Gestión de Presiones Intersticiales y Sistemas de Drenaje en Estructuras de Presas

Presión Intersticial, Subpresión y Estrategias de Drenaje en Presas

Definiciones Fundamentales

La gestión de las presiones internas en las estructuras de contención es crucial para su seguridad y durabilidad. Se definen los siguientes conceptos:

• Presión Intersticial: Es la presión del agua que se desarrolla dentro de los poros de un medio.
• Subpresión: Se refiere a la presión intersticial que se manifiesta en el cuerpo de la presa y en el cimiento como resultado directo del desarrollo de la red de filtración a través del medio poroso. Esta fuerza actúa como un factor desestabilizador, ya que provoca una reducción del peso efectivo (peso propio) de la estructura. Específicamente, la subpresión es la presión intersticial que ejerce una fuerza sobre planos horizontales o subhorizontales dentro del cuerpo de la presa o el terreno de cimentación.

En términos de seguridad, la estimación de la subpresión debe ser evaluada rigurosamente:

• Si la fuerza desestabilizadora (A) es mayor que la fuerza estabilizadora (E), es decir, A > E, es imperativo implementar medidas correctivas.
• Si A ≤ E, no se requiere una actuación inmediata.

Efectos de las Discontinuidades en la Estructura

Las presas se construyen frecuentemente por tongadas horizontales. Esta metodología constructiva facilita la aparición de discontinuidades o juntas entre capas, lo que incrementa la susceptibilidad a las filtraciones si estas juntas no están perfectamente ancladas o selladas.

Es importante destacar que el coeficiente de permeabilidad (k) no es uniforme a lo largo de toda la presa; existe un valor de permeabilidad característico para cada tongada constructiva.

Control y Mitigación de la Subpresión

El control efectivo de la subpresión se logra mediante varias estrategias enfocadas en gestionar el flujo de agua:

1. Evacuación Rápida del Agua: Permitir que el agua filtrada salga lo más rápido posible hacia aguas abajo para que alcance la presión atmosférica en toda el área afectada por la subpresión. Esto se consigue implementando sistemas de drenaje integrados tanto en el cuerpo de la presa como en la zona de cimientos.
2. Reducción de la Circulación en el Cimiento: Disminuir el volumen de agua que circula a través del terreno de apoyo. Esto se logra mediante la instalación de una pantalla de impermeabilización en el cimiento.

Prácticas Constructivas y Soluciones Modernas

En la práctica, históricamente se utilizaban presas con una pantalla frontal que incluía orificios de drenaje, junto con una zona muy impermeable aguas arriba y una zona menos permeable aguas abajo. La solución moderna y preferida implica:

• Fabricar las presas como un único bloque monolítico, eliminando las pantallas intermedias.
• Aplicar sistemas de drenes internos. Esto genera una zona aguas abajo del sistema de drenaje que está libre de presiones intersticiales significativas.

Mediante la perforación de taladros (drenes), se consigue calcular una subpresión media representativa para toda la base de la presa.

Los parámetros de diseño de los drenes están condicionados por la resistencia de la fábrica y las características de la cimentación:

• Distancia entre Ejes: La distancia habitual entre los ejes de los drenes es de aproximadamente 3 metros.
• Diseño en Casos de Alto Flujo: Si se requiere un drenaje más intenso, se recomienda disponer los taladros en dos planos distintos para evitar debilitar excesivamente la estructura si se agruparan demasiado cerca en un solo plano.

Procedimiento Constructivo y Requisitos de Penetración

El procedimiento para la instalación de drenes ha evolucionado:

• Encofrado: Este método ha sido abandonado.
• Perforación Post-Hormigonado: La práctica habitual consiste en la perforación mediante una sonda una vez que el hormigón ha fraguado.

Es fundamental evitar obstrucciones tanto durante la construcción como durante la fase de explotación de la presa.

Necesidad de Penetración en la Cimentación: La profundidad mínima de penetración de los drenajes debe ser, como regla general, el 20% de la altura total de la presa.

Control y Vigilancia de los Drenes

Es esencial asegurar el funcionamiento continuo de los drenes durante toda la vida útil de la presa. Esto requiere:

• Limpieza Periódica: Se debe realizar una limpieza ocasional utilizando una manguera de agua a presión introducida en el taladro.
• Recolección de Agua Drenada: El agua que atraviesa los drenes debe ser evacuada para garantizar su efectividad. Esto se logra mediante la instalación de una red de galerías, a través de las cuales el agua fluye por un canalillo hasta el exterior.

Función de la Red de Galerías

La red de galerías cumple funciones vitales para la gestión y seguridad de la presa:

• Control y Vigilancia: Monitoreo del comportamiento estructural de la presa y su cimiento.
• Mantenimiento: Ejecución, mantenimiento y control de las pantallas de impermeabilización y los sistemas de drenaje.
• Drenaje Potenciado: En ocasiones, las galerías se construyen por debajo del nivel del cimiento para lograr un drenaje más potente.
• Acceso Operacional: Acceso a las cámaras de maniobra de tomas y desagües.
• Comunicación: Conexión entre ambos márgenes de la estructura.

Las galerías se sitúan adosadas a la línea de drenaje, permitiendo que el agua caiga por el canalillo interior. La forma final del canalillo se define en una segunda fase constructiva mediante la colocación de hormigón, dejando libre el espacio para el flujo.

Control del Drenaje y Monitoreo de Filtraciones

El monitoreo continuo del sistema de drenaje es fundamental para la seguridad operativa:

• Comprobación del Caudal de Filtración: Se verifica que el caudal sea el adecuado para el nivel de la presa.
• Detección de Arrastres: Si el agua que históricamente era clara comienza a salir turbia, indica que hay arrastre de material fino.
• Medición de Presión Intersticial: El objetivo primordial es conocer la presión intersticial real en el cimiento.
• Aforos Puntuales: Es posible medir la presión intersticial directamente en los taladros de drenaje, utilizando un aforador regulado que proporciona el caudal específico en ese punto determinado.