio de dos electrodos y el potencial causado por ella se mide usando otros dos electrodos a una cierta distancia de los primeros. Con estos dos parámetros se puede calcular la resistividad de las rocas a una profundidad que depende de la separación entre los electrodos de corriente y los de medición (Figura 26). Este método es con mucho el más importante para la exploración geotérmica, ya que la resistividad de las rocas disminuye notablemente cuando éstas se encuentran saturadas por fluidos altamente mineralizados y a temperaturas elevadas, y también, cuando por la acción de estos fluidos los minerales que forman las rocas del yacimiento son alterados hidrotermalmente, transformándose principalmente en arcillas, las cuales son minerales con una conductividad muy elevada. Sondeos eléctricos verticales La determinación de la resistividad de las rocas se efectúa por el método anterior, pero en lugar de llevar a cabo una cobertura superficial del área, se obtiene en cada punto de observación la variación de la resistividad para diferentes profundidades cambiando la separación de los electrodos. Esto se puede hacer, ya que la profundidad de penetración de la


corriente depende de qué tan separados estén los electrodos: a mayor separación de éstos, mayor es la profundidad que alcanza la corriente inyectada, excepto en algunos casos particulares en que la corriente se concentra en alguna capa altamente conductora y su penetración a mayores profundidades queda restringida por este efecto.

Figura. Diagrama del método de Schlumberger para medir resistividad. A y B: electrodos de inyección de corriente. M y N: electrodos de medición de potencial eléctrico producido por la corriente inyectada.

Métodos magnetotelúricos. En este caso, en lugar de hacer circular una corriente, se utilizan las fuentes naturales de la Tierra: las llamadas corrientes telúricas. Estas corrientes son generadas por las variaciones en el campo magnético terrestre relacionadas con tormentas eléctricas o emisiones provocadas por la actividad solar. Debido a su origen, estas corrientes tienen un periodo de variación (no son constantes) y por esta razón se les asocia no sólo un campo eléctrico, sino también un campo magnético. La profundidad a la que pueden penetrar estas corrientes está relacionada con el periodo de su variación; entre mayor sea éste, mayor será la profundidad que logren alcanzar. Esta propiedad hace que se seleccionen las frecuencias que se van a muestrear de acuerdo con las profundidades que interesan, en el caso de los campos geotérmicos éstas son menores de 5 km, lo que determina el uso de frecuencias entre 0.001 a 1 hertz (ciclos por segundo). El conocimiento de las variaciones de resistividad habilita al geofísico para establecer variaciones verticales en el grado de alteración de la roca, la litología, la porosidad de las rocas del reservorio y en el grado de saturación, así como para inferir la profundidad a la que existen cambios de fase en los fluidos geotérmicos, ya que en contraste con los bajos valores de resistividad provocados por el líquido caliente y mineralizado, las rocas saturadas con vapor presentan valores altos de resistividad. Detección del ruido sísmico natural En un yacimiento que presenta un flujo bifásico (líquido y vapor), se observa un aumento de vibraciones debido a la separación de vapor y al movimiento de éste; a estas perturbaciones se les denomina ruido sísmico debido a la separación de vapor. Este método no es muy usado por la baja proporción entre beneficio y costo que presenta. Una vez establecida durante la etapa de reconocimiento la existencia de un yacimiento geotérmico, los trabajos entran en la etapa de la exploración a detalle para determinar su potencial energético. Es posible emplear los métodos ya mencionados, concentrándose en las zonas más interesantes. En especial se utilizan los métodos eléctricos, aplicando


diferentes arreglos geométricos de los electrodos para lograr mayor penetración o bien resaltar las anomalías producidas por cambios verticales y horizontales en las rocas. Además, se pueden ampliar los trabajos con los siguientes métodos: Gravimetría y magnetometría La determinación de las anomalías en los campos gravitacional y magnético de la Tierra, localizados dentro del prospecto geotérmico, nos permiten identificar las principales estructuras geológicas de la zona por el contraste en sus propiedades (densidad y susceptibilidad magnética). Por ejemplo: fallas, intrusiones, deformaciones, etc. Además, en el caso de la gravimetría también es posible determinar si existe una depositación de minerales hidrotermales con un contraste de densidad respecto a las rocas del yacimiento; y la magnetometría puede ayudar a localizar algunas zonas donde la roca original ha sido demagnetizada por la acción de los fluidos termales. Métodos sísmicos. Los métodos sísmicos se caracterizan por su alto costo, tanto en los trabajos de campo como en la interpretación de los datos obtenidos. En algunos casos como la exploración petrolera estos métodos son casi indispensables para la localización de los mantos petrolíferos. Sin embargo, en su aplicación a la exploración geotérmica se tiene la desventaja del alto nivel de ruido sísmico existente, ya sea por los cambios de fase o por el movimiento subterráneo de los fluidos termales. En algunos países se ha estado experimentando con métodos de reflección y refracción de ondas sísmicas generadas por explosiones, pero no se han obtenido resultados que impulsen el empleo e mpleo de estos métodos. También se ha experimentado con métodos telesísmicos, que se limitan a detectar las ondas generadas por movimientos sísmicos muy alejados; se ha observado que al pasar por un yacimiento geotérmico, las ondas sísmicas sufren un retraso y una atenuación, de esta forma se puede determinar la localización de éste. En el caso de la geotermia todos los métodos sísmicos tienen una razón entre beneficio y costo muy baja y en general se prefiere el uso de los otros métodos mencionados para la exploración del campo. Durante la explotación del campo, los métodos mét odos geofísicos son útiles para mantener un sistema de monitoreo con el objeto de detectar fenómenos de subsidencia (hundimiento) y de aumento en la actividad sísmica. Por otra parte, puesto que los campos geotérmicos se encuentran localizados generalmente en zonas de actividad tectónica, la observación de la actividad sísmica es importante para tener un control de las fallas activas en las cercanías del campo. Las observaciones repetidas de la actividad microsísmica son útiles también para indicar los cambios en el campo de esfuerzos provocados por las variaciones de presión que resultan de la explotación del campo, ya sea por extracción o reinyección de los fluidos termales.

Perforación de pozos exploratorios Una vez que se tiene un modelo preliminar del campo con base en los datos superficiales, se procede a situar un número reducido (de tres a cinco) de pozos exploratorios, con los cuales se pretende corroborar los modelos elaborados y justificar los gastos de la exploración superficial. La restricción en el número de pozos se debe a los altos costos de la perforación, ya que dependiendo de su profundidad y de los tipos de roca que atraviesen (dura o suave) el precio puede variar de 100 000 hasta más de un millón de dólares, o sea que el precio de un solo pozo equivale a varias veces el costo total de la exploración superficial. Durante la perforación del pozo se toman muestras muest ras de las rocas que se van encontrando. Estas Est as muestras tienen la forma de trozos pequeños de roca que se van cortando con el barreno (muestras de canal) y de cilindros de roca recortados con un barreno especial para este fin (núcleos). Por supuesto que los núcleos proveen de mejor información, ya que se conoce exactamente a qué profundidad corresponden. En cambio las muestras de canal de varias profundidades pueden mezclarse y dar resultados erróneos. Aún antes de terminar el pozo estas rocas son estudiadas para determinar los minerales que se han producido como resultado de la interacción de los fluidos termales y la roca del yacimiento. La formación de los minerales de alteración depende tanto de la composición química del fluido como de la temperatura y por lo tanto estos dos parámetros pueden ser inferidos a partir de las observaciones en las muestras, aún sin haber hecho mediciones directas.


