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ANALISIS COMPARATIVO DE LOS METODOS DE INYECCION POR EL SISTEMA GIN Y ENGROSAMIENTO SUCESIVO PARA SU APLICACIÓN EN

LA CONSTRUCCIÓN DE LA CORTINA DE INYECCIÓN DE LA PRESA DE ENROCAMIENTO CON PANTALLA DE CONCRETO DEL PROYECTO

HIDROELECTRICO EL QUIMBO (GIGANTE) HUILA

YERLY XIOMARA GONZALEZ

UNIVERSIDAD DE SANTANDER FACULTAD DE POSGRADOS

ESPECIALIZACION EN GEOTECNIA AMBIENTAL BUCARAMANGA

2015

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ANALISIS COMPARATIVO DE LOS METODOS DE INYECCION POR EL SISTEMA GIN Y ENGROSAMIENTO SUCESIVO PARA SU APLICACIÓN EN

LA CONSTRUCCIÓN DE LA CORTINA DE INYECCIÓN DE LA PRESA DE ENROCAMIENTO CON PANTALLA DE CONCRETO DEL PROYECTO

HIDROELECTRICO EL QUIMBO (GIGANTE) HUILA

YERLY XIOMARA GONZALEZ SOLORZANO

Trabajo de grado para optar el título de Especialista en Geotecnia Ambiental

ASESOR ING. EDWIN VALENCIA

UNIVERSIDAD DE SANTANDER FACULTAD DE POSGRADOS

ESPECIALIZACION EN GEOTECNIA AMBIENTAL BUCARAMANGA

2015

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Nota de aceptación

__________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________

__________________________________ Firma del presidente del jurado

__________________________________ Firma del jurado

__________________________________ Firma del jurado

Bucaramanga, 21 de Marzo de 2015.

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AGRADECIMIENTOS

A toda mi familia por el apoyo que me han dado en cada uno de mis proyectos, en especial para sacar adelante esta Especialización. A mi tutor metodológico María Lucia Sierra y a mi tutor técnico Edwin Valencia por su colaboración en el desarrollo y culminación del presente trabajo. Expreso sinceros agradecimientos al ingeniero Mario Zambelli y la Compañía SGF INC SPA del GRUPO SALINI - IMPREGILO, por medio de la cual logre desarrollar los trabajos y hacer la investigación correspondiente, como base esencial para la culminación del presente proyecto de grado. Hago extensiva mi gratitud a la UNIVERSIDAD DE SANTANDER, a su cuerpo docente, a mis compañeros de clase por las enseñanzas brindadas durante el año de especialización.

Yerly Xiomara González Solórzano

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TABLA DE CONTENIDO

Pág. 1. OBJETIVOS ................................................................................................. 16 1.1 OBJETIVO GENERAL................................................................................. 16 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS. ...................................................................... 16 2. MARCO TEÓRICO ...................................................................................... 17 2.1 ANTECEDENTES ....................................................................................... 17

2.2 MARCO REFERENCIAL. ............................................................................ 18 2.2.1 Presas de Embalse ..................................................................................... 18 2.2.2 Diseño de una presa ................................................................................... 20

2.2.3 Estudios geológico-geotécnicos .................................................................. 21 2.2.4 Geología del subsuelo ................................................................................. 21 2.2.5 Índice de Calidad de Roca RQD (Rock Quality Desing) .............................. 23

2.2.6 Nomenclatura de las rocas en función al nivel de meteorización ................ 23 2.2.7 Permeabilidad ............................................................................................. 24 2.2.8 Pruebas de permeabilidad........................................................................... 25

2.2.9 Tratamientos de fundaciones ...................................................................... 26 2.2.10 Métodos de inyección .................................................................................. 28

2.2.11 Método de Engrosamiento Sucesivo ........................................................... 28 2.2.12 Método GIN (Grouting Intensity Number) .................................................... 30 2.3 GENERALIDADES ...................................................................................... 33

2.3.1 Características básicas del proyecto El Quimbo ......................................... 34 2.3.2 Descripción general de las Obras del Proyecto El Quimbo ......................... 35

2.4 CARACTERIZACIÓN IN SITU .................................................................... 40 2.4.1 Geología Regional ....................................................................................... 40

2.4.2 Geología local ............................................................................................. 42 2.5 Morfología ................................................................................................... 44 2.6 Hidrogeología .............................................................................................. 44

3. DISEÑO METODOLÓGICO ......................................................................... 46 3.1 TIPO DE ESTUDIO ..................................................................................... 46 3.2 TRABAJO DE CAMPO ................................................................................ 46 3.3 METODOLOGIA .......................................................................................... 46

3.4 SITUACIÓN ACTUAL .................................................................................. 47 3.4.1 Mitología de inyección especificada por el método de engrosamiento sucesivo. ................................................................................................................ 48

3.5 OBSERVACIONES EN CAMPO ................................................................. 49 3.6 MEJORAS QUE PODRÍAN APLICARSE EN LOS TRATAMIENTOS DE LA CORTINA DE INYECCIÓN DE LA PRESA............................................................ 55

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LISTA DE FIGURAS

Pág. Figura 1. Sección transversal de la presa de enrocado. ....................................... 19 Figura 2. Sección transversal de Presa de Tierra. ................................................ 20 Figura 3. Ejemplo de Perforadora Hidráulica a Rotación ...................................... 22 Figura 4. Ejemplo de recuperación y almacenamiento de las Muestras de suelo. 22 Figura 5. Esquema Proceso ensayo de Lugeon. .................................................. 26 Figura 6. Curva GIN con relaciones típicas de volumen y presión ........................ 32 Figura 7. Envolventes propuestas de limitantes de inyección ............................... 32 Figura 8. Esquema de localización del proyecto .................................................. 34 Figura 9. Panorámica de la Presa ......................................................................... 36 Figura 10. Dique Auxiliar (Presa de tierra) ............................................................ 36 Figura 11. Canal de descarga del Vertedero. ....................................................... 37 Figura 12. Túnel de desvío ................................................................................... 37 Figura 13. Descarga de Fondo en Construcción ................................................... 38 Figura 14. Túneles de Carga o Conducción ......................................................... 39 Figura 15. Turbina Tipo Francis. ........................................................................... 39 Figura 16. Vista Frontal Casa de Maquinas .......................................................... 40 Figura 17. Trazado del eje del Plinto .................................................................... 42 Figura 18. Fracturas generadas en el Plinto. ........................................................ 43 Figura 19. Panorámica del Plinto Izquierdo .......................................................... 44 Figura 20. Distribución de la malla de inyecciones de Consolidación y cortina profunda del Plinto de la Presa. ............................................................................. 48 Figura 21. Grafico engrosamiento Sucesivo ......................................................... 49 Figura 22. Conglomerado Formación Gualanday Superior ................................... 50 Figura 23. Trabajos de perforación para Inyección de Consolidación en el Plinto de la Presa ............................................................................................................. 51 Figura 24. Equipo de Producción de las lechadas ................................................ 51 Figura 25. Agitador y Bomba de Inyección. .......................................................... 51 Figura 26. Grafico del sistema de Bombeo y control de las Inyecciones .............. 52 Figura 27. Equipo del control del proceso de inyectado. ...................................... 53 Figura 28. Protocolos registrados e impresos. ...................................................... 53 Figura 29. Compresor para Inflado Obturadores. ................................................. 53 Figura 30. Obturador Bimbar para Inyección de Lechada. ................................... 54

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LISTA DE TABLAS

Pág. Tabla 1. Calidad de la Roca de acuerdo al valor RQD .......................................... 23 Tabla 2. Clasificación de los suelos según su coeficiente de permeabilidad. ........ 25 Tabla 3. Engrosamiento sucesivo de Mezcla ......................................................... 29

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RESUMEN

Título: “Análisis Comparativo de los Métodos de Inyección por el Sistema Gin y Engrosamiento sucesivo para su Aplicación en la Construcción de la cortina de Inyección de la presa de Enrocamiento con Pantalla de Concreto del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo (gigante) Huila.” Autores: Yerly Xiomara González Solórzano Palabras claves: Hidroeléctrica, Fundación, Pilnto, Presa, Inyección, Engrosamiento sucesivo, Gin Descripción: El Proyecto hidroeléctrico el Quimbo es un embalse que será destinado a la generación de energía eléctrica se formará mediante la construcción de una presa de 151 metros de altura localizada sobre el río Magdalena en el sitio denominado El Quimbo (jurisdicción del Municipio de Gigante). El área del embalse será de 8 250 ha, inundando los municipios de Gigante, Garzón, Altamira, El Agrado, Paicol y Tesalia. La capacidad instalada será de 400MW y se obtendrá a partir de dos turbinas tipo Francis localizadas en la Casa de Máquinas al pie de la presa. La investigación realizada se encuentra en la presa de enrocado con pantalla de concreto del proyecto. El objetivo principal es presentar las opiniones y sugerencias que después de un análisis considero oportunas tomar en cuenta para optimizar los trabajos de inyección y tratamiento Considerados en las distintas obras del proyecto.

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ABSTRACT Title: “Comparative Analysis of Methods for Injection System and Thickening gin Subsequent Application to the Construction of the Shade of Injection of prey rock fill Screen with Concrete el Quimbo Hydroelectric Project (gigante) Huila." Author: Yerly Xiomara Gonzalez Solorzano Keywords: Hydroelectric Foundation, Pilnto, Dam, Injection, hereinafter thickening, Gin Description: The hydroelectric project on Quimbo is a reservoir that will be used for the generation of electricity will be formed by building a dam 151 meters high located on the Magdalena river at the place called El Quimbo (jurisdiction of the municipality of Gigante). The reservoir area is 8 250 ha, flooding the towns of Gigante, Garzón, Altamira, El Agrado, Paicol and Thessaly. The installed capacity of 400MW and will be obtained from two Francis type turbines located in the powerhouse at the foot of the dam. The research conducted is in the rock fill dam with concrete project. The main objective is to present the opinions and suggestions after analyzing consider appropriate to take into account to optimize the work of injection and treatment taken various project works.

