Presas de materiales sueltos con núcleo central: principios, construcción y diseño de filtros

Presas de materiales sueltos con núcleo central

Presas de materiales sueltos. Presas con núcleo central.

1) Principios generales:

• Distribución de funciones de los materiales
• Optimización de los materiales disponibles en las inmediaciones. (Dibujo de la presa con el núcleo en el centro, los espaldones a los lados con el filtro).

2) Construcción:

• Se producen asientos en el propio cuerpo de presa y posible cuelgue del núcleo sobre los espaldones.
• Compactación que puede generar presiones intersticiales elevadas en el núcleo.

3) Llenado:

• Rápida saturación del espaldón aguas arriba.
• Asiento del espaldón de aguas arriba que produce movimientos en el núcleo.
• Aplicación del empuje hidrostático sobre el núcleo y el espaldón de aguas abajo.

4) Embalse lleno (filtraciones estacionarias):

• Desarrollo de la red de filtración en el núcleo y saturación del mismo si transcurre tiempo suficiente.
• Desarrollo de filtraciones y fisuras o vías preferentes de filtración que pueden ocasionar la ruina del núcleo si los filtros aguas abajo del núcleo no funcionan correctamente.
• Empuje hidrostático sobre el núcleo y el espaldón de aguas abajo. Posible presión intersticial en el espaldón de aguas abajo en función de su permeabilidad por filtraciones del núcleo.

5) Desembalse rápido:

• Posible riesgo de deslizamiento del espaldón de aguas arriba en función de su permeabilidad por presión intersticial (interesa que sea lo más permeable posible).
• Empuje del núcleo saturado sobre el espaldón.

6) Espaldones:

• Sujeción del núcleo.
• Aguas arriba, la estabilidad será crítica frente a desembalse rápido.
• Aguas abajo, la estabilidad se verá afectada por la resistencia del Eh ejercido sobre el núcleo con embalse lleno, y por la resistencia de las presiones intersticiales originadas por las filtraciones a través del núcleo.
• Deben ser lo más permeables posibles para bajar la línea de saturación rápidamente.
• Constituyen la mayor parte del cuerpo de presa.

7) Núcleo:

Material para el núcleo:

• Sirve cualquier material con permeabilidad baja siempre que se dispongan filtros adecuadamente dimensionados aguas abajo que garanticen el control de la fisuración.
• No expansivo, preferible no dispersivo.
• Densidad mínima.
• A mayor permeabilidad es posible menor espesor del núcleo, van los límites convenientes para reducir el riesgo de fisuración.
• Colocación sin tratamiento previo.

Posición del núcleo:

• Central:
  • La construcción de los espaldones está condicionada a la del núcleo.
  • La realización de reparaciones desde coronación es sencilla.
  • El volumen total del cuerpo de presa puede ser más reducido.
  • Para una misma cota, el peso que soporta el núcleo es mayor, lo que puede ser favorable para la impermeabilización.
• Núcleo inclinado hacia aguas arriba:
  • La construcción de los espaldones es independiente a la del núcleo.
  • La realización de reparaciones del núcleo mediante inyecciones es compleja y requiere bajar al embalse.

8) Fisuración:

Fisuras longitudinales: son menos peligrosas para la vida del núcleo, no ponen en comunicación el paramento aguas arriba con el de aguas abajo. Habitualmente debidas a asientos diferenciales a lo largo de la sección transversal de la presa.

Fisuras transversales verticales: peligrosas para la vida del núcleo por poner en comunicación el paramento aguas arriba con el de aguas abajo; pueden producir sifonamiento. Hay dos grupos de fisuras verticales: exteriores que se detectan fácilmente y las interiores que no se detectan fácilmente salvo con la auscultación.

Fisuras horizontales: son peligrosas; no se detectan directamente salvo cuando los efectos están muy avanzados si se reflejan en coronación.

10) Diseño de filtros:

Filtro: elemento intermedio entre un material de granulometría fina y otro de granulometría más gruesa con el fin de evitar que los granos más finos del primero puedan emigrar a través de los huecos del segundo, evitando que peligre la integridad del material más fino.

Condiciones que debe cumplir un filtro:

• Permeabilidad (D15/d15>5): dejar pasar las filtraciones sin desarrollar presiones intersticiales.
• Estabilidad (D15/d85<5): impedir el flujo a través de partículas del suelo base.
• Autoestabilidad: impedir que sus propias partículas finas puedan migrar a través y dispersarse por el material grueso.

Se analiza la cantidad de agua que pasa en ese tiempo y el color del agua. Si el agua no es clara debemos remodelar el filtro, por el contrario, si el agua es clara el filtro cumple su misión.

12) Ancho del filtro:

Suele ser el material más caro de todos ya que has de fabricarlo. El espesor, por tanto, conviene que sea lo más delgado posible. Desarrollo inicial de una interfase en el contacto con el suelo base. El factor determinante es la facilidad de compactación.

13) Ancho del núcleo:

Condiciones que debe cumplir:

1. Impermeabilidad
2. Estabilidad al deslizamiento (cuanto más delgado, mejor comportamiento)
3. Estabilidad interna (cuanto más grueso, mejor comportamiento)
4. Colocación en obra: facilidad de compactación, mezcla con los materiales adyacentes
5. Ancho en base:
   • Límite inferior: del 20% carga de agua
   • Límite superior: tan ancho como sea posible sin repercusión sensible en el valor del talud del espaldón que dé lugar a un sobrecoste

14) Contacto del núcleo con obras de fábrica:

Constituye una vía preferencial de filtración. Si es posible, evitar este contacto:

• Superficie de contacto
• Aumentar el ancho del núcleo en el contacto
• Plano inclinado de manera que se facilite la compactación y el peso del núcleo de una componente normal sobre el hormigón.
• No se deja que los conductos del agua atraviesen directamente el núcleo, de tal forma que cuando lleguen al núcleo el agua ya vaya entubada. Dispondremos de un tapón de hormigón. Si hay avería en los tubos existe una filtración del tubo exterior, pero entubados, el agua drena fuera.