Una forma de determinar la evolución térmica del sistema es por medio de pequeñas inclusiones del fluido que quedan atrapadas al formarse los minerales de alteración y que van a conservar la composición del fluido que las formó (Figura 27). La ventaja de estas inclusiones fluidas es que también se puede determinar la temperatura a la que se formaron: al enfriarse una inclusión el líquido se contrae por lo que queda un espacio donde se forma una burbuja; al calentarla, esa burbuja desaparecerá cuando se alcance la temperatura de su formación. Es así como se pueden determinar variaciones químicas y térmicas que pudieran haber tenido lugar durante la evolución del sistema hidrotermal. A las muestras de rocas provenientes de los pozos se les hacen análisis químicos para obtener la composición de rocas alteradas y no alteradas hidrotermalmente y así determinar los efectos que ha tenido la interacción con fluidos termales en la composición química de las rocas que forman el yacimiento. Una vez que el pozo se ha terminado (lo cual puede llevar varios meses), se toman registros verticales de flujo, temperatura, conductividad y potencial eléctricos, velocidad sísmica, etc., para determinar las propiedades de las rocas que se encuentran a lo largo lar go del pozo y la variación de la temperatura t emperatura con la profundidad, lo que en forma indirecta ayuda a inferir la permeabilidad de las rocas, ya que después de haber sido enfriadas por los fluidos de perforación las capas de roca más permeables serán las que recuperen más rápido su temperatura anterior por la circulación de los fluidos termales a través de ellas. Generalmente se deja "reposar" el pozo de unas cuatro a ocho semanas para que se estabilice, comparando las variaciones en los registros de temperatura y presión durante este tiempo. Una vez, estabilizado el pozo se induce su descarga, es decir la emisión continua de fluido, y es sólo entonces cuando se sabe cuánto fluido puede producir el pozo y a qué presión y temperatura, determinando de esta forma la cantidad de energía eléctrica que se puede obtener. Éste es el parámetro que nos va a indicar la factibilidad económica de la explotación de un campo: cuántos pozos son necesarios para obtener la cantidad planeada de kilowatts eléctricos, lo cual determina finalmente el costo de la electricidad.


3.4.-

EXPLORACION PROFUNDA. MUMERO. EXPACIAMIENTO Y PROFUNDIDAD DE SONDEOS.

La información superficial que puede obtener el especialista no resulta suficiente para las investigaciones de tipo minero, petrolífero, geotécnico por lo que se hace necesario recurrir a las investigaciones subterráneas o sub-superficiales que se realiza por medio de tres métodos. / / /

Método directo. Método semidirecto. Método indirecto.

Los métodos directos. Son aplicados mayormente en la prospección minera y en las investigaciones geotécnicas, y consisten en la excavación o ejecución de aberturas tanto en las rocas como en los suelos a fin de observar, evaluar el tipo, característica tanto de las rocas como de los suelos, la existencia de filones de minería, la presencia o ausencia de agua cuando son horizontales se llaman galerías. La galería es una excavación que esta comunicada al exterior por un solo lado. El Túnel es una excavación comunicada al exterior por sus lados extremos, cuando son verticales se denominan chimeneas.

Los métodos semidirectos. Consiste en obtener información del sub-suelo por medio de ejecución de las perforaciones, obtención de testigos o muestras ya sea de roca o suelo. Existen básicamente dos tipos de equipos de sondeo, percusión y rotación.

a) Método de percusión. Consiste en ejecutar el sondeo por golpes sucesivos con una herramienta adecuada, la que progresivamente va triturando el material. Los equipos constan de un trepano que va asegurado al extremo interior de una barra, la cual a su vez va colgada de un cable. El trepano actúa mediante un constante martilleo puesto que alternativamente levantado y dejándose caer gracias a un balancín que forma parte del equipo, mediante este sistema la roca es cortada en trozos o triturado el material, que se acumula en el fondo del pozo pozo que debe ser extraído periódicamente mediante cucharas, baldes, bombas, etc. Este material extraído es examinado y evaluado de tal manera que permite obtener una información sobre el tipo de roca o material, su naturaleza y así realizar el perfil. b) Método de rotación. Se realiza por medio de la rotación de la herramienta, la misma que se halla asegurada al extremo inferior de la barra de perforación, que gira, gracias a un motor que le confiere un movimiento rotativo, las herramientas cortantes se llaman coronas de diamante o diamantinas y son estas las que con el movimiento rotativo perforan un orificio anular en la roca separando así a los testigos de lala masa rocosa, los mismos que a intervalos de tiempo o longitud son recuperados, medidos, evaluados o analizados, por lo tanto las barras de perforación también deben ser llevados a la superficie cada cierto tiempo. Los métodos indirectos. Se describen a continuación.

a) Sondeos en el suelo. Tenemos suelos blandos, sondeos mediante barrenos que pueden ser manuales, que tiene alcance limitado aplicado a la geotecnia porque tenemos que hacer auscultaciones de 4 a 6 metros exagerando y los otros que son a motor, que permiten hacer sondeos a mayor profundidad, hay equipos a inyección de agua. b) Auscultaciones. Pueden ser definidas como sondeos sin obtención de muestras y tienen como finalidad obtener información rápida, acerca de las remociones de suelos, tanto en sentido horizontal como vertical en un área determinada.


Las auscultaciones se realizan hincando en forma continua un penetrómetro o una barra muy resistente con lo que se llega a conocer la variación de resistencia a la penetración que ofrece el suelo, a lo largo de las líneas verticales, este es un método fácil económico, para obtener información S.P.T. (Ensayos de perforación estándar).

La figura muestra un ejemplo de maquinaria utilizada en perforación y sondeos


3.5.-

MUESTREO. TIPO DE MUESTRAS Y PROFUNDIDAD DE EXTRACCION.

Tipos de muestreo Los autores proponen diferentes criterios de clasificación de los diferentes tipos de muestreo, aunque en general pueden dividirse en dos grandes grupos: métodos de muestreo probabilísticos y métodos mét odos de muestreo no probabilísticos. Métodos de muestreo probabilísticos Los métodos de muestreo probabilísticos son aquellos que se basan en el principio de equiprobabilidad. Es decir, aquellos en los que todos los individuos tienen la misma probabilidad de ser elegidos para formar parte de una muestra y, consiguientemente, todas las posibles muestras de tamaño n tienen la misma probabilidad de ser elegidas. Sólo estos métodos de muestreo probabilísticos nos aseguran la representatividad de la muestra extraída y son, por tanto, los más recomendables. Dentro de los métodos de muestreo probabilísticos encontramos los siguientes tipos: * Muestreo aleatorio simple: El procedimiento empleado es el siguiente: 1) se asigna un número a cada individuo de la población y 2) a través de algún medio mecánico (bolas dentro de una bolsa, tablas de números aleatorios, números aleatorios generados con una calculadora u ordenador, etc) se eligen tantos sujetos como sea necesario para completar el tamaño de muestra requerido. Este procedimiento, atractivo por su simpleza, tiene poca o nula utilidad práctica cuando la población que estamos manejando es muy grande. * Muestreo aleatorio sistemático: Este procedimiento exige, como el anterior, numerar todos los elementos de la población, pero en lugar de extraer n números aleatorios sólo se extrae uno. Se parte de ese número aleatorio i, que es un número elegido al azar, y los elementos que integran la muestra son los que ocupan los lugares i, i+k, i+2k, i+3k,...,i+(n-1)k, es decir se toman los individuos de k en k, siendo k el resultado de dividir el tamaño de la población entre el tamaño de la muestra: k=N/n. El número i que empleamos como punto de partida será un número al azar entre 1 y k. El riesgo se este tipo de muestreo está en los casos en que se dan periodicidades en la población ya que al elegir a los miembros de la muestra con una periodicidad constante (k) podemos introducir una homogeneidad que no se da en la población. Imaginemos que estamos seleccionando una muestra sobre listas de 10 individuos en los que los 5 primeros son varones y los 5 últimos mujeres, si empleamos un muestreo aleatorio sistemático con k=10 siempre seleccionaríamos o sólo hombres o sólo mujeres, no podría haber una representación representa ción de los dos sexos. * Muestreo aleatorio estratificado: Trata de obviar las dificultades que presentan los anteriores ya que simplifican los procesos y suelen reducir el error muestral para un tamaño dado de la muestra. Consiste en considerar categorías típicas diferentes entre sí (estratos) que poseen gran homogeneidad respecto a alguna característica (se puede estratificar, por ejemplo, según la profesión, el municipio de residencia, el sexo, el estado civil, etc). Lo que se pretende con este tipo de muestreo es asegurarse de que todos los estratos de interés estarán representados adecuadamente en la muestra. Cada estrato funciona independientemente, pudiendo aplicarse dentro de ellos el muestreo aleatorio simple o el estratificado para elegir los elementos concretos que formarán parte de la muestra. En ocasiones las dificultades que plantean son demasiado grandes, pues exige un conocimiento detallado de la población. (tamaño geográfico, sexos, edades,...). La distribución de la muestra en función de los diferentes diferent es estratos se denomina afijación, y puede ser de diferentes tipos: t ipos: Afijación Simple: A cada estrato le corresponde igual número de elementos muestrales.