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INTRODUCCION

El Proyecto hidroeléctrico el Quimbo es un embalse que será destinado a la generación de energía eléctrica se formará mediante la construcción de una presa de 151 metros de altura localizada sobre el río Magdalena en el sitio denominado El Quimbo (jurisdicción del Municipio de Gigante). El área del embalse será de 8 250 ha, inundando los municipios de Gigante, Garzón, Altamira, El Agrado, Paicol y Tesalia. La capacidad instalada será de 400MW y se obtendrá a partir de dos turbinas tipo Francis localizadas en la Casa de Máquinas al pie de la presa. Aguas abajo del sitio definido para el proyecto El Quimbo, sobre el río Magdalena, se encuentra el embalse y la central hidroeléctrica de Betania. La operación conjunta de ambos proyectos permitirá optimizar la utilización del recurso hídrico, aumentando la vida útil del embalse de Betania, al reducir la cantidad de sedimentos afluente, y aumentando la regulación de caudales para su aprovechamiento hidroenergético, para beneficio del país. Considerando que la afluencia de sedimentos a Betania actualmente es de 31,8 hm3/año y que la afluencia de sedimentos al embalse de Quimbo sería de 10,5 hm3/año, la nueva afluencia de sedimentos al embalse de Betania, cuando el Proyecto Quimbo esté en operación, sería aproximadamente de 21,3 hm3/año. La presa principal del proyecto es de gravas con cara de concreto, debido a que este tipo de presa es el más favorable porque presenta la solución más confiable y segura de acuerdo con las condiciones geológicas y geotécnicas particulares del sitio, especialmente del estribo izquierdo, el cual ha sufrido una disminución de su volumen por efectos de procesos de meteorización y erosión. La solución técnica incluye la prolongación de la cara de concreto sobre el estribo Izquierdo hasta cubrir la parte débil del estribo, incorporándolo al cuerpo mismo de la presa. Igualmente la cara de concreto se prolongó sobre el estribo derecho con el objeto de cubrir las diaclasas subparalelas al río existentes en este sitio y asegurar de esta forma posibles problemas de filtraciones por efecto del embalse. Además, con este tipo de presa se puede construir una ataguía de concreto compactado incorporada a la presa y a la cara de concreto, situación que representa aspectos favorables para la localización del portal de entrada del túnel de desviación y para el manejo del río durante las primeras etapas de construcción de la presa en el eventual caso de un sobrepaso del río, ya que la ataguía al ser de concreto es muy poco vulnerable ante sobrepasos. La presa diseñada tiene una altura de 151 m, 668 m de longitud de cresta y taludes de 1,5H: 1,0V aguas arriba y 1,6H: 1,0V aguas abajo. La cresta de la presa está localizada en la cota 724 msnm, y tiene un muro parapeto de 2 m de altura que se construirá sobre la cara de concreto al final del relleno de gravas, con la cual la presa alcanza la cota 726 msnm.

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La cortina de inyección está ubicada en el plinto (base de la pantalla de concreto de la presa) y su función es sellar las grietas presentes en la roca de fundación. Esta sigue una metodología de inyección de Engrosamiento sucesivo de una mezcla base de acuerdo a los criterios establecidos en las especificaciones técnicas del proyecto a través de este trabajo de grado se busca comparar, dicha metodología con la utilización de otro método de inyección denominado sistema GIN, con el fin de determinar que metodología es más rentable económicamente. La optimización de esta metodología es de gran importancia ya que al tener un ahorro de tiempo y recursos económicos, agiliza la culminación del proyecto.

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GLOSARIO

Cohesión: es un parámetro de resistencia al flujo que gobierna la distancia máxima a la cual penetra la lechada. Esta distancia de penetración varia en proporción directa a la presión de inyección e inversamente a la viscosidad de la mezcla. Cortina Profunda de Inyecciones: La perforación de una o más líneas de huecos, cada hueco a la profundidad especificada, y la inyección de mezcla en tales huecos para conformar un plano de baja permeabilidad. Diaclasa: Es una fractura en las rocas que no va acompañada de deslizamiento de los bloques que determina, no siendo el desplazamiento más que una mínima separación transversal. Se distinguen así de las fallas, fracturas en las que sí hay deslizamiento de los bloques. Son estructuras muy abundantes. Son deformaciones frágiles de las rocas. Discontinuidad: Todo corte (fallas, fracturas, diaclasa, planos de sedimentación, plano de foliación, vetas, zonas de contacto litológico, zona de concentración de esfuerzos de cortes, plano preferente de alteración, meteorización…) en el macizo rocoso. Engrosamiento Sucesivo: Se basa en la utilización de una mezcla única, obteniendo el cierre mediante el incremento paulatino de la viscosidad con la adición de pequeñas cantidades de bentonita, hasta obtener rechazo. Espaciamiento Dividido: Es el proceso de perforar e inyectar un hueco, aproximadamente en el punto medio de la distancia entre otros dos huecos, previamente perforados e inyectados. Geografía: es la ciencia que trata la descripción de la Tierra. Estudia asimismo la superficie terrestre, las sociedades que la habitan y los territorios, paisajes, lugares o regiones que la forman. Geomorfología: ciencia que trata sobre la configuración de la superficie de la tierra; específicamente el estudio de la clasificación, descripción, naturaleza, origen y desarrollo de los paisajes actuales y sus relaciones con las estructuras infra yacentes y la historia de los cambios geológicos registrados en los rasgos de la superficie. El término es aplicado especialmente a la interpretación genética del paisaje, pero en algunos ambientes ha sido restringido a los rasgos producidos solo por erosión y sedimentación. Geotecnia ambiental: aplicación de los métodos científicos y de los principio de ingeniería al estudio de los efectos e impactos que puede tener la construcción de estructuras y el manejo de desechos líquidos y sólidos en los materiales de la

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corteza terrestre y al diseño de medidas de prevención y mitigación de los impactos negativos que resulten de dichas actividades. Inyección con Empaques: La perforación de un hueco en forma continua y en toda su profundidad y la subsecuente inyección de mezcla en el mismo hueco en una o más etapas por medio de empaques colocados a profundidades establecidas. Inyección de Contacto: La perforación de un hueco, y la subsecuente inyección de mezcla, hasta llenar adecuadamente los vacíos entre el concreto de una estructura y la roca circundante, o entre el concreto de una estructura y el concreto de segunda etapa en la misma estructura, o entre el acero y el concreto vaciado alrededor de un blindaje. Inyección de Impermeabilización: tienen por objeto reducir la permeabilidad del terreno. Se emplean habitualmente en tratamientos de presas, como pantalla, en túneles y en excavaciones en general, cuando estos se realizan bajo el nivel freático. Inyección por Etapas: La perforación e inyección por etapas sucesivas de un hueco desde la boca de la perforación. Cada etapa del hueco se perfora, se lava a presión, se inyecta y se deja fraguar la mezcla durante el tiempo indicado; luego se reperfora la etapa inyectada, se perfora la etapa siguiente del hueco y se repite el proceso. Lechada: El conjunto de materiales empleado en las inyecciones, el cual consiste en una mezcla de agua y cemento a la que se podrán incorporar aditivos tales como superplastificantes, bentonita, acelerantes de fraguado u otros. Macizo Rocoso: Es una sección de la corteza terrestre que está demarcada por fallas o fisuras en áreas rocosas, o en materiales sólidos. En el movimiento de la corteza, un macizo tiende a retener su estructura interna al ser desplazado en su totalidad. Obturador Inflable: Los obturadores inflables suelen usarse para la inyección de lechada de cemento en aplicaciones geotécnicas para la consolidación de terrenos y/o la impermeabilización de cimentaciones, túneles, presas y minas. Los dos métodos principales son inyección con obturador simple, en el cual la lechada de cemento es inyectada en el terreno por debajo el obturador y la inyección con obturador doble dentro de tubo-manguito (Tube à Manchette). Penetrabilidad (q/p): Relación entre el caudal inyectado, q y la presión p, medida durante el proceso de Inyección.

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Perforación a Roto percusión: En este sistema, el aire comprimido inyectado a través del varillaje acciona el martillo en el fondo del agujero y es utilizado a su vez como fluido de barrido de los detritus. Se reserva este sistema de perforación para realizar pozos en formaciones duras y muy duras preferentemente. Permeabilidad: es la capacidad que tiene un material de permitirle a un flujo que lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado. Persistencia: Es la longitud del plano de discontinuidad, define en gran parte si la matriz rocosa estará o no involucrada en los procesos de rotura del macizo rocoso. Plinto: En las presas de enrocado con cara de concreto (CFRD – Concrete Face Rockfill Dam), el plinto es la estructura sobre la cual se cimienta la cara de concreto y sirve como una extensión de ésta última hacia la roca de fundación, con el propósito de continuar con el plano de estanqueidad de la presa. Físicamente, el plinto es una estructura en concreto reforzado con un ancho variable que bordea la presa y va desde el lecho del río hasta la cresta de la presa y sobre la cual se apoyan las losas de concreto reforzado. El plinto se cimenta sobre roca y está ligado a ella mediante anclajes de acero. Presa: es una estructura hidráulica que se construye con la finalidad de crear un embalse para regular los escurrimientos de un río o bien, con el propósito de desviar sus aguas fuera de su cauce natural. Usualmente, las presas se construyen a través de los valles por donde corren los ríos y el área por ellas ocupada recibe el nombre de sitio de presa. Presión de Inyección: La presión medida a la entrada de un hueco de inyección, mientras se está aplicando la mezcla de Inyección. Relación agua-cemento: La porción en lechada entre el peso del agua y el peso de cemento más cualquier aditivo que se agregue. Roca: agregado natural de partículas de uno o más minerales, con fuerte unión cohesiva permanente, que constituyen masas geológicamente independientes y cartografiarles. Sistema GIN: Se considera la energía gastada en la inyección que es aproximadamente proporcional al producto de la presión final de inyección p y el volumen de lechada inyectado V, dando un producto p.V. Este número p.V es denominado el Índice de Intensidad de Inyección (Grouting Intensity Number o GIN).

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Viscosidad: se define como la resistencia interna al flujo que exhibe una lechada y constituye el parámetro que gobierna la velocidad del flujo y la distancia a la que viaja la lechada durante el proceso de inyección.

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1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL Analizar comparativamente los métodos de inyección por el sistema GIN y engrosamiento sucesivo para su aplicación en la construcción de la cortina de inyección de la presa de enrocamiento con pantalla de concreto del proyecto hidroeléctrico El Quimbo (Gigante) Huila.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Analizar la información referente a la geología y permeabilidad de la fundación de la presa del proyecto Hidroeléctrico El Quimbo.

