EROSIÓN INTERNA EN PRESAS. UNA PUTADA, SIN NINGUNA DUDA… part 1


Parece raro hoy en día y más en la tesitura económica en la que vivimos la construcción de una presa, cierto, pero no por ello debemos descuidar nuestro conocimiento en torno a estas importantes estructuras ya que debemos cuidarlas y conservarlas, más que nada porque un accidente supondría un desastre con grandes costes materiales y humanos. Yo personalmente sigo formándome en este campo, ¿por qué? a parte de porque soy un poco “friki” de la ingeniería civil, el arte de las presas tiene una componente muy alta de geotécnia que me vuelve LOCO!!! Por si os interesa aquí os dejo un enlace de mi escuela favorita, por su saber hacer y por que los cursos son on-line y los hago a mi aire, de cursos sobre presas.

Una gran presa, según la definición dela Comisión Internacionalde Grandes Presas (ICOLD), es aquélla que supera los15 metrosde altura o que con más de5 metrostiene un volumen de embalse de más de 3 millones de m3. Sus funciones son controlar las inundaciones, proporcionar energía hidráulica y suministrar agua para usos domésticos, industriales o regadíos. Proporcionan el 19% de la electricidad mundial total e irrigan el 40% de los territorios mundiales de agricultura de regadío. Su construcción no está exenta de la polémica en todo el mundo entre los partidarios de estas obras, como generadoras de riqueza y desarrollo, y sus detractores, que no reconocen un balance positivo entre los beneficios y su riesgo potencial.

Básicamente una presa puede estar construida o con hormigón o con materiales sueltos. Si se llegara a la conclusión que por las condiciones que fueran se necesitara una presa de materiales sueltos, deberíamos tener en cuenta un principio básico: los suelos tienden a erosionarse cuando el agua fluye sobre o a través de ellos (algo obvio pero que muchos no tienen en cuenta).

FISURACIÓN EN PRESAS DE MATERIALES SUELTOS

Este problema atañe a las presas que están formadas por suelos cohesivos (fundamentalmente núcleos), las que no tienen este tipo de material no forman fisuras. Prácticamente es inevitable, se ha observado en gran cantidad de presas, por lo que nuestro objetivo será asumir que las hay y por lo tanto que estas supongan un problema. Existe gran variedad en la geometría de las fisuras observadas en las distintas preas, aunque para un estudio más racional, puede aceptarse la clasificación que se indica a continuación:

  • Las fisuras transversales aparecen en las zonas en que la coronación de la presa sufre deformaciones longitudinales de extensión en dirección del eje de la presa, que no pueden ser tomadas por el material del núcleo sin agrietarse.
  • Las fisuras horizontales se producen por deformación (asiento) de la parte inferior del núcleo, quedando la parte superior colgada por efecto arco, de los espaldones.
  • Las fisuras longitudinales pueden aparecer si el espaldón aguas abajo tiene una deformación elevada, que no puede ser seguida por el núcleo.

No todas las grietas son igualmente peligrosas, puesto que alguna de ellas (por ejemplo las longitudinales), pueden ser fácilmente reparadas, mientras que otras (horizontales y transversales), al poner en comunicación el embalse con el talud aguas debajo de la presa pueden ser causa de importantes fugas; incluso si se asocian con fenómenos de erosión interna, pueden arruinar la obra.

Este fenómeno, es más frecuente en presas de altura moderada o en las zonas superiores de las presas más altas. Las mayores presiones existentes en las zonas inferiores del relleno, contribuyen a evitar la aparición de tracciones.

ESTADÍSTICA DE FALLOS EN PRESAS

Hasta aproximadamente 1930, se ponía especial énfasis en evitar las filtraciones, posteriormente y después de numerosos estudios y tesis, se demostró que era imposible evitar que las hubiera, por lo que se cambió el enfoque y se pasó al control de las fisuras para prevenir problemas de erosión interna y tubificación.

 Dentro de las presas de materiales sueltos, la erosión interna representa un 46 % de los mecanismos de fallo a escala mundial. Un 48 % es debida a la erosión externa, la que denominamos también fallo por coronación u overtopping. El 6 % restante se deben a deslizamientos de la presa. Esto nos lleva a lo necesario de los estudios sobre la erosión interna. No podemos controlar en gran medida que se produzca una rotura por overtopping, solamente podemos asegurar un resguardo lo suficientemente conservador, pero la erosión interna si puede ser evitable con una mejor ejecución y estudios de filtros y materiales más adecuados. En definitiva, necesitamos hacer nuestras presas lo más seguras posibles.

TUBIFICACIÓN

Es la formación, por erosión progresiva, de un conducto a través de la presa o de su cimiento. Se comprende el peligro que puede significar si llegara a formarse un paso abierto desde el embalse al exterior.

El flujo de agua a través tiende a ejercer presión sobre las partículas del suelo, y la fuerza de filtración actuante, definida por unidad de volumen, puede arrastrarlas en el sentido de la corriente. Las fuerzas que se oponen al arrastre del flujo es la trabazón entre las partículas (estructura) y su cohesión, pero al emerger aguas abajo de la presa, es el peso sumergido del suelo la principal fuerza en sentido opuesto, al menos en suelos sin cohesión.

Una presa es, en cierta forma, un impedimento interpuesto en la corriente para que el agua pase por debajo de ella. La energía debe disiparse lo suficiente por fricción y otras pérdidas a través de esa trayectoria, de forma de que salga (aguas abajo de la presa) sin provocar erosión (tubificación y sufusión) que ponga en riesgo la estructura. El sentido de la fuerza de filtración sigue el de las líneas de flujo, y en su origen, cuando el agua penetra en el suelo tiene el mismo que el del peso de las partículas, pero la erosión se ve impedida por la masa del suelo. En cambio, al emerger aguas abajo, tienen sentidos opuestos, y allí no existe masa alguna que se oponga a la erosión.