Afijación Proporcional: La distribución se hace de acuerdo con el peso pe so (tamaño) de la población en cada estrato. Afijación Óptima: Se tiene en cuenta la previsible dispersión de los resultados, de modo que se considera la proporción y la desviación típica. Tiene poca aplicación ya que no se suele conocer la desviación. * Muestreo aleatorio por conglomerados: Los métodos presentados hasta ahora están pensados para seleccionar directamente los elementos de la población, es decir, que las unidades muestrales son los elementos de la población. En el muestreo por conglomerados la unidad muestral es un grupo de elementos de la población que forman una unidad, a la que llamamos conglomerado. Las unidades hospitalarias, los departamentos universitarios, una caja de determinado producto, etc, son conglomerados naturales. En otras ocasiones se pueden utilizar conglomerados no naturales como, por ejemplo, las urnas electorales. Cuando los conglomerados son área geográficas suele hablarse de "muestreo por áreas". El muestreo por conglomerados consiste en seleccionar aleatoriamente un cierto numero de conglomerados (el necesario para alcanzar el tamaño muestral establecido) y en investigar después todos los elementos pertenecientes a los conglomerados elegidos. Para finalizar con esta exposición de los métodos de muestreo probabilísticos es necesario comentar que ante lo compleja que puede llegar a ser la situación real de muestreo con la que nos enfrentemos es muy común emplear lo que se denomina muestreo polietápico. Este tipo de muestreo se caracteriza por operar en sucesivas etapas, empleando en cada una de ellas el método de muestreo probabilístico más adecuado.

Métodos de muestreo no probabilísticos A veces, para estudios exploratorios, el muestreo probabilístico resulta excesivamente costoso y se acude a métodos no probabilísticos, aun siendo conscientes de que no sirven para realizar generalizaciones, pues no se tiene certeza de que la muestra extraída sea representativa, ya que no todos los sujetos de la población tienen la misma probabilidad de se elegidos. En general se seleccionan a los sujetos siguiendo determinados criterios procurando que la muestra sea representativa. * Muestreo por cuotas: También denominado en ocasiones "accidental". Se asienta generalmente sobre la base de un buen conocimiento de los estratos de la población y/o de los individuos más "representativos" o "adecuados" para los fines de la investigación. Mantiene, por tanto, semejanzas con el muestreo aleatorio estratificado, pero no tiene el carácter de aleatoriedad de aquél. En este tipo de muestreo se fijan unas "cuotas" que consisten en un número de individuos que reúnen unas determinadas condiciones, por ejemplo: 20 individuos de 25 a 40 años, de sexo femenino y residentes en Gijón. Una vez determinada la cuota se eligen los primeros que se encuentren que cumplan esas características. Este método se utiliza mucho en las encuestas de opinión. * Muestreo opinático o intencional: Este tipo de muestreo se caracteriza por un esfuerzo deliberado de obtener muestras "representativas" mediante la inclusión en la muestra de grupos supuestamente típicos. Es muy frecuente su utilización en sondeos preelectorales de zonas que en anteriores votaciones han marcado tendencias de voto. * Muestreo casual o incidental: Se trata de un proceso en el que el investigador selecciona directa e intencionadamente los individuos de la población. El caso más frecuente de este procedimiento el utilizar como muestra los individuos a los que se tiene fácil acceso (los


profesores de universidad emplean con mucha frecuencia a sus propios alumnos). Un caso particular es el de los voluntarios. * Bola de nieve: Se localiza a algunos individuos, los cuales conducen a otros, y estos a otros, y así hasta conseguir una muestra suficiente. Este tipo se emplea muy frecuentemente cuando se hacen estudios con poblaciones "marginales", delincuentes, sectas, determinados tipos de enfermos, etc.

Se tiene que agarrar una muestra representativa del agregado que se está utilizando para mandarlo a laboratorio para saber si cumple con las especificaciones técnicas.


3.6.-

PRUEBAS DE PERMEABILIDAD EN EL CAMPO: LUGEON Y/O LEFRANC.

Antes de describir los métodos de; Lugeon y/o Lefranc, veremos dos casos en la permeabilidad del vaso. Se presenta dos casos:

1. Vasos de lagunas existentes y en este caso deberá diferenciarse también tambi én dos casos. - Vasos no carsticos donde no hay presencia de calizas. En estos casos generalmente el subsuelo formado por mezcla de arcilla, arena y grava de origen glaciar, hace que el vaso sea impermeable, sobre todo encima de los 4000 m.s.n.m.. Debajo de esta altura, habrá que tener cuidado con antiguos cauces formados por grava y arena que pueden activarse al subir sub ir el nivel del embalse. - Vasos carsticos, por presencia de roca caliza. En estos casos es inminente la presencia de "tragaderos" que al subir el nivel del embalse se pierda estas aguas. Deberá estudiarse el aprovechamiento del vaso del nivel actual hacia abajo, con ciertas precauciones.

2. Vasos de embalses futuros. Son vasos donde actualmente no hay espejo de agua pero presentan condiciones topográficas adecuadas para construir un embalse. Se pueden presentar tres casos: - Valles glaciares, pantanosos, planos, por encima de los 4,000 m.s.n.m.. - Valles no glaciares, debajo de los 4,000 m.s.n.m.. - Valles de ríos. En el primer caso, salvo zonas gravosas, que se detecta con perforaciones de 1.5 m. de profundidad son impermeables. En el segundo y tercer caso será necesario determinar el espesor del manto permeable formado por el material grueso acarreado por el rio y estudiar el costo de construir un dentellón de impermeabilización en la presa. Se tiene casos de afloramiento de roca que resulta adecuado. Ahora bien, se tiene un documento donde explica a detalle más unos ejemplos de los procedimientos de Lugeon y/o Lefranc, solo se tiene que hacer Ctrl + clic en el siguiente enlace: Lugeon y/o Lefranc


3.7.-

PROGRAMAS DE ENSAYES DE LABORATORIO.

Para los ensayos de laboratorio se puede consultar el Manual Carreteras V4 C - Ensayo De Suelo Y Materiales (Suelos) . Usted puede abrir este documento en PDF haciendo Ctrl + clic en el párrafo pintado de azul y subrayado. Por otro lado tenemos los procedimientos junto con la planilla para tomar datos de los diferentes ensayos que se hicieron en el laboratorio de suelos ubicado en el IEM. Para ingresar a la carpeta que contiene estos documentos deberá ingresar a: Suelos I - Laboratorio. Laboratorio . En campo, no contamos al principio con los equipos necesarios, supongamos que estamos en un estudio de pre factibilidad y debemos de dar a groso modo la constitución de los materiales que tenemos en el lugar, es así que a continuación se redacta un inspección más simple de los ensayos de laboratorio.