Evaluar las especificaciones y criterios establecidos en el tratamiento de Inyecciones de cortina en la presa.

Examinar los datos de consumo en la cortina de inyección de la presa, con el método establecido en las especificaciones técnicas (método engrosamiento sucesivo).

Comparar los criterios del método de inyección del engrosamiento sucesivo y el método GIN, y definir qué método permitiría una optimización en los procesos constructivos.

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2. MARCO TEÓRICO 2.1 ANTECEDENTES Para llegar a los diseños definitivos del Proyecto Hidroeléctrico El Quimbo, se han realizado numerosos estudios, por parte de varias firmas consultoras nacionales y extranjeras, y se han tenido en cuenta asesorías de expertos internacionales respecto de temas específicos del proyecto. En relación al tratamiento de la fundación de la presa en Septiembre de 2008, INGETEC INGENIERIA & DISEÑO S.A. mediante el documento No. PHEQ-DGEO-DOC-0010 presenta a EMGESA S.A dueño del proyecto, un informe de los criterios de diseño para las obras principales del proyecto, en el cual se indica que a lo largo del plinto externo se efectúan inyecciones de consolidación de la roca para sellar las fisuras superficiales existentes de la roca y disminuir cualquier deformación que pudiera generarse una vez se apoye la cara de concreto. Adicionalmente se realizan inyecciones profundas (pantalla), la cual disminuye la permeabilidad secundaria de la roca y por consiguiente el caudal de infiltración del agua a través de la roca fracturada al aumentar el recorrido de la misma. Con el procedimiento de inyección descrito se disminuye la zona de influencia de las subpresiones generadas sobre la losa de plinto una vez se llene el embalse, debido a que esta subpresión depende de las grietas y fisuras de la roca que afloren en superficie. En Abril de 2009 EMGESA S.A. a través del contrato CEQ-21 “Construcción Obras Civiles Principales” presenta al CONSORCIO IMPREGILO-OHL quien es el Contratista, las especificaciones técnicas, donde en el Capítulo 5.11 Inyecciones de Presión y perforaciones de Drenajes, relaciona las inyecciones de la fundación de la presa empleando el método de engrosamiento sucesivo, el cual se basa en la utilización de una mezcla única, obteniendo el cierre mediante el incremento paulatino de la viscosidad con la adición de pequeñas cantidades de bentonita, hasta obtener rechazo. En julio de 2011 el CONSORCIO IMPREGILO-OHL elabora el procedimiento No. PT-DT-CIO/PHEQ-24 para la inyección de corina y consolidación siguiendo lo indicado en el capítulo 5.11 de las Especificaciones Técnicas del proyecto. Este procedimiento tiene como objetivo detallar la metodología que se aplicara para obtener un plano de baja permeabilidad a través de inyección con lechada (una mezcla de agua y cemento y eventuales aditivos como bentonita, superplastificante, arena, etc.) de una o más líneas de huecos según lo indicado en los planos válidos para construir emitidos por EMGESA S.A. El Ing. Pier Francesco Bertola del Panel de expertos Lombardi, realiza una visita al proyecto Hidroeléctrico el Quimbo en Febrero de 2013, con el fin de realizar una revisión a las especificaciones técnicas e inspeccionar los trabajos de inyección

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que se venían ejecutando en la obra, para ver como optimizar los procesos. Sin embargo tras su visita no hay cambios en lo establecido en las Especificaciones Técnicas acerca de los tratamientos en la fundación mediante inyecciones usando el método del engrosamiento sucesivo. 2.2 MARCO REFERENCIAL 2.2.1 Presas de Embalse Una presa es una estructura hidráulica que se construye con la finalidad de crear un embalse para regular los escurrimientos de un río o bien, con el propósito de desviar sus aguas fuera de su cauce natural. Usualmente, las presas se construyen a través de los valles por donde corren los ríos y el área por ellas ocupada recibe el nombre de sitio de presa. Las presas pueden clasificar se de acuerdo con varios criterios, a saber: el tipo de material predominante utilizado en su construcción, su finalidad principal y su altura. Existen tres clases de presas que derivan su nombre del tipo de material predominante en su sección: presas de concreto, presas de enrocado y presas de tierra; estas dos últimas se agrupan a veces bajo la denominación de presas de materiales sueltos. Las presas de concreto pueden, a su vez, subdividirse en: las de tipo convencional y las compactadas con rodillo que empezaron a utilizarse a gran escala en la década de los 80. Por su altura, las presas pueden catalogarse como bajas, medianas y altas. Presas bajas son aquellas cuya altura sobre la fundación no supera los 30 metros, las medianas son las que están comprendidas entre 30 y 100 metros y las altas las que superan los 100 metros. El ICOLD, considera que una presa es grande si tiene más de 30 metros de altura. A continuación se da una breve descripción de cada uno de los tres tipos:

Presas de concreto: Como se expuso anteriormente, en la actualidad, las presas de concreto se dividen en dos grupos:

Presas convencionales: hechas con concreto vibrado cuya composición, colocación y consolidación son las tradicionales.

Presas compactadas con rodillo: hechas con un concreto que corresponde a un nuevo material, ya que su composición difiere sensiblemente de los concretos convencionales y resulta en un concreto de consistencia seca y asiento nulo. La técnica es distinta pues la colocación y consolidación difieren

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de los métodos empleados tradicionalmente, recurriendo a medios diferentes, semejantes a los empleados en grandes movimientos de tierra.

Las presas compactadas con rodillo han experimentado un notable auge. Con los concretos tradicionales (vibrados) existen varios tipos de presas construidas como son:

- Gravedad (planta recta o curva), se definen como presas de gravedad aquellas

presas sólidas construidas de concreto o mampostería y en las cuales las cargas actuantes son soportadas, principalmente por el peso que poseen, es decir, la estabilidad de la estructura se consigue únicamente por el peso.

- Arco (arco-gravedad o bóvedas), son presas construidas de concreto que muestran en planta o en perfil un alineamiento curvo, cóncavo hacia aguas arriba visto desde aguas abajo. En ellas la mayor parte de la fuerza actuante son transmitidas mediante el efecto arco a las paredes del sitio de presa (estribos), siendo el resto de ellas soportadas, en formas similar a las de gravedad.

- Contrafuertes o gravedad aligerada, aunque actualmente se encuentran prácticamente en desuso, conviene, conocer que son aquellas presas que resisten fuerzas actuantes mediante dos elementos estructurales: un tablero inclinado soportado por contrafuertes que, a su vez, transmiten dichas fuerzas a la fundación.

Presas de enrocado: Están constituidas básicamente por fragmentos de roca. El elemento impermeabilizante está conformado, generalmente, por una membrana apoyada sobre el talud aguas arriba, la cual puede estar construida de diferentes materiales, o también, por una pantalla vertical ubicada en el centro de la presa; existe también la variante con un núcleo impermeable. Las fuerzas actuantes son soportadas por gravedad. Estas presas se construyen con ejes rectos, aunque algunas veces se introducen curvaturas a fin de adaptarse mejor a la topografía del sitio, (véase figura 1).

Figura 1. Sección transversal de la presa de enrocado.

Fuente: Universidad de Oriente Núcleo Bolívar, Departamento de Geotecnia.

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Presas de tierra: Son aquellas en cuya sección predominan los siguientes materiales: arcillas, limas, arenas y gravas, colocados y compactados mediante equipos convencionales de movimiento de tierra o bien como rellenos hidráulicos. Las presas de tierra se adaptan bien a cualquier tipo de alineamiento. Dentro de este tipo de presa se han incluido aquellas en cuya sección predominan zonas de enrocado compactado, pero cuyo elemento impermeabilizante está conformado por un núcleo construido a base de suelos impermeables. Esta clasificación obedece a la similitud que desde el punto de vista de diseño y comportamiento tienen estas presas con las presas de tierra que poseen espaldones de gravas, (véase figura 2).

Figura 2. Sección transversal de Presa de Tierra.


Presas mixtas: Existen presas de tipo mixto, es decir, que en toda su longitud tienen, por ejemplo, un tramo de tierra y otro de concreto por gravedad. En estos casos, cada tramo se diseña de acuerdo con el tipo correspondiente, prestando especial cuidado a las superficies de contacto.

2.2.2 Diseño de una presa Una presa debe ser impermeable; las filtraciones a través o por debajo de ella deben ser controladas al máximo para evitar la salida del agua y el deterioro de la propia estructura. Debe estar construida de forma que resista las fuerzas que se ejercen sobre ella. Estas fuerzas que los ingenieros deben tener en cuenta son: la gravedad (que empuja a la presa hacia abajo), la presión hidrostática (la fuerza que ejerce el agua contenida), la presión hidrostática en la base (que produce una fuerza vertical hacia arriba que reduce el peso de la presa), la fuerza que ejercería el agua si se helase, y las tensiones de la tierra, incluyendo los efectos de los sismos.

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2.2.3 Estudios geológico-geotécnicos El proceso de planificación y selección del tipo de presa más adecuado para un Sitio determinado, requiere el análisis de varios factores, para cuya consideración es indispensable que previamente se disponga de una información básica suficiente y acorde con los problemas detectados. La información geotécnica deberá estar constituida por: geología del sitio de Presa y de las estructuras conexas, geología del vaso de almacenamiento y estudio de los materiales de construcción disponibles. El estudio geológico-geotécnico del sitio de presa y de las estructuras conexas permitirá determinar las características y condiciones de la fundación. Esta tarea será más o menos compleja, de acuerdo con la naturaleza del medio que constituye la fundación; por ejemplo, en masas rocosas heterogéneas atravesadas por fallas, fracturas y diaclasas, o bien por capas de suelos heterogéneos, el nivel de información requerido en cuanto a las propiedades físicas y resistentes, será más detallado que en suelos homogéneos o en rocas sanas. Esta serie de consideraciones señalan los muchos y diversos factores que deben tomarse en cuenta al momento de evaluar una fundación en relación con el posible tipo de presa que se pueda construir en un determinado lugar. De aquí la importancia trascendental de disponer de un buen estudio geológico-geotécnico. 2.2.4 Geología del subsuelo Todo proyecto de ingeniería, incluidas las acciones y obras de estabilización de laderas y taludes, debe contar con una evaluación geotécnica del terreno donde se ha propuesto su ejecución. El alcance de dicha evaluación depende de las condiciones del terreno como tal y de las características del proyecto. Uno de los métodos más usuales para recopilar información, es mediante sondeos que se realizan sobre y alrededor de los ejes de la Presa, ensayos decampo y de laboratorio. El resultado final de la evaluación geotécnica integral de un terreno permite hacer una apreciación general sobre su aptitud y limitaciones para el desarrollo de un proyecto en particular y presentar la caracterización geotécnica del terreno.