Un punto al que no se dedica generalmente suficiente atención es a la posibilidad de sifonamiento a través del terreno, cuando éste es compacto e impermeable. Pero existen algunos terrenos con fracturación importante como el de la presa de Teton y otros aparentemente inofensivos, como algunas areniscas, donde la existencia de zonas menos cementadas puede provocar sifonamiento, como sucedió en la presa de Canales, en la que se registró un inicio de sifonamiento hacia una galería no revestida ante el buen aspecto de la roca. Afortunadamente, en esta presa se había colocado un manto de material filtrante sobre la roca y bajo el espaldón de aguas abajo, para impedir cualquier fenómeno de este tipo.

ARCILLAS DISPERSIVAS

Se denomina así al proceso por el cual las partículas de arcilla de muy pequeñas dimensiones, ven disminuidas sus fuerzas de atracción molecular por efecto de la presencia de iones de sodio, lo que las vuelve susceptibles al arrastre o dilución. Los cationes Na+ aumentan el espesor de la doble capa y las fuerzas eléctricas de repulsión, siendo superiores a las de atracción de Van der Walls. El proceso degrada los suelos con alto contenido de sodio debido al arrastre (dispersión o de floculación) de coloides. Determinadas condiciones como flujos de agua pura (agua de lluvia), con bajos contenidos de sales, activan y aceleran el proceso, incluso con cargas nulas o muy pequeñas de agua.

ZONAS PROPENSAS A LA EROSIÓN INTERNA

Hay zonas más propensas a la iniciación de fisuras: masas mal compactadas, contactos de la presa con obras de hormigón como aliviaderos, conductos, etc, bordes del núcleo, paramentos de las presas homogéneas no drenadas y zonas débiles o anómalas del sustrato. Los asientos diferenciales producen también grietas o fisuras que pueden dar lugar a un paso de agua preferencial.

  • A, B – Adyacente a las paredes del muro del aliviadero, entre el muro del aliviadero y el cuerpo de presa.
  • C – Adyacente al tubo de desagüe de fondo.
  • D, E – Debido a irregularidades en el perfil del cimiento donde se asienta la presa. Esto puede producir asientos diferenciales en el cuerpo de presa.
  • F – El inicio se encuentra en el propio cimiento.
  • G – En la unión entre el muro del cuerpo de presa y el cimiento.

Otro origen puede ser un escape de agua de un conducto que atraviesa la presa. Otra causa similar son los manantiales que se deben recoger llevando el agua al embalse o al exterior, si no fueran detectados antes de la construcción, deberán controlarse por medio de un pozo o galería sacando el agua afuera o a un espaldón drenante bajo la protección de un filtro.

TIPOS DE EROSIÓN INTERNA

  1. FRACTURA HIDRÁULICA: Consiste en la brusca irrupción del agua a través de las grietas de los terraplenes, bajo los efectos de la carga hidráulica, ejerciendo subpresiones (fuerzas dirigidas de abajo hacia arriba) y presiones en todas direcciones, principalmente durante el primer llenado del embalse o al producirse alguna variación brusca de su nivel. A las contracciones y secado como el origen de fisuras pueden agregarse diferencias en compactación producidas por el paso de los rodillos. Estas grietas internas pueden estar cerradas, pero, cuando el nivel del embalse alcanza algunos metros (2 a3) sobre ellas, la presión hidrostática puede ser superior a la presión total. El agua ejerce presión sobre la fisura abriéndola progresivamente.
  2. EROSIÓN REGRESIVA: La erosión regresiva se puede producir en prácticamente todos los suelos (en los no cohesivos si algún estrato o estructura impide el desmoronamiento del túnel), desde aguas abajo hacia aguas arriba, siguiendo preferentemente el camino de concentración de las líneas de filtración. El conducto se forma por las zonas geológicamente más débiles, por planos de estratificación permeables, o en cualquier otras zonas de concentración del flujo donde la energía llega sin sufrir grandes pérdidas debidas a la fricción.
  3. DOLINAS DE SUBSIDENCIA: Mediante flujos de agua subterránea puede provocar la deformación gravitacional de los materiales suprayacentes y el hundimiento de la superficie del terreno. Estos fenómenos de subsidencia por disolución generalmente se manifiestan en superficie mediante depresiones cerradas denominadas dolinas de subsidencia (sinkholes en inglés, recomiendo la lectura de esta entra de GEOJUANJO). La generación de dolinas de subsidencia puede estar relacionada con la disolución de sedimentos carbonatados, evaporíticos e incluso materiales silíceos y lateríticos en climas muy húmedos. Generalmente los fenómenos de subsidencia en terrenos evaporíticos muestran un nivel de actividad muy superior al de los terrenos carbonatados debido a la mayor solubilidad y menor resistencia mecánica de las evaporitas.
  4. SUFUSIÓN: es el proceso por el cual las partículas más finas del suelo se mueven a través de constricciones entre las partículas de tierra más grandes por las fuerzas de filtración. Los suelos susceptibles a la difusión se describen como internamente inestables.

Bueno, y hasta aquí por hoy, tengo más documentación sobre el tema, sobre todo en cuanto a ensayos y auscultación de presas de materiales sueltos con imágenes muy curiosas, así que si veo que gusta escribiré una segunda parte de esta entrada. Para terminar y para quien no lo conozca os dejo el video de la rotura de la presa de Teton en EE.UU, creía tener un video de la rotura completa, pero no, lo he encontrado en youtube pero en un montaje fotográfico con buena calidad y con un poquito de teoría sobre todo lo que he hablado antes.

Espero que os guste. SALUDOS!!!

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