Identificación de los suelos en el campo Para un control adecuado de los suelos se necesita su perfecta identificación. La falta de tiempos o de medios hace que frecuentemente sea imposible el realizar detenidos ensayos para poderlos clasificar. Así pues la habilidad de identificarlos en el campo por simple inspección visual y su examen al tacto son: Principales tipos de suelos para su identificación, todos los suelos pueden agrupar se en 5 t ipos básicos: La grava.- Esta formada por grandes granos minerales con diámetros mayores de ¼ de pulgada. Las piezas grandes se llaman piedras, cuando son mayores a 10 pulgadas se llaman morrillos. La arena.- Se componen de partículas minerales que varían aproximadamente desde ¼ de pulgada a 0.002 pulgadas en diámetros. El limo.- Consiste en partículas minerales naturales, mas pequeñas de 0.02 pulgadas de diámetro, las cuales carecen de plasticidad y tienen poca o ninguna resistencia en seco. La arcilla.- Contienen partículas de tamaño coloidal que producen su plasticidad. La plasticidad y resistencia en seco están afectadas por la forma y la composición mineral de las part ículas. La materia orgánica.- Consiste en vegetales parcialmente descompuesto como sucede en la turba o en materia vegetal finalmente dividida, como sucede en los limos orgánicos y en las arcillas orgánicas.

Inspección visual Forma del grano.- Se observan y clasifican las partículas de arena y grava en cuanto a su grado de angulosidad y redondos. Tamaños y graduación de los granos.- Los tamaños en arenas y gravas se s e reconocen rápidamente por inspección visual. Los granos más pequeños que el límite menor de la arena no pueden verse a simple vista deben ser identificados por medio de otros ensayos. Ensayo de sacudimiento.- Este ensayo es útil út il para la identificación de suelos de grano fino. Se prepara una pequeña pe queña porción de suelo húmedo y se agita horizontalmente sobre la palma de la mano. Se observa si el agua sale a la superficie de la muestra dándole una apariencia blanda, luego se aprieta la muestra entre los dedos haciendo que la humedad desaparezca de la superficie. Al mismo tiempo la muestra se endurece y finalmente se desmenuza bajo la presiente presión de los dedos, se vuelve a agitar las piezas rotas hasta que fluyan otra ves juntas, hay que distinguir entre reacción lenta, rápida y media al ensayo de sacudimiento. Una reacción rápida indica falta de plasticidad, tal es el caso de limo inorgánico, polvo de roca o arena muy fina.


Una reacción lenta indica un limo o arcilla-limo ligeramente plástico. Si no hay reacción es índice de una arcilla o material turboso. Ensayo de rotura.- Este ensayo puede usarse para determinar la resistencia en seco de un suelo. Se deja secar una porción húmeda de la muestra y se ensaya su resistencia en seco desmenuzándola entre los dedos, se debe aprender a distinguir entre ligera, media y alta resistencia en seco. Una resistencia en seco ligera, indica un limo inorgánico, polvo de roca o una arena limosa. Una resistencia en seco media, denota una arcilla inorgánica de plasticidad entre baja y media. Se requiere una considerable presión de los dedos para pulverizar. Una resistencia en seco alta, indica una arcilla inorgánica altamente plástica. La muestra seca puede ser rota pero no pulverizada bajo la presión de los dedos

Aparato con el que contamos en el IEM para medir la resistencia a compresión no confinada de un suelo.


3.8.-

ANALISIS Y PRESENTACION DE RESULTADOS. ESTRATIGRAFIA.

Se deberá realizar las columnas estratigráficas típicas, que deberan levantarse y presentarse a escala adecuada, indicando en el mapa cada columna y sitio donde se levantó, e incluir como mínimo la siguiente información:  Escala vertical debidamente cuantificada.  Tipos de material geológico.  Edad relativa y correlación con nombres aceptados de formaciones regionales.  Distribución de los materiales con la profundidad.  Espesor y extensión vertical de cada manto o espesor de material homogéneo.  Características físicas, color, tamaño de los granos, naturaleza de la estratificación, foliación, esquistosidad, dureza, coherencia, diaclasamiento.  Características especiales físicas o químicas, cementantes, calcáreos, silíceos, etc., concreciones, depósitos minerales.  Distribución y extensión de las zonas de meteorización. Diferencias entre las zonas de materiales meteorizados y sanos.  Detalles de la estructura, estratificación, buzamientos, etc.

Se debe tener planos que muestren la correlación estratificada de las rocas que sobre las que vamos a traba jar

PROYECTOU OU.M.S.A. .A. POZOOSONDEON.- 10

ELEVACION: 3126,327 m.s.n.m.

FECHA: 2/06/20010

ResistenciadelTerreno HumedadNatural edadNatural y Clasificación Descripcion Profundidad S.P.T. Resistencia Indice en( en( Kg/cm2) LimitesdeAtterberg Plastico Método NF del en Ndegol degolpes terreno Unificado Suelo ( m) por 30cm 30cm. 0,5 1,0 1,5 2,0 2, 2,5 3, 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 ( Kg/cm2 Kg/cm2) 10% 20 20% 30 30% 40 40% 50 50% IP GW-GC Gravaarenosa c/arcillam.p. 1,5 26 3,6 10,0 GW-GC Gravaarenosa c/arcillam.p. 3,0 26 4 9,4 SC Arenaarcillosa m.p. c/grava 4,5 31 3,6 8,1 N.F. 5,3 SP-SC Arenagravosa c/arcilla m.p. 6,0 37 3,2 8,4 SC Arenagravoarcillosa m.p. 7,5 43 3,3 8,3 GW-GC Gravaarenosa c/arcillam.p. 9,0 31 3,6 12,5 GW-GC Gravaarenosa c/arcillam.p. 10,5 26 3,5 9,2

Ejemplo del resultado estratigráfico que se obtiene luego de realizar cálculos con los datos obtenidos del laboratorio

Granulometria %quepasapor %quepasapor tamiz 0,75 88,9 85,4 97,2

10 36,8 26,8 67,5

40 16,5 12,4 52,2

200 9,3 7, 7,7 44,8

86,9 92,4 83,6 93,7

38,6 61,4 25,5 35,3

15,9 10,6 47,8 40,6 12,3 9 15,2 9,8


3.9.-

PRUEBAS COMPLEMENTARIAS DE CAMPO.

Existen dos pruebas que son bastante populares a la hora de tener datos técnicos sobre el suelo que estamos estudiando, estos ensayos son con los que generalmente se empieza puesto que en el primer caso nos pide un equipo ligero y el segundo es un equipo que la mayoría de los institutos de ensayos de suelos lo tienen. PRUEBA DE LA VELETA La veleta es un dispositivo que sirve para medir las resistencias al corte de los suelos eminentemente cohesivos y suaves sin tener que extraer muestras inalteradas de los mismos. Es decir, es un aparato que mide el corte de los suelos directamente en el lugar. El aparato consiste de dos placas metálicas cruzadas que forman cuatro aletas de forma rectangular, las cuales se hincan en el suelo hasta que la parte superior de las aspas queden lo suficientemente enterradas en el suelo a ensayar. Esto hace por medio de un vástago que las sujeta y sobre el cual se aplica un par de fuerzas que se mide por medio de un dinamómetro en el maneral. PRUEBA DE PENETRACIÓN NORMAL Esta prueba consiste en contar el numero de golpes N necesarios para hincar 30 cm dentro del suelo, un saca muestras normalizado. El hincado del muestreador se hace dejando caer un peso de 65 Kg. desde una altura de 75 cm. Para ejecutar la prueba, se ajusta cuidadosamente el muestrador al suelo y a la barriga del peso se comienza a golpear la cabeza de la barra para que el saca muestras penetre 15 cm en el suelo. A partir de ese instante se cuenta el numero de golpes N necesarios para que el saca muestras penetre 30 cm mas. Hecho esto se saca el muestreador y se extrae para su examen el material recogido en su interior. No se introducen fotos en el informe puesto que los aparatos son conocidos por todos, además uno puede observarlos a detalle en el IEM.


CAPITULO IV

ESTUDIOS DE BANCOS DE MATERIALES


4.1.-

INTRODUCCION.