Perforaciones exploratorias: Las perforaciones exploratorias son aquellas realizadas con equipo de rotación con el propósito de obtener muestras alteradas y/o no alteradas que sean testigos de las características de fracturamiento y calidad del lugar de estudio.

El equipo comúnmente utilizado para el estudio del subsuelo de las presas, es la sonda de diamantes, que es una barrena rotatoria con un tubo protector con una cabeza de diamante encargada de cortar el sustrato en forma cilíndrica,

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descendiendo en el hidráulicamente o con un tornillo de avance, (véase figura 3). Los distintos tamaños de barrenas se identifican como BQ, NQ, HQ entre otros, que proporcionan testigos de 52, 76, 96, etc. Milímetros respectivamente, los cuales son almacenados en cajas debidamente identificadas, (véase figura 4).

Figura 3. Ejemplo de Perforadora Hidráulica a Rotación

Fuente: Atlas Copco, Manual de Operación Diamec 252.

Figura 4. Ejemplo de recuperación y almacenamiento de las Muestras de suelo.

Fuente: fotografía tomada en el Dique Auxiliar del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo – Huila, en el mes de noviembre de 2014

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2.2.5 Índice de Calidad de Roca RQD (Rock Quality Desing)

El índice RQD desarrollado por Deree entre 1963 y 1967, se define como el porcentaje de recuperación de testigos de más de 10 cm de longitud (en su eje) sin tener en cuenta las roturas frescas del proceso de perforación respecto de la longitud total del sondeo. El procedimiento consiste en la sumatoria de los trozos de testigos iguales o mayores a 10 cm, dividido entre la longitud del tramo perforado multiplicado por cien (100), como se muestra en la ecuación siguiente ecuación. RQD (%) = ((∑trozos > 10cm) / L)*100 Dónde: L= Longitud del intervalo perforado.

Tabla 1. Calidad de la Roca de acuerdo al valor RQD


2.2.6 Nomenclatura de las rocas en función al nivel de meteorización

Roca fresca (RF): Roca que conserva sus características originarias y no muestra alteraciones químicas en sus minerales, y es afectada a veces por discontinuidades estructurales como fallas y diaclasas.

Roca Meteorizada (RM): Aquellas Rocas sustancialmente duras y parcialmente alteradas por la meteorización, sus pesos unitarios son menores que los de roca fresca al igual que su resistencia a la compresión, la cual varía entre amplios rangos según su grado de alteración. Los planos de las discontinuidades suelen ser abiertos y oxidados.

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Roca descompuesta (RD): Consiste en la formación de mantos residuales y rocas descompuestas blandas, de espesores variables, de 1 a 24 metros de carácter areno-limosa-arcillosa de consistencia blanda y porosa; de peso unitario usualmente más bajo que el del suelo residual derivado de ella.

2.2.7 Permeabilidad La permeabilidad es la capacidad de un material para permitir que un fluido lo Atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable. La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos: a. La porosidad del material; b. La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura; c. La presión a que está sometido el fluido. Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios vacíos o poros que le permitan absorber fluido. A su vez, tales espacios deben estar interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través del material. La permeabilidad se puede determinar directamente mediante la Ley de Darcy mediante la siguiente fórmula: Q = K * I * A Donde: Q = Cantidad de agua drenada a través de la muestra por unidad de tiempo, (cm3/h) K = Conductividad hidráulica o coeficiente de permeabilidad. Se expresa generalmente en(cm/h). I = gradiente piezométrico disponible; (m/m). A = Sección transversal por donde se filtra el agua en la muestra (cm2). Son diversos los factores que determinan la permeabilidad del suelo, entre los cuales, los más significativos son los siguientes:

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Granulometría (tamaño de grano y distribución granulométrica.)

Composición química del material (naturaleza mineralógica) La permeabilidad del suelo suele aumentar por la existencia de fallas, grietas, juntas u otros defectos estructurales. Algunos ejemplos de roca permeable son la caliza y la arenisca, mientras que la arcilla o el basalto son prácticamente impermeables, (véase tabla 2). Tabla 2. Clasificación de los suelos según su coeficiente de permeabilidad.

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/coeficiente-de-permeabilidad

2.2.8 Pruebas de permeabilidad Estas pruebas constituyen también una parte esencial del estudio y se ejecutan Simultáneamente con las perforaciones. Estas se realizan tanto en los sedimentos aluviales como en las formaciones rocosas que constituyen el sitio de presa. Las pruebas de permeabilidad se efectúan por presión y con los valores calculados, se puede estimar si es necesario un tratamiento de la fundación, consistente en inyecciones de impermeabilización y/o consolidación. Se consideran de gran importancia para determinar la permeabilidad de la roca y la efectividad de las inyecciones. Generalmente se hacen pruebas de Lugeon finales en cada sub-área designada para conocer el grado de estanqueidad logrado en la fundación de presa, de acuerdo con el grado de estanqueidad previamente seleccionado para el proyecto.

Ensayo Lugeon: Consisten en anotar los caudales absorbidos a presiones crecientes y decrecientes, manteniendo cada caudal durante 10 minutos. El resultado viene expresado por la medida de agua absorbida en lt/min/m, para una presión de inyección de 10 kg/cm2, siendo cada tramo de sondeo ensayado de 5m de longitud. Actualmente todas estas condiciones se conocen

http://es.wikipedia.org/wiki/coeficiente-de-permeabilidad

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con el nombre de unidad Lugeon. Con cantidades inferiores a la unidad Lugeon podemos considerar que la inyección resulta innecesaria: El criterio Lugeon es adecuado para ser aplicado en presas de más de 30 m de altura. Por debajo de esta altura, se puede establecer como límite de permeabilidad el inferior a tres unidades Lugeon.

Según Camberfort, Henri (1968), estos ensayos se realizan siempre antes de la Inyección de una zona, ya que el ensayo de agua indicaría a la vez el estado de fisuración de la roca y la cantidad de lechada necesaria para el mejoramiento del sustrato con inyecciones, (véase figura 5).

Figura 5. Esquema Proceso ensayo de Lugeon.

Fuente:http://es.wikipedia.org/wiki/ensayo-lugeon

2.2.9 Tratamientos de fundaciones Estos tratamientos son llevados a cabo una vez concluidas las operaciones de Excavaciones, las áreas afectadas por las excavaciones requieren un tratamiento

http://es.wikipedia.org/wiki/ensayo-lugeon

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de superficie conjuntamente con el tratamiento interno de la roca de fundación, mediante inyecciones de cemento u otros medio impermeabilizantes. Con respecto al tratamiento de la roca de fundación, este depende de las pruebas de permeabilidad hechas durante los estudios del subsuelo, cuyos valores nos indicarán si es conveniente o no de inyectar con cemento como solución para la impermeabilización, conjuntamente con un mejoramiento de consolidación de la roca. Cuando el tratamiento es necesario, entonces el estudio geológico detallado es De gran importancia, pues ayudara a planificar como debemos efectuar las perforaciones para la inyección de cemento, ya que esta está supeditada a la orientación y buzamiento de las diaclasas y a la posición de las capas de las rocas estratificadas. La línea de perforaciones para las inyecciones debe seguir el eje del fondo del dentellón. Cuando las capas de rocas tienen poca inclinación son preferibles las perforaciones verticales. En esta forma se tendrá un ángulo conveniente para hacer más efectiva la penetración de la lechada de cemento. Cuando la estratificación es muy inclinada, incluso vertical, se combinan las perforaciones verticales inclinadas convenientemente. Cuando las capas de roca tienen demasiado fracturamiento, especialmente en la superficie donde se apoyará la estructura, se efectúa adicionalmente un tratamiento hacia aguas arriba de la pantalla de impermeabilización.

Tipos de Inyecciones.

- Inyección de consolidación: este tipo de inyección tienen como propósito

principal, rellenar fisuras y diaclasas abiertas a los niveles de fundación. Para esto se le practica a las rocas de cimiento, son perforaciones que generalmente son pocos profundas.

- Cortinas de Impermeabilización: se realizarán mediante el proceso de

perforación e inyecciones profundas a alta presión, según una o varias líneas paralelas. Generalmente son utilizadas para crear "pantallas" que permitan la impermeabilización profunda de la roca, especialmente en presas de enrocado con pantalla de concreto y presas de tierra.

- Inyecciones de Contacto: la perforación de un hueco, y la subsecuente

inyección de mezcla, hasta llenar adecuadamente los vacíos entre el concreto de una estructura y la roca circundante, o entre el concreto de una estructura y el concreto de segunda etapa en la misma estructura, o entre el acero y el concreto vaciado alrededor de un blindaje.

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2.2.10 Métodos de inyección Según las Especificaciones Técnicas de EMGESA S.A. establecen los Siguientes métodos: - Inyección por Etapas: la perforación e inyección por etapas sucesivas de un

hueco desde la boca de la perforación. Cada etapa del hueco se perfora, se lava a presión, se inyecta y se deja fraguar la mezcla durante el tiempo indicado; luego se reperfora la etapa inyectada, se perfora la etapa siguiente del hueco y se repite el proceso.

- Inyección con Empaques: la perforación de un hueco en forma continua y en

toda su profundidad y la subsecuente inyección de mezcla en el mismo hueco en una o más etapas por medio de empaques colocados a profundidades establecidas.

2.2.11 Método de Engrosamiento Sucesivo Se basa en la utilización de una mezcla única, obteniendo el cierre mediante el incremento paulatino de la viscosidad con la adición de pequeñas cantidades de bentonita, hasta obtener rechazo, este método ha sido desarrollado por la empresa de Consultoría INGETEC INGENIERIA & DISEÑO S.A., en Colombia se aplicó durante el proceso de tratamiento de la fundación del proyecto hidroeléctrico Sogamoso y actualmente lo aplicamos en el proyecto hidroeléctrico El Quimbo. Las características principales del método son:

Uso de una sola mezcla base para todo el proceso (relación agua- cemento en

peso generalmente entre 0,6 a 0,8:1,0) inicialmente con un aditivo

superplastificante para incrementar la penetrabilidad.

