COMO DETECTAR LA EROSIÓN INTERNA EN PRESAS. 2ª Parte del Post EROSIÓN INTERNA EN PRESAS. UNA PUTADA, SIN NINGUNA DUDA…

Hace un par de semana escribí el post sobre erosión interna, al que titulé con un «part 1» por si tenía aceptación hacer un «part 2». Pues bien, creo que ha tenido buena aceptación así que procedo con la mencionada parte 2.

Tenía pensado hablar de ensayos de erosión de arcillas, porque además en otro post publicado la semana pasada, se generó una cierta polémica en torno a una grieta en un terreno arcilloso pero no, viendo mi documentación me he dado cuenta de que es un tostón, que hay un montón de fórmulas y que no le va a interesar a nadie por lo que voy a hablar de auscultación de presas en la que se sospecha que puede haber problemas de erosión interna.

Claro está que todas las imágenes que se van a mostrar requieren gran experiencia en la interpretación de la aparamenta requerida para cada caso. Hay métodos convencionales de auscultación que nos pueden avisar del inicio de un problema de erosión interna como pueden ser la salida de agua barrosa por algún punto (salvo en el primer embalsado, que el barro puede proceder de la misma obra), toda variación de caudal filtrante o de color del agua, así como la localización puntual de la filtración, la vegetación particular, etc, todo ello debe poner en sobre aviso y hacer más intensa la observación.

De todas formas a lo largo de los últimos 20 años se han realizado muchos trabajos de investigación en el campo de auscultación de presas con el fin de desarrollar métodos complementarios a los convencionales. Hay varios ejemplos de sistemas y equipos novedosos, que ya se aplican con éxito en varios países, especialmente para el control de filtraciones, como los métodos de medición de temperatura, resistividad y autopotencial. La introducción de los sensores de fibra óptica nos facilita datos de forma instantánea.

TOMOGRAFÍA ELECTRICA

Es un ensayo no destructivo en el que el objetivo específico es determinar el valor de la resistividad eléctrica real y su distribución en el subsuelo a partir de mediciones realizadas en superficie o, en el ámbito comprendido entre dos sondeos.

Durante la última década, se ha producido una notable adecuación en la aplicación de técnicas geofísicas en la resolución de conflictos geotécnicos o medioambientales. Concretamente, la prospección eléctrica de resistividades mediante corriente continua ha experimentado un notable avance con la aparición de sistemas automáticos de adquisición de datos y programas informáticos para la obtención de imágenes del subsuelo con estimación de la distribución real de la resistividad en una sección del terreno.

Por su capacidad resolutiva al investigar hasta profundidades que pueden llegar a centenares de metros,la Tomografíaeléctrica es aplicable a cualquier estudio del subsuelo donde interese identificar todo tipo de accidentes o discontinuidades, muy útil en el ámbito de las presas, podemos hallar canalizaciones, accidentes kársticos, unidades acuíferas, niveles freáticos. Es sin duda un de las herramientas de carácter no destructivo más eficaz para el estudio y caracterización del interior de nuestra presa y su cimiento. En la siguiente imagen vemos un ejemplo de la caracterización del interior de la presa, encontramos en la zona superior el núcleo arcilloso de la presa y separado con una línea azul el cimiento de la presa y rodeado con una línea roja tenemos un fallo en el núcleo, se trata de una zona arenosa en el núcleo de la presa.

GEORADAR

La prospección geofísica por radar se engloba dentro de los métodos electromagnéticos de alta frecuencia. Los reconocimientos mediante georadar se basan en el estudio de la propagación de ondas electromagnéticas en el subsuelo en un dominio de frecuencias que varían entre unas decenas de Mhz hasta algunos Ghz.

El georadar está condicionado por el tipo de antena que empleemos; la profundidad de investigación depende de la frecuencia de la antena y de la resistividad y permitividad eléctrica del medio. Los terrenos arcillosos y margas son atenuadores de la señal, mientras que en medios calizos la profundidad de investigación con una antena de 400 Mhz permite llegar hasta los10 metroscon una nítida señal. El georadar y la tomografía eléctrica son técnicas geofísicas muy parecidas, la diferencia reside en que el georadar perseguirá objetivos más someros y mayores resoluciones, mientras que la tomografía alcanzaría, con menor resolución, objetivos más profundos.

En la siguiente imagen tenemos los resultados de un georadar, en el encontramos las anomalías introducidas en un terraplén, tenemos una zona de suelos heterogéneos en un núcleo que debería ser homogéneo.

DETECCIÓN POR TEMPERATURA

La temperatura en el cuerpo y la cimentación de una presa suele ser distinta a la del embalse. En el caso de que se produzca una filtración desde el embalse, no sólo se efectúa un transporte del agua sino también una transmisión de calor por convección del agua a la presa. A partir de una velocidad de flujo de desde 10-6 m/s hasta 10-7 m/s, el transporte térmico advectivo sobrepasa el porcentaje conductivo. De esta manera, la distribución de temperatura en la zona de la filtración se adapta a la del agua. A través de la medición de este cambio térmico se pueden detectar las filtraciones usando el agua como trazador.

Podemos utilizar dos métodos distintos: Termómetros instalados en sondeos ó fibra óptica. La fibra óptica la explicamos en el siguiente método de auscultación.

El método clásico es la instalación de termómetros convencionales. En el caso de presas es necesario instalar una gran cantidad de termómetros para poder detectar cambios locales en el comportamiento térmico de una estructura. Esta solución puede resultar muy costosa y laboriosa. Es una alternativa especialmente indicada en presas existentes donde una colocación posterior de un cable de fibra óptica resulta ser difícil.