Es indispensable realizar una fotointerpretación del sitio sitio donde se va ha realizar la cortina. Seria bueno obtener imágenes satelitales con buena resolución o bien contratar un avión para sacar imágenes. Con dichas fotos o imágenes podemos ingresar al laboratorio de fotogrametría y primeramente ubicar los sitios donde existe acumulación de material petreo.

Debemos ubicar lugares donde se concentra material que podría ser utilizado en la construcción de la presa

Una vez ubicado, se puede cuantificar su volumen para saber si ese material abastecerá a la construcción o tendremos que traer de otro sitio, lo cual sale más caro. Debe de tenerse muy en cuenta que se deben de realizar ensayos a los materiales que vayamos a utilizar para saber la calidad de los mismos.


4.2.-

LOCALIZACION EN RELACION AL SITIO DE LA CORTINA.

Las consideraciones que se deben de tener en cuenta para la selección se lección del sitio de la cortina, son las siguientes:       

El vaso natural debe tener una adecuada capacidad la que es definida por la topografía. La geología del lugar debe analizarse desde el punto de vista de la filtración del lecho del embalse estudiando fallas, contactos y fisuras. Analizar los suelos del sitio del embalse y la estabilidad de sus taludes Avaluar los terrenos a inundar. Conocer la cantidad y calidad del agua embalsada El impacto ambiental y social tanto aguas arriba como aguas abajo debe considerarse y evaluarse. Se busca que en la vecindad haya materiales para la construcción construc ción de la presa y obras anexas.

Se tiene que colocar la cortina en un sitio donde se pueda maximizar el espejo de agua y a la vez minimice los volúmenes del embalse para reducir los costos


4.3.-

UBICACION DE BANCOS.

En la introducción ya aviamos empezado mencionando la forma de aprovechas los bancos que existen cerca del lugar donde se va a emplazar la cortina.

Una vez ubicados los bancos debe de realizar los cálculos correspondientes para saber cuánto cuesta trasladar el material, para ver si es más económico comprar de algún sitio cercano

Muchas veces los bancos no tienen buena calidad de material y se encuentran demasiado alejados de la presa, es asi que es mas económico comprar los materiales de algún sitio cercano.


4.4.-

MUESTREO Y DETERMINACION DE PROPIEDADES INDICE Y MECANICAS.

Muestreo: Para poder realizar los diferentes ensayos, la primera tarea que hacemos al recibir una muestra es cuartearla, es decir, dividirla en diferentes partes igualmente representativas. Para que los ensayos sean válidos, las diferentes proporciones de muestra que tomaremos para ensayar han de tener los mismos rangos y proporciones granulométricas. Es importante realizar un cuarteo correcto ya que sino el comportamiento de los materiales sería diferente en uno y otro ensayo y los resultados no serian coherentes. Para poder realizar el cuarteo, antes, hemos de preparar la muestra: si está húmeda la hemos de poner a secar en bandejas debajo de lámparas de infrarrojos, por otro lado, si la muestra es un suelo que viene en forma de sondeo lo hemos de disgregar con una maza que deberá ser de madera para no romper los cantos que pueda tener esta. Una vez preparada para cuartear, lo que hacemos es pasar la muestra diversas veces por una cuarteadora que nos separa o divide la muestra en dos partes igualmente representativas. El número de partes que hacemos de cada muestra es función de los ensayos que debamos realizar. Cada ensayo requiere una cantidad concreta de muestra: - Ensayo Proctor:.....................28 kg (hacemos 4 sacos de 7 kg cada uno). - Ensayo CBR: ........................19 kg (hacemos un único saco de 19 kg). - Granulometría y límites:...........3 kg (entre 1,5 y 2 kg para la granulometría y el resto para límites). Generalmente la muestra sobrante se guarda para tener muestra disponible en caso de necesidad (repetir un ensayo etc.).

Propiedades Índice: I. DENSIDAD RELATIVA Generalidades La densidad relativa es una propiedad índice de estado de los suelos que se emplea normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen reducida cantidad de partículas menores que 0.074 mm. (malla # 200). La densidad relativa indica el grado de compactación del material y se emplea tanto en suelos naturales como en rellenos compactados. Según la norma chilena, el porcentaje de finos no debe sobrepasar un 12% para que la densidad relativa sea aplicable. Para mayores contenidos de finos se utiliza por tanto el ensayo de compactación. La razón de esta limitación reside en la ineficacia del procedimiento de vibrado utilizado en la determinación de la densidad máxima. En casos límites, se recomienda realizar, tanto el ensayo de densidad relativa como el de compactación, cuando el porcentaje de finos se encuentra entre 10 y 12%, conservando los resultados del mejor de ellos. Hay que hacer notar que el ensayo de densidad relativa puede ser válido en suelos que superan el contenido de finos indicado cuando éstos no poseen plasticidad alguna, como es el caso de algunos materiales de relaves (residuos de la lixiviación de minerales, por ejemplo, de cobre) y finos tales como el polvo de roca. La densidad relativa tiene gran aplicación en geotecnia debido a las correlaciones que existen con otros parámetros de ingeniería tales como el ángulo de roce interno y la resistencia a la penetración de cuchara normal. Por otra parte, muchas fórmulas que permiten estimar los asentamientos posibles de estructuras fundadas sobre suelos granulares, están basadas en la densidad relativa. Existen sin embargo dificultades para determinar la densidad relativa en suelos granulares de grandes tamaños. Ya que la obtención de muestras inalteradas en suelos granulares resulta impracticable, a menos que ellas sean obtenidas por procedimientos tan especiales y costosos como el congelamiento, la densidad relativa adquiere importancia porque permitiría reproducir esta condición de estado en el laboratorio.


Definición La densidad relativa, expresada en porcentaje, es el grado de compacidad de un suelo referido a sus estados más suelto y más denso, los que se obtienen siguiendo los procedimientos de laboratorio que se indican más adelante. Se expresa a través de la siguiente fórmula:

Donde:

e: índice de huecos VV: Volumen de vacíos VS: Volumen de sólidos

Debido a que el parámetro de estado que se determina en terreno es la densidad húmeda, la misma fórmula conviene expresarla en función de las densidades secas de los distintos estados, como se presenta a continuación:

El cálculo de la densidad relativa de un suelo natural o relleno artificial requiere, de acuerdo a la fórmula, de las siguientes determinaciones: a) densidad seca del suelo in situ que puede ser de un suelo natural o de un material de relleno que está siendo compactado; la dificultad en la determinación de la densidad seca reside en la determinación del volumen ocupado por el suelo in situ, para lo cual existen diversos métodos; entre ellos, el método del cono de arena que es el de uso más frecuente y que corresponde a una determinación de la densidad realizada en terreno (se detalla en un ítem aparte en esta guía). b) densidad máxima seca; es una determinación que se realiza en laboratorio; el procedimiento más utilizado es el método de mesa vibradora que tiene dos variantes: Método seco y húmedo; por razones de tiempo, usaremos un método seco basado en el método japonés. c) densidad mínima seca; es una determinación que se realiza en laboratorio. I.I DETERMINACION DE LAS DENSIDADES MAXIMA Y MINIMA Equipos • •

Molde patrón de compactación o molde de volumen calibrado. Equipo de vibración manual o mecánica.