Adición gradual de la viscosidad de la mezcla base mediante la adición de

pequeños porcentajes de bentonita, con el fin de incrementar la viscosidad y

limitar así la distancia de penetración y el volumen de lechada.

El bombeo de la lechada con mínimas fluctuaciones de presión, aun gasto

moderado para obtener un incremento paulatino de la presión a mediada que

la lechada penetra en las discontinuidades de la roca.

El monitoreo continuo en tiempo real de la presión, el caudal, el volumen

inyectado y la penetrabilidad contra el tiempo, por medio de gráficos visibles en

la pantalla de un PC instalado cerca al frente de Inyección. Monitoreo en

tiempo real de la trayectoria de inyección en un gráfico Presión Vs Volumen

acumulado.

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Fin del proceso de inyección de una etapa de un hueco cuando se hayan

agotado todas las instancias de la trayectoria de inyección registrada en el

diagrama Presión Vs Volumen, alcanza un ritmo bajo de bombeo y uno de los

tres parámetros límites establecidos previamente para la etapa.

La Tabla 3. Presenta como ejemplo el procedimiento del método de engrosamiento sucesivo de la mezcla, y los volúmenes límite de mezcla a utilizar, para cada una de las secuencias de engrosamiento. El diseño de la mezclas A, B, C, D, E, F, es determinado mediante ensayos de laboratorio previo inicio de las actividades de inyección. Tabla 3. Engrosamiento sucesivo de Mezcla

1) @ 800 Lts

P < 20% Pmax o penetrabilidad constante P > 20% Pmax y penetrabilidad disminuyendo

Pasar de mezcla A B, pasar a 2) Continuar con mezcla A, pasar a 3)

2) @ 800 Lts


Pasar de mezcla B C, pasar a 4) Continuar con mezcla B.

3) @ 800 Lts


Pasar de mezcla A B, pasar a 5) Continuar con mezcla A.

4) @ 1200 Lts


Pasar de mezcla C D, pasar a 7) Continuar con mezcla C.

5) @ 1200 Lts


Pasar de mezcla B C, pasar a 6) Continuar con mezcla B.

6) @ 1600 Lts


Pasar de mezcla C D, pasar a 7) Continuar con mezcla C.

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7) @ 400 Lts / metro inyectado en el tramo


y con mezcla D, pasar a mezcla E, pasar a 8) Continuar con la mezcla que está usando.

8) @ 800 Lts / metro inyectado en el tramo

P < 20% Pmax o penetrabilidad constante

y con mezcla E, pasar a mezcla F

9) @ 1000 Lts / metro

P < Pmax Parar por límite de volumen.

Fuente: EMGESA S.A., Especificaciones Técnicas Proyecto Central Hidroeléctrica El Quimbo.

Con el fin de prevenir el ahogamiento rápido o súbito de la discontinuidad siendo inyectada, lo cual podría originar un rechazo falso, y con ello un hueco deficientemente inyectado, al inicio del proceso se debe incrementar paulatinamente la presión y bombear un caudal entre 5l/min y 10l/min, cuyo comportamiento debe observarse de manera continua en la pantalla del computador. Si durante un tiempo significativo la presión es muy baja, es posible aumentar el ritmo de bombeo, a tasas de 10, 15, 20, 25 hasta 30l/min para discontinuidades muy abiertas. Igualmente, la terminación de inyección se logra al obtener una tasa de bombeo de 3l/min, con el fin de garantizar el relleno adecuado de todas las discontinuidades localizadas dentro del bulbo de inyección. Una vez se termine la inyección se debe dejar el obturador inflado hasta que se disipe la contrapresión observada en el manómetro del caballete antes de desinflar el obturador, para continuar con la siguiente etapa. 2.2.12 Método GIN (Grouting Intensity Number) El método de inyección GIN se caracteriza por el uso de una única lechada Simple y estable durante todo el proceso de inyección a la que se le puede adicionar un aditivo superplastificante para incrementar la penetrabilidad; un rango fijo de Bombeo de lechada de bajo a medio, el cual contra el tiempo produce un incremento gradual de presión a medida que la mezcla penetra más lejos en las fracturas de la roca. El método sugiere un monitoreo de presión, flujo, volumen de inyectado y penetrabilidad contra el tiempo mediante el uso de gráficas. La determinación de la inyección será cuando la línea que indica presión contra volumen total (por metro lineal inyectado) intercepte a una de las curvas de limitación de volumen, de limitación de presión o el límite de intensidad de

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inyección, dados en la curva hiperbólica GIN seleccionada (una curva de presión por volumen constante, una medida de la energía utilizada.

Energía específica utilizada: Para inyectar una zona más interesante se tiene que usar más energía, en un intervalo de inyección dado. La energía es aproximadamente proporcional al producto de la presión final de la inyección (p) y el volumen de mezcla de inyectado (V). Este número p x V es llamado GIN o Grouting Intensity Number. El volumen puede ser sugerido a la longitud del intervalo como Lts/m (o intercambiado por el peso del cemento inyectado en Kg/m, puesto que para mezclas moderadamente densas los valores numéricos son similares (cercanos a 5 a 10%) la presión ha sido usada tradicionalmente en unidades Bar, resultando en p x V o unidades GIN (Bar x Lt/m), sin embargo se pueden utilizar otras unidades con su correspondiente conversión. (Lombardi y Deere, 1993)

Selección del valor GIN: El diseñador de la presa y sus equipos geotécnicos y de inyección deben Seleccionar un valor GIN para el proyecto de inyección de cortina. Los autores Lombardi y Deree recomiendan el valor moderado GIN de 1500 Bar x Lt/m como un inicio. Se debe considerar también las condiciones geológicas, el valor futuro de pérdidas de agua, presiones máximas después de llenado, son puntos a ser considerados. Los límites de presión superiores y los límites de volúmenes superiores pueden también ser modificados por los ingenieros de diseño y control de campo para casos especiales. Probablemente el mejor apoyo es realizar una o dos pruebas de selección de mezcla antes de seleccionar la envolvente de inyección.

El límite de presión superior puede ser menor en el tapete o consolidación, que el seleccionado para el fondo del valle, debido a la diferencia de profundidad del embalse. Una meta que vale la pena considerar es una presión limitante de por los menos dos veces la presión del embalse pero puede ser difícil realizar esto sin inducir indeseables hidrofracturas.

Ventajas de mantener un GIN constante: El método GIN requiere una vez escogido el nivel de intensidad de inyección (por ejemplo, una alta intensidad GIN de 2000 Bar x Lt/m) el valor debe ser usado tanto para las fisuras fácilmente inyectables, con grandes volúmenes de absorción a baja presión, como para las fisuras con bajas tomas pero con una considerable alta presión. De éste modo, un valor constante de GIN es mantenido.

Al cuidar que el valor GIN sea constante durante el proceso de inyección en todos los intervalos, se obtiene una constante de la mezcla que casi permite Automáticamente limitar el volumen en fisuras anchas y abiertas pero permitiendo Incrementar presiones en zonas de estrechez y fisuras de baja inyectabilidad.

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Combinaciones con alta presión y alto consumo son eliminados, evitando combinaciones que puedan también generar sobre-presiones y fuerzas hidrostáticas no deseadas que podrían figurar más la roca aumentando por consiguiente la cantidad de lechada necesaria para lograr la impermeabilización Así mismo, combinaciones de baja presión con tomas bajas, también son eliminadas, ya que pudiesen inyectarse inadecuadamente las fisuras finas.

Un valor constante de GIN cuando es trazado en una gráfica de presión volumen, produce una curva hiperbólica que limita a la vez los valores de presión, volumen y energía de inyección, (véase figura 6 y 7).

Figura 6. Curva GIN con relaciones típicas de volumen y presión

Fuente: Lombardi y Deere, 1.993

Figura 7. Envolventes propuestas de limitantes de inyección

Fuente: Lombardi y Deere, 1.993.

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Criterio de cierre de cortina utilizando el Método GIN. Si los caminos de inyección para los barrenos de la última serie (por ejemplo, la serie terciaria) no llega a la línea de limitación superior de la presión para el GIN seleccionado (y de preferencia en la mitad izquierda de esta línea), barrenos adicionales deben ser inyectados en cualquiera de estos barrenos, no se incluyen en el criterio. De este modo, todas las partes de la cortina (aunque no todos los barrenos primarios, secundarios y terciarios) estarán siendo inyectados en el límite máximo depresión de mezcla, con razonable baja absorción de la misma (menos de 25 Kg/m ó 0.18 sacos/ft, por ejemplo).

Si la selección del espaciamiento de barrenos no fue la óptima y ya se realizó, el método propuesto de inyección es por lo menos hasta cierto punto, un procedimiento autorizable. Esto es como un resultado de las técnicas de espaciamiento repartido, la curva GIN, y los requerimientos para la última serie de barrenos para alcanzar el límite de presión con mínima unidad de toma. En conclusión es creíble que si uno sigue los conceptos ó reglas presentadas, se logra una distribución bastante óptima de volumen total de mezcla que a lo largo de la cortina puede ser alcanzada. El procedimiento permite automáticamente tener en cuenta las irregularidades actuales de las condiciones geológicas en el macizo rocoso. Haciendo esto, la relación beneficio-costo de la inyección de la cortina puede ser maximizada.

2.3 GENERALIDADES El proyecto hidroeléctrico El Quimbo se encuentra localizado al sur del departamento del Huila entre las cordilleras Central y Oriental, sobre la cuenca alta del río Magdalena, al sur del embalse de Betania, en jurisdicción de los municipios de Garzón, Gigante, El Agrado y Altamira. (Ver Figura 7). El sitio de ubicación de la presa, que generará el embalse del proyecto hidroeléctrico El Quimbo, se encuentra dentro del cañón que formó el río Magdalena al filo rocoso de la Formación Gualanday Superior en el sitio de El Quimbo, 1300 m aguas arriba de la confluencia de los ríos Magdalena y Páez. El acceso se hace por la carretera que de Neiva conduce a Gigante y Garzón, 15 km al sur del municipio de Hobo se desprende la vía a la Plata, la cual atraviesa el río Magdalena en el Puente El Colegio, aproximadamente 35 km aguas arriba del sitio de presa de Betania, (véase figura 8).