Aparte de la instalación de sensores en pozos o sondeos convencionales, se ha desarrollado la técnica del sondeo térmico que permite medir temperaturas en presas de materiales sueltos hasta una profundidad de30 m. Para colocar los sensores de medición se encaja primero un varillaje de perforación hueco y con rosca hasta la profundidad en la que se desea medir. A continuación se introduce un cable en el varillaje que contiene varios sensores térmicos. Después de un breve momento de asimilación se miden simultáneamente las temperaturas del suelo en diferentes profundidades con un aparato de precisión portátil. Este sistema facilita poder detectar tanto los límites horizontales como los verticales de las infiltraciones.

FIBRA ÓPTICA

Dado lo caro y laborioso del proceso anterior, se ha desarrollado el método de control distribuido de temperatura mediante fibra óptica. También nos permite la medición de deformaciones y la detección de filtraciones.

El uso habitual de la fibra óptica en presas es para la transmisión de datos, especialmente en sistemas automatizados. Aunque, las propiedades de la fibra permiten usarla también como sensor, facilitando datos a lo largo del desarrollo del cable. La medición se realiza mediante un impulso óptico en la fibra que se genera con un láser y la espectrografía de la retrodispersión. Las propiedades de la luz reflectada cambian en función de la temperatura y la deformación de la fibra óptica en el punto de dispersión.

En la luz reflectada se encuentra, aparte de la luz Rayleigh, que forma la mayor parte, la luz Raman y Brillouin. El desfase y la intensidad de la retrodispersión de la luz Brillouin dependen de la temperatura y la deformación, mientras que la intensidad de la luz Raman sólo de la temperatura. Calculando el coeficiente de las intensidades Stokes y Antistokes se obtiene la temperatura en la fibra. Un aumento de la temperatura tiene un efecto tanto en los componentes Raman como Brillouin.

En general, se obtienen datos de lectura de cada1 a2 m, pero se puede alcanzar una resolución de hasta0,5 m. La exactitud de la lectura depende del método aplicado, la duración de la lectura y la distancia del punto de medición al aparato de lectura, alcanzando precisiones de0,05 ºC(temperatura) o 10 με (deformación). Con el efecto Raman es posible obtener datos hasta una longitud de10 km, mientras con la tecnología basada en Brillouin serían de más de50 km.

La fibra óptica es muy importante en la detección de filtraciones a través de la medición de temperatura. De esta manera se puede controlar la estanqueidad de juntas y sistemas de impermeabilización como núcleos de arcilla, geomembranas o pantallas de hormigón.

La siguiente imagen muestra posibles ubicaciones del cable para una presa de escollera con pantalla de hormigón.

A – Zona de tensión

B – Control de juntas verticales

C – Control de losas de la pantalla de hormigón

D – Control de la junta perimetral

En el caso de que se controlen las temperaturas con fibra óptica, la información se obtiene de forma distribuida a lo largo de todo el tendido de cable, para ello tenemos que medir el gradiente de temperatura entre el punto de medida y el embalse. Para garantizar esto, es necesario mantener una distancia mínima entre la fibra óptica y el embalse.

MÉTODO DE AUTOPOTENCIAL ELÉCTRICO

El método de autopotenciales (En inglés SP “Self Potential measurements”,) se usó al principio en la exploración de minerales y luego en exploraciones térmicas. En la última década, se ha recurrido cada vez más a los estudios sobre autopotenciales en las investigaciones geotécnicas. Los autopotenciales tienen diferentes orígenes que incluyen los potenciales derivados de reacciones químicas, los provenientes de corrientes telúricas y los producidos por el movimiento de iones en solución. Los autopotenciales que interesan en las investigaciones geotécnicas se denominan potenciales de flujo o de electrofiltración. Estos se desarrollan cuando el agua transporta iones a través de un medio poroso como el suelo. Dado que los potenciales de flujo están estrechamente relacionados con el movimiento del agua, su medición sirve para localizar vías de filtración a través del suelo y de estructuras hechas por el hombre, como las presas de tierra. El método de autopotenciales es un medio rápido y barato para aislarlas vías de filtración, con lo que las técnicas de investigación costosas, como la perforación, pueden tener una utilización más provechosa.

En Wyoming se realizó un estudio con varios perfiles de autopotenciales sobre una gran presa de diques de tierra, y se descubrió una importante anomalía negativa (vía de filtración) en la cresta de la presa y su correspondiente anomalía positiva (salida de filtración) en la base de la misma. A lo largo de la cresta se registró un hundimiento en el área de la anomalía negativa. Tanto en el frente de la presa como en su base, se colocó una rejilla de electrodos de autopotencial de 151 varillas de cobre en el área general de las anomalías detectadas por el perfil de autopotenciales.

En la imagen tenemos los resultados del método de autopotencial en que se aprecian claramente en un azul más intenso las vías de filtración de agua en una presa de 10 metros de altura.

Toda esta documentación la extraje en su día de una jornada que se realizó en el ministerio de medio ambiente en Madrid y la utilicé para realizar un trabajo para un máster con la colaboración de mis amigos y compañeros DAVID VERA MANSILLA Y DIEGO RODRÍGUEZ BARTOLOMÉ. Las exposiciones corrieron a cargo de:

• Fernando Pardo de Santayana. Director del laboratorio del CEDEX.
• Fernando Delgado Ramos. Profesor de la universidad de Granada.
• Jean Jacques Fry. Presidente del grupo europeo de trabajo en erosión interna en presas de materiales sueltos.

Espero que os guste y que os sirva de algo, la verdad es que los datos son relativamente novedosos y las fuentes de las que han sido obtenidas son de absoluta confianza ya que son los autores o coautores de estas técnicas tan innovadoras.

Como siempre espero vuestros comentarios. GRACIAS!!!