Procedimiento y Cálculo A. Para la Densidad Máxima 1. Cada grupo debe tomar una muestra de suelo granular previamente secada al horno, asegurándose de deshacer los grumos que pudieran todavía existir antes de utilizar el material. 2. Utilizar el mismo molde para la determinación de la densidad máxima y mínima. 3. El procedimiento a seguir en el ensayo de densidad máxima a realizar en esta sesión es el método japonés: (a) se coloca el material en el molde patrón en 10 capas, aplicando con un martillo 100 golpes por capa a los lados del molde (de acuerdo con las indicaciones del instructor), (b) después de cada ensayo, ensayo, volver a mezclar cuidadosamente cuidadosamente el suelo que haya quedado en el recipiente antes de realizar el siguiente ensayo, (c) realizar tres ensayos para cada determinación de densidad máxima. 4. Conocido el volumen y peso del recipiente, obtener el peso neto del suelo y deter minar la densidad. 5. Utilizar la densidad máxima obtenida en estas est as tres determinaciones como la densidad dens idad máxima del suelo (no el promedio de las tres determinaciones). B. Para la Densidad Mínima 1. El suelo secado al horno y sin grumos se coloca en el molde distribuyéndolo con un movimiento circular cuidadoso; se debe vaciar suficiente material de tal manera que sobresalga levemente del molde y luego, con una regla, se debe retirar el exceso de material con el máximo cuidado; se obtiene el peso neto del suelo. 2. Se repite dos veces el ensayo. Utilizar la menor densidad obtenida como valor de la densidad mínima del suelo. II. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD IN SITU Generalidades Un suelo natural o compactado requiere la determinación de la densidad in situ. En la mayoría de los casos, esta determinación se realiza utilizando el método del cono de arena. Otros métodos son el del balón de goma y equipos nucleares. Método del Cono de Arena

Figura 1: Equipo del cono de arena


El cono de arena consiste de un recipiente cilíndrico de metal que continúa hacia abajo con un doble cono, es decir, simétrico con respecto a la válvula, acompañado de una placa metálica con una abertura al centro circular de igual diámetro que la base invertida del cono. En terreno, se excava un agujero de aproximadamente aproximadamente 12-14 cm. de profundidad y un diámetro igual a la abertura circular de la placa, la que se coloca horizontalmente sobre la superficie. Esta placa, que tiene rebordes, permite asegurar que no se pierda material en el proceso de excavación, material que deberá ser pesado para obtener WT; su humedad, w, deberá ser determinada para obtener el peso total seco WS.

Habiendo determinado el peso del total de la “arena normal” (W1), se coloca sobre el agujero abriéndose la válvula. Una vez que el agujero y el cono inferior se llenan de “arena normal”, se determina el peso de la arena no utilizada (W2), de modo que:

Donde

W3 = peso de la arena para llenar el agujero y el cono inferior.

El volumen del hueco excavado se determina ahora como:

Finalmente, el peso unitario seco del suelo in situ se determina a través del peso unitario húmedo:

Con

WT: Peso del suelo húmedo. Vhueco: Volumen del hueco.

Con el contenido de humedad w del material excavado, el peso unitario seco del mater ial es:

Equipo Cono de arena Herramientas para excavar Balanza Arena normalizada Bolsas plásticas Procedimiento • • • • •


1. Cada grupo debe hacer el ensayo de densidad por el cono de arena en el área designada por el instructor. 2. Antes de colocar la placa sobre el sitio a ensayar, es importante asegurar que la superficie de la zona de excavación se encuentre plana y lisa; excavar un agujero utilizando la placa de base y colocar cuidadosamente todo el suelo removido del agujero en una de las bolsas, asegurándose que no exista pérdida de material. 3. Colocar el cono lleno de arena - evitando derramarla - sobre el agujero de la placa, verificando que la válvula se encuentre cerrada; abrir la válvula permitiendo que la arena rellene el volumen hasta detenerse la caída de material; cerrar la válvula y guardar la arena retenida en el cono superior en la bolsa con la arena no utilizada; recuperar la arena del agujero guardándola en otra bolsa. 4. Restituir la zona donde se trabajó a sus condiciones iniciales. 5. Regresar al laboratorio verificando que todas las partes del equipo utilizado hayan sido recuperadas, 6. Pesar el suelo excavado y la arena retenida en el cono de arena; tomar una muestra de suelo para determinar la humedad, pesarla y llevarla al horno, 7. En U-Cursos se publicará el peso del suelo secado al horno. III. PESO UNITARIO DE SUELOS COHESIVOS Generalidades El procedimiento para obtener el peso unitario de suelos cohesivos se basa en el principio de Arquímedes, a través del cual el volumen de una muestra se determina por el volumen de agua que desplaza. Para evitar la absorción de agua, la muestra es impermeabilizada con una delgada película de cera líquida. Equipo • • •

Frasco de vidrio de volumen graduado Balanza con precisión de 0.1 g Cera

Procedimiento 1. Pesar la muestra de suelo. 2. Cubrir enteramente la muestra con cera líquida. 3. Una vez seca la cera, se vuelve a pesar (por diferencia de pesos se tiene el peso de la cera). 4. Colocar agua en el frasco graduado y registrar el volumen inicial. 5. Sumergir la muestra de suelo con cera en el agua y medir el volumen. 6. Conocida la densidad de la cera y su peso se calcula el volumen de la cera. 7. Descontar este volumen al volumen total para obtener el volumen del suelo. 8. Tomar una muestra de suelo, pesarla y llevarla al horno. 9. El peso seco del suelo será publicado en U-Cursos.


Propiedades Mecánicas: Ensayo Proctor: El ensayo Proctor (Proctor en honor a quien lo desarrolló) es un ensayo de compactación de suelo que tiene como finalidad obtener la humedad óptima de compactación de un suelo para una determinada energía de compactación. La humedad óptima de compactación es aquella humedad (%de agua) para la cual la densidad del suelo es máxima, es decir que cantidad de agua le hemos de añadir a un suelo para poderlo compactar la máximo con una energía concreta. Para encontrar este parámetro lo que hacemos es realizar 4 ensayos con un mismo suelo (uno por saco de muestra preparada) pero con diferentes humedades de forma que después de haber realizado las compactaciones obtendremos 4 densidades de este suelo para 4 humedades diferentes, no obstante estas no son las humedades óptimas, pero si que podemos usarlas para obtener la humedad óptima mediante interpolación. Es decir que situando los 4 valores obtenidos en una gráfica Densidad respecto %Agua obtendremos 4 puntos que nos permitirán trazar una curva, de manera que el punto más alto de la curva será el de mayor densidad y por tanto el de la humedad óptima. Ensayo CBR: El ensayo CBR (California Bearing Ratio) mide la carga necesaria para penetrar un pistón de dimensiones determinadas a una velocidad previamente fijada en una muestra compactada de suelo después de haberla sumergido en agua durante cuatro días y de haber medido su hinchamiento. El hecho de sumergir la muestra se debe a que así podemos prever la hipotética situación de acumulación de humedad en el suelo después de la construcción. Por tanto después de haber compactado el suelo y de haberlo sumergido, lo penetramos con un pistón el cual va conectado a un pequeño "plotter" que nos genera una gráfica donde se nos representa la carga respecto la profundidad a la que ha penetrado el pistón dentro de la muestra. Esta gráfica suele ser una curva con el tramo inicial recto y el tramo final cóncavo hacia abajo (si el tramo inicial no es recto se corrige). Una vez tenemos la gráfica miramos los valores de la carga que soportaba el suelo cuando el pistón se había hundido 2.5 mm y 5mm y los expresamos en tanto por ciento, tomando como índice CBR el mayor de los porcentajes calculados.