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Figura 8. Esquema de localización del proyecto

Fuente: EMGESA S.A., Descripción Técnica Proyecto hidroeléctrico El Quimbo

2.3.1 Características básicas del proyecto El Quimbo El Proyecto Quimbo se justifica no solamente en las políticas definidas a nivel nacional y regional, en materia de generación hidroeléctrica y de confiabilidad que se brindaría al sistema energético nacional, sino que obedece al interés de Emgesa S.A. E.S.P. y la disponibilidad actual de los recursos para desarrollar el proyecto. Emgesa S.A. E.S.P. ha elaborado de manera autónoma la propuesta que reposa en el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial y considera que se trata de una única opción que busca aprovechar de manera eficiente y óptima las condiciones topográficas, geológicas y de localización del sitio seleccionado. Se trata entonces de proceder con el estudio de impacto ambiental respecto de la única opción que resulta viable para Emgesa S.A. E.S.P. El embalse que será destinado a la generación de energía eléctrica se formará mediante la construcción de una presa de 151 metros de altura localizada sobre el río Magdalena en el sitio denominado El Quimbo (jurisdicción del Municipio de Gigante). El área del embalse será de 8 250 ha, inundando los municipios de Gigante, Garzón, Altamira, El Agrado, Paicol y Tesalia. La capacidad instalada será de 400MW y se obtendrá a partir de dos turbinas tipo Francis localizadas en la Casa de Máquinas al pie de la presa. Aguas abajo del sitio definido para el proyecto El Quimbo, sobre el río Magdalena, se encuentra el embalse y la central hidroeléctrica de Betania. La operación conjunta de ambos proyectos permitirá optimizar la utilización del recurso hídrico, aumentando la vida útil del embalse de

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Betania, al reducir la cantidad de sedimentos afluente, y aumentando la regulación de caudales para su aprovechamiento hidroenergético, para beneficio del país. Considerando que la afluencia de sedimentos a Betania actualmente es de 31,8 hm3/año y que la afluencia de sedimentos al embalse de Quimbo sería de 10,5 hm3/año, la nueva afluencia de sedimentos al embalse de Betania, cuando el Proyecto Quimbo esté en operación, sería aproximadamente de 21,3 hm3/año. El volumen muerto actual de Betania es del orden de 637 hm3, la vida útil con una afluencia sedimentos de 31,8 hm3/año es de 20 años, mientras que si la afluencia de sedimentos se disminuye a 21,3 hm3/s, como sería en caso de que el proyecto Quimbo estuviera en operación, la vida útil del embalse Betania sería de aproximadamente 30 años. Con la entrada en operación de la central, la producción energética disponible del país aumentaría en promedio 2 216 GWh/año, garantizando el incremento de la disponibilidad energética necesaria para el desarrollo económico y productivo del país. Es más, con su conexión al STN a 230 kV y que podría llegar a 500 kV, se lograría afianzar y robustecer el sistema de transmisión del Huila y de intercambio de energía a nivel nacional e internacional.

2.3.2 Descripción general de las Obras del Proyecto El Quimbo

Presa y ataguía. La presa diseñada tiene una altura de 151 m, 668 m de longitud de cresta y taludes de 1,5H: 1,0V aguas arriba y 1,6H: 1,0V aguas abajo. La cresta de la presa está localizada en la cota 724 msnm, y tiene un muro parapeto de 2 m de altura que se construirá sobre la cara de concreto al final del relleno de gravas, con la cual la presa alcanza la cota 726 msnm.

El volumen de relleno de la presa es del orden de 7,6 millones de metros cúbicos. La ataguía diseñada tiene 41 m de altura y un ancho de cresta de 5 m, conformada por un núcleo central de baja permeabilidad con un ancho en la fundación igual a 0.5H y espaldones en gravas o enrocamiento, cuyos sobretamaños estarán localizados hacia la parte exterior del talud como protección. Los taludes tendrán una inclinación de 1,5H: 1V tanto en el talud de aguas arriba como de aguas abajo. Para la protección del núcleo se ha previsto una zona de transición de 2 m de ancho aguas abajo, constituida por gravas arenosas obtenidas por clasificación de las fuentes cercanas, (véase figura 9).

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Figura 9. Panorámica de la Presa

Fuente: fotografía tomada en la Presa del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo – Huila, en el mes de noviembre de 2014

Dique auxiliar. Además de la presa, para la conformación del embalse se requiere la construcción de un dique localizado sobre la margen derecha del río Magdalena, sobre una silla divisoria de aguas existente en este sitio. El dique requerido tiene una altura de 66 m y está constituido por un núcleo central de arcilla, espaldones de material procedente de la Formación Gualanday y filtro tipo chimenea. La pendiente de los taludes es de 2,5H: 1,0V aguas arriba y 2,3H: 1,0V aguas abajo, tiene una longitud de cresta de 445 m y un volumen de relleno de 3.1 millones de metros cúbicos, (véase figura 10).

Figura 10. Dique Auxiliar (Presa de tierra)

Fuente: fotografía tomada en Dique Auxiliar del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo – Huila, en el mes de noviembre de 2014

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Vertedero. El vertedero del proyecto hidroeléctrico El Quimbo es una estructura en canal abierto, ubicada en la margen derecha entre la presa y la casa de máquinas. El vertedero está compuesto por una canal de aproximación, una estructura de control, un canal de descarga y un deflector radial, (véase figura 11).

Figura 11. Canal de descarga del Vertedero.

Fuente: fotografía tomada en el Vertedero del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo – Huila, en el mes de Octubre de 2014

Sistema de desviación. Un túnel de desviación localizado por el estribo derecho del río, con diámetro útil de 11,0 m y sección transversal en herradura de patas curvas, revestida totalmente en concreto convencional, con una longitud de 488,68 m y pendiente longitudinal de 0,41%.

Figura 12. Túnel de desvío

Fuente: fotografía tomada en el Túnel de Desvío del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo – Huila, en el mes de Marzo de 2012

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Descarga de fondo. El propósito de la descarga de fondo será el de suministrar agua al tramo localizado aguas abajo de la presa, durante el llenado del embalse y periodos en que no funcione la central. La capacidad hidráulica de la descarga de fondo permite suministrar un caudal de 36 m3/s antes de los dos días a partir del cierre del túnel de desviación. El caudal máximo previsto por la descarga de fondo será de 42 m3/s y la compuerta deberá operarse para limitar el caudal descargado al valor anterior, (véase figura 13).

Figura 13. Descarga de Fondo en Construcción

Fuente: fotografía tomada en la descarga de fondo del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo – Huila, en el mes de noviembre de 2014

Conducción. Las conducciones de carga del proyecto se localizaron por el estribo derecho de la presa, su alineamiento es paralelo al eje del vertedero y la central entrega el caudal turbinado aguas abajo de la descarga del vertedero. Se consideraron conductos de carga independientes para cada turbina. La conducción seleccionada presenta una única pendiente longitudinal del 16%, un primer tramo es revestido en concreto de Φ = 9.10 m y un segundo tramo blindado de Φ = 6.50 m, (véase figura 14).

Se dispondrán de dos turbinas horizontales tipo Francis para una potencia en el eje de la turbina de 185.8 MW cada una, para un salto neto nominal de 122 mca y caudal de 168.7 m3/s por unidad. La velocidad de rotación de la unidad es de 163.63 rpm, (véase figura 15).

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Figura 14. Túneles de Carga o Conducción

Fuente: fotografía tomada en la casa de Maquinas del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo – Huila, en el mes de noviembre de 2013

Figura 15. Turbina Tipo Francis.

Fuente: fotografía tomada en la Casa de Maquinas del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo – Huila, en el mes de noviembre de 2014

Casa de máquinas. El sitio propuesto para la construcción de la casa de máquinas está localizado en la margen derecha del río, aguas abajo del pie de presa, ubicación donde se presentan condiciones favorables para las excavaciones necesarias y buenas condiciones de fundación.

La casa de máquinas es de tipo superficial, alberga dos unidades de 200 MW cada una, con una separación entre unidades de 30,0 m. La construcción de cada una de las unidades se ha proyectado con una junta de dilatación entre ellas para controlar esfuerzos y agrietamientos que pueden ocurrir en casos de

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estructuras muy largas y con grandes volúmenes de concreto, (véase figura 16).

Figura 16. Vista Frontal Casa de Maquinas

Fuente: fotografía tomada en la Casa de Maquinas del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo – Huila, en el mes de noviembre de 2014

2.4 CARACTERIZACIÓN IN SITU 2.4.1 Geología Regional Geológicamente, el Proyecto Hidroeléctrico El Quimbo se encuentra ubicado en la subcuenca de Neiva del Valle Superior del Magdalena, consistente en una depresión tectónica alargada en dirección N30º-40ºE, que separa las Cordilleras Central y Oriental de Colombia y se remonta a finales del Paleozoico y comienzos del Mesozoico. El Terciario, se compone de rocas sedimentarias continentales, correspondientes al Grupo Gualanday y Formaciones Honda que representan en forma general las rocas aflorantes en el sitio de presa. La estratificación predominante es N15º - 18ºE/ 30º -32º SE. A continuación se resumen las características principales de las unidades que interesan a las obras:

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El nivel superior del Gualanday (Tgs-2): “consta de conglomerados grises

claros a blancos, con guijas de cuarzo y chert de 0,5 cm a 5 cm

ocasionalmente mayores en matriz arenosa silícea, cubiertos en superficie por

una costra ferruginosa, Los conglomerados tienen una importante porción de

intercalaciones de areniscas cuarzosas, grises, de hasta 2 m de espesor y

limolitas arcillosas grises claras de poco espesor. Su espesor oscila entre 30 y

70 m en el sitio de la presa.,

El nivel inferior del Gualanday (Tgs-1): “está conformado por conglomerados

pardo rojizos, compuestos por guijas de cuarzo y chert en matriz que varía de

arenosa a arcilla con un alto contenido de óxidos de hierro que le dan la

coloración a la roca, en ocasiones se presenta cementado por material

ferruginoso muy fino. Estos conglomerados presentan intercalaciones de

areniscas y limolitas violetas a rojizas de dureza media y fracturamiento

moderado, que presentan una mayor susceptibilidad a la erosión con respecto

a los estratos arenosos y argillosos del nivel superior.