Análisis Granulométrico: El análisis granulométrico tiene como objetivo determinar la proporción de las diferentes granolumetrías que presenta un suelo, es decir, mediante este análisis sabemos que cantidad de suelo comprende cada intervalo granulométrico. Para realizar este ensayo tomamos la muestra inicial y la separamos en finos (los que pasan por el tamiz 2 y son retenidos por el tamiz 0.06) de los gruesos (los que son retenidos por el tamiz 2), y haremos el análisis de unos y otros por separado pero antes los lavaremos con metafosfato sódico por tal de eliminar las partículas más finas que pueden quedar enganchadas en la superficie de los granos. Después de haber lavado la muestra, tomamos los gruesos y los pasamos por los tamices dispuestos en serie, desde el tamiz número 5 hasta el tamiz número 0.25 y después pesamos y anotamos la cantidad de suelo retenido por cada tamiz. El tamizado se suele realizar con una tamizadora automática, que puede ser de diferentes modelos. Luego hacemos lo mismo con los finos pero esta vez con la serie que va del 2 hasta el 0.25. Una vez conocemos la cantidad de suelo (en peso) que cae en cada intervalo granulométrico, es decir la cantidad de suelo retenida por cada tamiz, hacemos una gráfica donde representamos la cantidad de suelo respecto el tamaño de grano lo que nos dará una curva más o menos recta en función de las características del suelo. De esta forma suelos con curvas similares tendrán un comportamiento granulométrico similar. Desgaste de los Ángeles: Este ensayo pretende determinar la resistencia al desgaste de los gruesos que forman un suelo. Para poderlo realizar necesitaremos 2,5-3 kg de muestra de tamaño comprendido entre los tamices 10 y 2,5, y 2,5-3 kg de tamaño comprendido entre 12,5 y 15, cantidades que normalmente tomamos del sobrante de muestra. Una vez tenemos las cantidades de muestra adecuadas las pesamos y a continuación las pasamos por separado por la centrifugadora de bolas de acero, sometiendo primero a 500 revoluciones a la muestra entre el 10 y el 12,5, y luego a otras 500 revoluciones a la muestra de entre 12,5 y 15. Esta centrifugadora desgasta las muestras de forma que en función de su dureza o resistencia, estas se desgastaran más o menos. Una vez desgastadas y lavadas, volvemos a pesar las muestras, y la diferencia de peso inicial y final nos dará la cantidad de muestra que se ha perdido per dido lo que nos indicará el desgaste de estos materiales. Calculo del límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad: Se entiende por límite líquido, la humedad que tiene un suelo amasado con agua y colocado en una cuchara de Casagrande cuando el surco realizado con un acanalador que divide esta masa en dos mitades se junta a lo largo de su fondo en una distancia de 13 mm después de haber dejado caer 25 veces la cuchara desde una altura de 10 mm con una cadencia de 2 golpes por segundo. Para realizar este ensayo usamos muestra de tamaño inferior al tamiz 0,5 (básicamente arcillas) y la amasamos usando espátulas, después llenamos la cuchara y le hacemos un surco con el acanalador normalizado. Una vez hemos hecho el surco vamos contando los golpes que le damos a la cuchara mediante la manivela y no paramos de dar golpes hasta que las dos mitades separadas por el surco se toquen, o que el número de golpes sea mayor de 40 (muestras casi secas). Este proceso lo repetiremos 3 veces, y en el primero pr imero deberemos obtener un valor de golpes cercano a 20, en el siguiente un valor cercano a 25, y en el último un valor alrededor de 30 golpes. Para cada cuchara llena tomaremos un poco de muestra y la introduciremos en una cápsula por tal de determinar su humedad. Después proyectamos en una


gráfica el número de golpes respecto la humedad registrada cada vez y obtendremos una recta en cual interpolaremos los 25 golpes por tal de conocer el límite líquido. Para calcular el límite plástico usamos el resto de la masa que hemos utilizado para calcular el límite líquido y con esta haremos unos cuantos fideos de barro sobre un cristal esmerilado por tal de secarlos a medida que los vamos amasando. Cuando vemos que el barro de los fideos se empieza a agrietar querrá decir que el barro ya empieza a estar seco y situamos los fideos dentro de una cápsula con el fin de determinar deter minar más tarde su humedad. Después de haber llenado las tres cápsulas de esta manera y de haber calculado sus respectivas humedades hacemos la media aritmética de los tres valores y obtendremos el límite de plasticidad. El índice de plasticidad lo obtenemos haciendo la resta del límite líquido y del límite plástico. Cálculo de la densidad aparente: Entendemos por densidad aparente la densidad de la muestra "in situ", es decir la densidad de la muestra en su lugar de origen, por tanto esta la hemos de calcular en muestras inalteradas. Para calcular la densidad aparente de una muestra primero la pesamos, a continuación la cubrimos con una capa de parafina sumergiéndola en una cazuela con parafina caliente por tal de impermeabilizarla. Una vez hemos impermeabilizado la muestra con la parafina caliente la volvemos a pesar y la diferencia de peso dividida por la densidad será el volumen que hemos añadido. Después tomamos la muestra parafinada y la pesamos con una balanza hidrostática lo que nos dará el volumen total de la muestra. Para conocer la densidad aparente dividimos el peso calculado al inicio por su volumen. Equivalente de Arena: El equivalente de arena (EA) se define como el cociente multiplicado por 100 de la altura de la parte arenosa sedimentaria y de la altura total de finos floculados depositados en una probeta. Para realizar este ensayo necesitaremos dos porciones de muestra de unos 120 gr cada una que pase por el tamiz 5. Hay que decir que como trabajamos con dos muestras, las diferentes operaciones que realizamos las hacemos con una diferencia de 2 o 3 minutos entre la primera y la segunda muestra. Cada una de estas muestras se sitúa en una probeta en la cual previamente hemos añadido solución desfloculante. Una vez hemos introducido la muestra en las probetas y hemos eliminado las burbujas que se hayan formado al verter el suelo dejamos reposar cada probeta 10 minutos. Después tapamos la probeta y la agitamos manteniéndola horizontal haciendo unos 90 ciclos en unos 30 segundos. A continuación tomamos la probeta y con una barilla acanalada introducimos más


líquido desfloculante por el fondo de la muestra por tal de poner en suspensión las partículas más finas. Después dejamos reposar cada probeta 20 minutos y medimos en cada una la altura (respecto a la base) a la que llegan los finos y también la altura a la que llegan los gruesos. Para obtener el valor del equivalente de arena dividimos para cada probeta la altura de los gruesos entre la altura de los finos y lo multiplicamos por 100 de manera que obtenemos un valor para cada probeta, y para que el ensayo resultante se considere válido el resultado obtenido para cada probeta no puede diferir en más del 2%. Ensayo de Corte Directo: El ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la resistencia al esfuerzo cortante de una muestra, valor que entre otras cosas nos será muy útil para el cálculo de la estabilidad de taludes. La resistencia al esfuerzo cortante en el suelo se debe a dos componentes: la cohesión, aportada por la fracción fina del suelo y responsable a su vez del comportamiento plástico de este, y el rozamiento interno entre las partículas granulares. Hay que decir que la resistencia al esfuerzo cortante, en obras de tierras para carreteras se puede hallar de forma indirecta mediante otros ensayos como el del índice C.B.R, o también, aunque se realiza con menos frecuencia, mediante el ensayo de rotura a compresión simple. El ensayo de corte directo se realiza sobre una muestra de suelo situada dentro de una caja de metal dividida en dos piezas: la mitad superior y la mitad inferior. Simultáneamente la muestra es sometida a una carga normal constante y a un esfuerzo lateral que se va incrementando de forma progresiva. Mientras realizamos el ensayo vamos tomando nota del esfuerzo aplicado y el desplazamiento producido entre los dos bloques, datos que más tarde proyectaremos en una gráfica a partir de la cual podremos obtener la resistencia al corte de esa muestra para la carga normal aplicada. Repetiremos el ensayo un mínimo de dos veces con diferentes cargas normales, de forma que proyectando los diferentes valores en una gráfica esfuerzo normal respecto resistencia al corte podremos encontrar la envolvente de Mohr del material, con lo que ello implica: cohesión y ángulo de rozamiento interno.


4.5.-

PROCEDIMIENTO DE EXPLOTACION.

En las presas explotadas directamente por el Estado, el Ingeniero Encargado, asumirá la dirección de la explotación, cuando las presas se exploten por una corporación autónoma o por una empresa, la dirección de su explotación estará a cargo de un servicio de explotación establecido dentro de la corporación o empresa, que además de atender a la explotación de los embalses responderá de la inspección, vigilancia, conservación y seguridad de la s presas y, en particular, de mantener en condiciones de servicio de dispositivos de control, órganos de desagüe, accesos y comunicaciones. Se deberá para garantizar el buen funcionamiento y seguridad de la presa, tanto en condiciones normales como en las Extraordinarias que fueren previsibles. Dichas normas se referirán a los siguientes temas: a) Registro de datos meteorológicos, de precipitaciones y temperaturas máximas y mínimas. b) Registro y vigilancia de los niveles de embalse. c) Estimación diaria de las aportaciones afluentes al embalse y de los volúmenes desaguados. d) Consignas de actuación en presencia de una crecida, resguardos convenientes, velocidad de variación de cota el embalse, orden y amplitud con que deben maniobrarse las compuertas y manera de avisar de los riesgos que pudieran existir aguas abajo. La explotación del aliviadero deberá exigir que se maniobren las compuertas de manera que el nivel del embalse no se eleve sobre su máximo normal antes de que las compuertas queden completamente completament e abiertas.


4.6.-

TRATAMIENTO Y SELECCIÓN DE LOS MATERIALES MÁS ADECUADOS.

Los materiales de construcción constituyen un área muy importante en la formación de los ingenieros civiles. La gran diversidad de obras civiles en las que el ingeniero puede participar requieren de conocimientos básicos firmemente consolidados, y que le permitan, con la práctica profesional ahondar en la tecnología de los materiales empleados en la industria de la construcción. Para el ingeniero civil es muy importante optimizar los recursos económicos disponibles para construir las obras, esto lo puede lograr entre otras cosas haciendo buen uso tanto de los materiales baratos como de los materiales caros. A un lado de la búsqueda de una economía bien entendida, el ingeniero tiene la obligación de construir obras que además de ser seguras reflejen la mejor calidad de vida de sus ocupantes o usuarios, apegándose siempre a las especificaciones y reglamentos de construcción vigentes. Toda construcción debe ser antecedida por una etapa de selección de los materiales. El ingeniero debe evitar hasta donde sea posible el experimentar directamente en la obra con materiales desconocidos, ya que esto acarrea casi siempre defectos en la obra. La experimentación es un medio excelente para verificar el comportamiento de los materiales bajo condiciones especiales, y debe ser estimulada en cualquier organización, pero se debe llevar al cabo con buena anticipación a la obra. La experimentación tanto en laboratorio como en campo son igualmente provechosas cuando se les interpreta correctamente. La selección de los materiales de construcción depende de muchos factores, y resulta difícil ser muy específico al respecto, como ejemplo considérese que la selección del material puede depender desde la disponibilidad del mismo en una determinada localidad hasta el gusto del dueño de la obra, quien puede decidirse por alguno o algunos de los materiales que se emplearán en la misma. En ocasiones la selección de un determinado material puede ser tan complicada que requiera de un complejo estudio estadístico para decidirse ya sea por un determinado banco de material, por un determinado lote de material o por por un determinado fabricante. La gran mayoría de las veces son el ingeniero civil y el arquitecto quienes proponen al dueño de la obra los materiales que se deben emplear, por lo tanto estas personas deben tener los conocimientos suficientes para lograr que se cumplan los objetivos de la obra y se satisfaga el presupuesto de la misma. Particularmente el ingeniero civil debe tener la capacidad técnica suficiente para realizar la selección de los materiales de una manera más científica de lo que generalmente se cree. La base primordial para la selección de los materiales de construcción generalmente lo constituyen las propiedades ingenieriles de los mismos


CAPITULO V

DISEÑO


5.1.-

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO.

Para el diseño es completamente necesario realizar minuciosos análisis de: · Estabilidad · Fracturamiento hidráulico · Agrietamientos · Sismicidad · Asentamientos y deformación Criterios De Diseño /

Localización de la Obra Sera colocado en el pinto más bajo de la cuenca u garganta

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Cantidad y localización de materiales

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Función de la Obra

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Tipo de cimentación, presa y características del embalse

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Clima y plazo de construcción

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Geología de la zona y características sísmicas del lugar

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Importancia de la obra

Obras de arte: 1. Zonificación de los rellenos de los taludes 2. Localización del vertedero 3. Bordo libre 4. Control de infiltración en la cimentación 5. Obras de desagüe 6. Protección del talud aguas arriba


5.2.FUNCIONALIDAD Y OBJETIVOS DE LAS DIFERENTES ZONAS DE MATERIALES QUE CONSTITUYEN LA CORTINA. NUCLEO IMPERMEABLE, FILTROS, ZONAS DE TRANSICION, RESPALDOS ESTABILIZADORES Y ENROCAMIENTO DE PROTECCION.

VERTEDEROS DE EXCEDENCIAS Los vertederos son estructuras que tienen aplicación muy extendida en todo tipo de sistemas hidráulicos y expresan una condición especial de movimiento no uniforme en un tramo con notoria diferencia de nivel. Normalmente desempeñan funciones de seguridad y control. Un vertedero puede tener las siguientes funciones: Lograr que el nivel de agua en una obra de toma alcance el valor de requerido para el funcionamiento de la misma. Mantener un nivel casi constante aguas arriba de una obra de toma, permitiendo que el flujo sobre el coronamiento del vertedero se desarrolle con una lámina líquida de espesor limitado. En una obra de toma, el vertedero de excedencias se constituye en el órgano de seguridad de mayor importancia, evacuando las aguas en exceso generadas durante los eventos de máximas crecidas. Permitir el control del flujo en estructuras de caída, disipadores de energía, transiciones, estructuras de entrada y salida en alcantarillas de carreteras, sistemas de alcantarillado, etc.

DISIPADORES DE ENERGÍA Uno de los aspectos que generalmente merece especial atención en el diseño de obras hidráulicas de montaña es la disipación de la energía cinética que adquiere un chorro líquido por el incremento de la velocidad de flujo. Esta situación se presenta en vertederos de excedencias, estructuras de caída, desfogues de fondo, bocatomas, estructuras de salida de alcantarillas, etc. La disipación de la energía cinética puede lograrse aplicando diferentes medidas, a saber: generación de resalto hidráulico, impacto o incremento de la rugosidad.

OBRAS DE TOMA La obra de toma es la estructura hidráulica de mayor importancia de un sistema de aducción que alimentará un sistema de generación de energía hidroeléctrica, riego, agua potable, etc. A partir de la obra de toma, se tomarán decisiones respecto a la disposición de los demás componentes de la Obra. Los diferentes tipos de obras de toma han sido desarrollados sobre la base de estudios en modelos hidráulicos, principalmente en aquellos aplicados a cursos de agua con gran transporte de sedimentos. En el caso de sistemas en cuencas de montaña, debido a las condiciones topográficas, las posibilidades de desarrollo de embalses son limitadas. Por tal motivo, es usual la derivación directa de los volúmenes de agua requeridos y conducirlos a través de canales, galerías y/o tuberías, para atender la demanda que se presenta en el sistema de recepción (agua potable, riego, energía, etc.). Cada intervención sobre el recurso hídrico, origina alteraciones en el régimen de caudales, aguas abajo de la estructura de captación, por lo que su aplicación deberá considerar al mismo tiempo la satisfacción de la demanda definida por el proyecto y los impactos sobre sectores ubicados en niveles inferiores.

CANALES Los canales se pueden clasificar según el uso final que tengan: canales para agua potable, riego, drenaje, energía hidroeléctrica, etc. Los canales tienen la finalidad de conducir los caudales de captación desde la obra de toma hasta el


lugar de carga o distribución, de acuerdo a la naturaleza del proyecto, y en condiciones que permitan transportar los volúmenes necesarios para cubrir la demanda. En general, el canal de aducción en una cuenca de montaña es la obra que requiere las mayores inversiones comparando con las demás obras civiles de un sistema hidráulico, ya que debido a su longitud y condiciones topográficas, los volúmenes de excavación, materiales de construcción, etc. superan en general al resto de obras civiles (obra de toma, cámara de carga o tanque de almacenamiento). En muchos casos el costo de inversión del canal será fundamental para establecer la viabilidad de un proyecto.

(JMC) Monografia Sobre Presas De Tierra Y Enrocamiento.pdf

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