Formación La Honda: “está constituida por una secuencia de areniscas grises y

verdosas a veces conglomeráticas y conglomerados con estratificación

cruzada que forman en michos casos rellenos de canal, interestratificadas con

arcillolitas y rocas vulcano clásticas de color pardo rojizo.

Discontinuidades: Las investigaciones permitieron “diferenciar 4 sistemas de

diaclasas principales, (J1),(J2),(J3)”. En general son continuas, planas, abiertas

de ligeramente a abiertas en los niveles de areniscas, limolitas y onduladas y

rugosas en los conglomerados. La estratificación en la Formación Gualanday

Superior tiene orientación N15°-18°E/30°-35°SE y en las rocas de la Formación

Honda N13°-15°E/30°SE o sea muy similares.

Zonas de Cizalla: Este rasgo estructural se caracteriza por presentar franjas de

roca fracturada, oxidada, con rellenos de arcilla que se desarrollan sobre las

rocas de la Formación Gualanday Superior y Gualanday Medio. Tienen

espesores de 1 a 40 cm. 44 se deducen tres sistemas principales de cizallas.

En general estas zonas de esfuerzo están constituidas por una serie de

diaclasas con rellenos de arcilla, de espesor de 2 cm y una zona de roca muy

friable y meteorizada paralela al plano de fractura, con espesor entre 15 cm y

40 cm.

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2.4.2 Geología local En el sector de la presa específicamente en la zona del Plinto, a través del cual se realizara el tratamiento de inyecciones de Consolidación y Cortina de impermeabilización, durante el avance de las excavaciones, se presentan conglomerados y areniscas de la formación Gualanday Superior (Tgs) en la zona de transición de los niveles 1 y 2. El macizo rocoso se encuentra meteorizado, los niveles de areniscas y conglomerados muestran un alto grado de fracturamiento, con presencia de diaclasas las cuales se encuentran muy abiertas entre 7,0 cm y 10 cm generando grietas con longitudes entre 5,0 m y 6,0 m, y profundidades que alcanzan los 4,0 m, (véase figura 17). Figura 17. Trazado del eje del Plinto

Fuente: EMGESA S.A., Informe criterio de diseño de Obras Principales El Quimbo

La fundación en el sector de la presa es poco competente, de calidad media-baja, erodable, con un nivel de cementación muy bajo, constituida por conglomerados heteromètricos, matriz-soportados, con tonalidades que varía de gris a morados, con sectores habanos producto de la oxidación. Estas rocas muestran intercalaciones de arenisca gris, de grano medio a fino, moderadamente compacta, con niveles de fracturación media, es común encontrar zonas de cizalla, de longitud variada con rellenos arcillosos y limosos, con ángulos de inclinación alto. Por lo que la finalidad de la cortina de inyección es la impermeabilización y relleno de diaclasas en el eje longitudinal de la presa, en función de mantener la permeabilidad del sustrato dentro de los parámetros requeridos.

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Las fracturas encontradas en el macizo rocoso de acuerdo a las perforaciones con recuperación de núcleos realizadas muestran variación en las profundidades, de tal forma que las perforaciones de la cortina deberán interceptar todas las discontinuidades en una zona razonable y cada una de ellas en lo posible será interceptada por varias perforaciones para inyecciones a presión a distintas profundidades, (véase figura 18 y 19). El presente trabajo tiene como propósito evaluar el efecto que tendría el realizar la cortina de inyecciones de la Presa (plinto) del Proyecto Hidroeléctrico El Quimbo por medio del método del engrosamiento sucesivo de mezclas establecido en la especificaciones técnicas y por el sistema de Inyección GIN, y así determinar el impacto en las labores de construcción de la pantalla de inyección. Figura 18. Fracturas generadas en el Plinto.


N30°W/72°NE

N35°-48°W/72°-82°NE

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Figura 19. Panorámica del Plinto Izquierdo


2.5 Morfología La morfología de la zona del cierre de la presa se presenta como una cresta monoclinal resultado del fallamiento y degradación de un anticlinal apretado y tumbado. Es muy regular con pendiente de las laderas coincidentes con la estratificación del lado de aguas arriba y con las diaclasas conyugadas a la estratificación del lado de aguas abajo. Ambas laderas presentan hondas cárcavas producto de la erosión pluvial en zonas de debilidad estructural del monoclinal. Las cárcavas son amplias y profundas con taludes empinados. Estas cárcavas reducen notablemente el espesor de las laderas izquierda y derecha de la presa pudiendo crear zonas preferenciales de filtración al agua del embalse. 2.6 Hidrogeología “La Formación Gualanday Superior tiene una permeabilidad baja según los resultados de los ensayos realizados. Esto se debe normalmente que las areniscas y conglomerados terciarios que componen esta unidad son texturalmente inmaduros, es decir tienen una importante fracción de sedimentos finos y arcillosos. Se estima que existen varios niveles acuíferos separados entre sí por una capa o conjuntos de capas de menor permeabilidad. La permeabilidad de esta unidad se incrementa localmente por la presencia de diaclasas de origen tectónico.” “La formación Honda tiene permeabilidad muy baja, compuesta fundamentalmente de arcillolitas, con intercalaciones de areniscas de grano fino a localmente conglomeráticas. Aunque estas intercalaciones presentan

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permeabilidades bajas, su relativa poca presencia dentro de la formación, no incrementa la permeabilidad general de la unidad.” Se debe remarcar que en las galerías de investigación no se presentaron infiltraciones o flujos notables de agua sino humedades puntuales, principalmente en los contactos entre los conglomerados y las areniscas.

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3. DISEÑO METODOLÓGICO 3.1 TIPO DE ESTUDIO La investigación será evaluativa y comparativa debido a que se realizará un Análisis de la geología del área, comportamiento de la roca, y comparación de Criterios utilizados y planteados para la optimización en el proceso inyecciones de impermeabilización, determinando una vez estudiado los métodos (engrosamiento sucesivo y GIN) cual podría ser más beneficioso para la ejecución de la Cortina de inyección de la presa del Proyecto hidroeléctrico El Quimbo. Este tipo de investigación es también conocida como investigación in situ ya que se realiza en el propio sitio donde se encuentra el objeto de estudio. Ello permite el conocimiento más a fondo del investigador, puede manejar los datos con más seguridad ya que se adquirieron los datos de campo como los Consumos de la cortina de inyección, geología, entre otras variables. 3.2 TRABAJO DE CAMPO El objeto del trabajo comprende un análisis de los documentos como Especificaciones técnicas y criterios del diseño establecidos para los tratamientos de consolidación e impermeabilización de la Presa, entre otros. Se hace un seguimiento dia a dia de los trabajos de inyección y tratamientos, que permite el desarrollo del presente informe donde relato las tareas desarrolladas durante el seguimiento de las actividades de las inyecciones. Asimismo, presentar las opiniones y sugerencias que a mi criterio Considero oportunas para optimizar los trabajos de inyección y tratamiento Considerados en las distintas obras del proyecto, específicamente en la Presa. 3.3 METODOLOGIA

Se adquirió conocimiento de la geología regional y local y de las características de las rocas y delos suelos de los cimientos de la Presa.

Se obtuvo una visión detallada de los trabajos y de los equipos que se emplean para realizar las perforaciones y las inyecciones.

Se conocieron las especificaciones y la real aplicación en el sitio.

Se observó cómo se están aplicando los procesos de inyección en la Presa.

Se Analizaron los resultados obtenidos.

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Se Inspecciono los equipos de control de las mezclas de las lechadas en el sitio de operación y en el laboratorio.

Se observó el sistema de control del proceso de inyección de la pantalla desde la planta de producción control y mando.

Se Conocieron los conceptos de diseño que el diseñador adoptó para definir los criterios de inyección de las cortinas de impermeabilización del plinto de la presa.

Se obtuvieron los datos de campo (gráficos, cantidades y representaciones) para analizarlos en detalle.

Sobre la base de los datos anteriores poder opinar con suficiente conocimiento respecto a la situación real de los trabajos de inyección que se vienen ejecutando en el Plinto de la Presa, para sugerir bajo mi criterio eventuales mejoras técnicas u optimizaciones de los procesos y tratamientos implementados con el objetivo de mejorar la eficiencia de las pantallas reduciendo contemporáneamente los tiempos y magnitud de obra a ejecutar.

3.4 SITUACIÓN ACTUAL El tratamiento de impermeabilización para la Presa a través del Plinto se dividió en 7 tramos correspondientes iniciando el tramo 1 en el estribo Izquierdo de la Presa y terminado con el tramo 7 en el estribo Derecho de la misma.

Los tratamientos del Plinto de la Presa comprenden:

Una cortina de inyección profunda de 85 y 60 m de profundidad, en el eje del

Plinto.

Dos filas de inyecciones llamadas de Consolidación de 40 m de profundidad,

una a cada lado de la cortina profunda, ambas paralelas y equidistantes en

1,50 m de ella ubicadas respectivamente aguas arriba y aguas abajo del eje

del Plinto.

Las perforaciones de inyección se realizan a roto percusión con diámetro 3” mientras que las de control i son a rotación con recuperación de testigos. Las perforaciones son siempre perpendiculares al plano de fundación. Cada fila se compone de inyecciones primarias equidistantes de 12 m, secundarias a 6 m de las primarias, terciarias a 3m de las adyacentes y las cuaternarias a 1,5 m, (véase figura 20).

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Figura 20. Distribución de la malla de inyecciones de Consolidación y cortina profunda del Plinto de la Presa.

Fuente: EMGESA S.A., Planos Validos para Construir

3.4.1 Mitología de inyección especificada por el método de engrosamiento

sucesivo. El método indicado en las especificaciones técnicas para la realización de las inyecciones de las cortinas de impermeabilización del plinto de la Presa es el denominado engrosamiento sucesivo, que anteriormente se describió en el marco Conceptual del presente documento. Método que el contratista CONSORCIO IMPREGILO-OHL está aplicando actualmente siguiendo los lineamientos de las Especificaciones Técnicas. Capítulo 5.11 Inyecciones de presión y perforaciones de drenaje. Las especificaciones se simplificaron con la revisión del 20 de noviembre 2012 en lo que respecta los pasos de engrosamiento, que comprende ahora 6 mezclas (“A,”B”,”C”,”D”,”E” y ”F”). Se adaptaron los pasos facilitando indicaciones en función del porcentaje de presión máxima y del caudal de bombeo hasta llegar a volumen ´de lechada prefijado. Para aclarar el concepto de los 6 pasos que se prescriben se elaboró un gráfico que representa el proceso que se debe seguir para cumplir con el método del engrosamiento sucesivo, (véase figura 21).

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Figura 21. Grafico engrosamiento Sucesivo

Fuente: EMGESA S.A., Especificaciones Técnicas, Cap. 5.11

a. Una vez agotado el límite de volumen, se debe mantener el proceso de

inyección y engrosar la mezcla.

b. Se termina la inyección por criterio de límite de volumen

c. Se termina la inyección por límite de rechazo

d. Se termina la inyección por presión máxima

3.5 OBSERVACIONES EN CAMPO De lo anterior, de lo observado y ejecutado en campo a mi criterio el método del engrosamiento sucesivo resulta ser claro en lo que respecta la especificación técnica pero difícil de aplicar en forma rápida y eficiente en el sitio de ejecución. Es laborioso su manejo y su control. Esto es así aun cuando se disponga de programas y equipos automatizados para seguir el proceso de inyectado. Cada tramo requiere varias operaciones por parte de los encargados que deben modificar las lechadas, las presiones prestando atención a los caudales y a los volúmenes inyectados. Las presiones se leen un manómetro en el caballete en las cercanías de la perforación que se está inyectando y el valor observado se transmite vocalmente a la planta de producción control y mando. Los caudales se leen en la misma planta pero el control del caudal que se inyecta es regulado por el mismo operador que observa el manómetro abriendo o cerrando una llave ubicada en el caballete inmediato al punto de inyección, antes del caudalimetro.

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El proceso implica la necesidad de disponer en la planta de los materiales y equipos para componer rápidamente 6 mezclas diferentes de lechadas. Lechadas que se diferencian por el contenido de fluidificante o de bentonita. Para el contratista CONSORCIO IMPREGILO-OHL esto comporta en muchos casos tener que botar lechadas o, si no quiere perderlas, incumplir con las especificaciones. Además para cada cambio de lechada el supervisor tiene que tomar las muestras de ellas y verificar si respetan de las características especificadas. Las presiones especificadas requieren que se modifiquen los datos de ingreso de tramo en tramo, lo que comporta la modificación por parte del responsable de la planta de los parámetros de regulación del sistema software automatizado cada vez que se desplaza el empaque. También el pasar de una lechada a otra comporta el cambio de los datos de ingreso del sistema automatizado. A continuación relaciono la inspección y seguimiento de los trabajos de perforación e inyección en el Plinto de la Presa, (véanse figuras 22 - 26)

Figura 22. Conglomerado Formación Gualanday Superior

Fuente: fotografía tomada en la Presa del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo – Huila, en el mes de noviembre de 2013.

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Figura 23. Trabajos de perforación para Inyección de Consolidación en el Plinto de la Presa

Fuente: fotografía tomada en el Plinto de La Presa del Proyecto Hidroeléctrico el Quimbo – Huila, en el mes de noviembre de 2014

Figura 24. Equipo de Producción de las lechadas


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Figura 25. Agitador y Bomba de Inyección.


Figura 26. Grafico del sistema de Bombeo y control de las Inyecciones

Fuente: Manual Jean Lutz.

a. BAP MC 160 b. Caja conexión c. Mandos de bombas d. Caudal y volumen de la lechada

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e. Presión de lechada f. Caballete g. Alimentación h. Llave USB i. Software de explotación. Figura 27. Equipo del control del proceso de inyectado.


Figura 28. Protocolos registrados e impresos.


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Figura 29. Compresor para Inflado Obturadores.


Figura 30. Obturador Bimbar para Inyección de Lechada.


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3.6 MEJORAS QUE PODRÍAN APLICARSE EN LOS TRATAMIENTOS DE LA CORTINA DE INYECCIÓN DE LA PRESA.

El método del engrosamiento sucesivo empleado hasta ahora en las inyecciones en el plinto de la Presa y los resultados reportados hacen ver que la mayoría los tramos inyectados se suspendieron cuando la presión efectiva alcanzó la presión máxima predefinida en el respectivo tramo y casi siempre con la lechada con mezcla “A”. El análisis preliminar que se realizó con los datos obtenidos me permiten bajo mi criterio sugerir algunas mejoras al procedimiento empleado hasta la fecha sin tener que modificar las instalaciones, los equipos en uso, los materiales (cemento, superfluidificantes), la geometría, los espaciamientos entre las distintas filas, ni los programas automatizados empleados para el control, monitoreo, archivo de datos e impresión de los resultados. Empleando el mismo personal que actualmente opera. Las mejoras que se pueden sugerir son las siguientes:

Emplear una sola mezcla. Si posible la lechada “A”, ya aprobada, que resulta

estable y con buena relación A/C= 0,65 1% de aditivo.

Presión Pmax igual para todos los tramos.

Volumen máximo de lechada por metro de perforación Vmax igual para todos

los tramos.

La Utilización del método GIN.

Número de tramos igual a los actuales pero variables, disminuyendo hacia

arriba. Propongo 5 tramos: el más profundo de 10 m, el siguiente de 8 m, el

tercero de 6 m el segundo de 4 m y el último de 2 m colocando el empaque en

el plinto u hormigón de reposición.

Esas simples medidas se pueden implementar de inmediato sin problemas ya que el personal y el subcontratista que ejecutan los trabajos han trabajado aplicando la curva G.I.N en otras presas con buen resultado y que lo consideran de más fácil control y manejo. En lo que se refiere al programa automatizado que se está empleando no debería haber ningún problema porque es suficiente indicar sólo una vez la lechada empleada, los valores predefinidos de Pmax, Vmax y el valor G.I.N. El único valor que se debe modificar es la longitud del tramo cada vez que se desplaza el empaque.

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CONCLUSIONES

Con este trabajo de investigación se busca la optimización de la metodología de construcción de la cortina de inyección del Plinto de la Presa a través de la comparación de criterios tradicionalmente utilizados con la nueva metodología, evaluados por medio de los datos de campo obtenidos en la realización de la cortina de inyección, con el fin de indicar que la metodología actual garantiza los trabajos pero podría simplificarse con el uso de un método más sencillo como el GIN, obteniendo un beneficio económico y manteniendo la calidad de la obra.

Las metodologías planteadas son técnicamente equivalentes porque se cumple sin menor riesgo, con la ejecución de la cortina de inyección cuya función es disminuir la permeabilidad del sustrato impidiendo las filtraciones por la fundación de la estructura, pero los tiempos de ejecución podrían reducirse si se adoptara un método más simplificado.

El informe sugiere y recomienda eventuales mejoras técnicas u optimizaciones de los procesos y tratamientos implementados con el objetivo de mejorar la eficiencia de las pantallas de reduciendo contemporáneamente las cantidades de obra y los tiempos de ejecución.

Se insiste en recomendar que el diseño de los tratamientos necesarios a la fundación del plinto sea fundado sobre conceptos básicos simples y claros. Que sean fáciles de implementar, de controlar, interpretar y rápidamente adaptables a los resultados obtenidos. Todos estos requerimientos se cumplen aplicando los conceptos sobre los cuales se basa el método G.I.N (Grout Intensity Number).

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RECOMENDACIONES

Se recomienda estudiar la posibilidad en el cambio de la metodología de

inyección de cortina actual en el Plinto de la Presa, ya que beneficia el

desarrollo de la obra en factor tiempo y económico, manteniendo su calidad

como tratamiento de fundación.

Ejecutar pruebas de estanqueidad en los huecos perorados para inyección

para tener una idea del consumo de lechada (relación agua-cemento) antes de

iniciar el proceso de Bombeo.

Realizar pruebas de verificación de la efectividad de las inyecciones en las

zonas ya tratadas por medio de ensayos Lugeon y así verificar la

permeabilidad de la roca.

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BIBLIOGRAFIA

CHACIN María Gabriela. Trabajo de Grado.Universidad de Oriente Núcleo Bolívar. Facultad de Geología. Bolívar. 2010. P29 - 66.

Coeficiente de Permeabilidad. [online] [Consultado 03 Dic. 2014]. Disponible en < http://es.wikipedia.org/wiki/coeficiente_de_permeabilidad >

CONOSRCIO IMPREGILO-OHL. Procedimiento para la Inyección de Cortina y Consolidación del Proyecto Central Hidroeléctrica El Quimbo. Procedimiento No. PT-DT-CIO/PHEQ-24. Julio 2011.

EMGESA S.A. Descripción Técnica del Proyecto Central Hidroeléctrica El Quimbo. Volumen I. Mayo 2010.

EMGESA S.A. Especificaciones Técnicas Proyecto Central Hidroeléctrica El Quimbo. Licitación Contrato CEQ-21. Construcción Obras Civiles Principales. Parte 5. Capítulo 5.11 Inyecciones de Presión y Perforaciones de Drenaje. Abril 2009.

EMGESA S.A. Informe Criterios de diseño de las Obras Civiles Principales del Proyecto Central Hidroeléctrica El Quimbo. Volumen I. Documento No. PHEQ-DGEO-DOC-0010. Septiembre 2008.

Ensayo Lugeon. [online] [Consultado 03 Dic. 2014]. Disponible en < http://es.wikipedia.org/wiki/ensayo_luegeon >

INGETEC Ingenieria & Diseños S.A. Planos Validos para construcción de las inyecciones desde el Plinto desde tramo 1 hasta tramo 7 del Proyecto Central Hidroeléctrica El Quimbo. Planos No. Qd-12c-035 a Qd-12c-048. Diciembre de 2012.

Lombardi y Deere. Diseño y Control de Inyectado Utilizando el Método “GIN”. Consultivo Técnico.IMTA, México. (1993)

http://es.wikipedia.org/wiki/coeficiente_de_permeabilidad

http://es.wikipedia.org/wiki/ensayo_luegeon

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ANEXO A. SECCIÓN Y CARACTERIZACIÓN GEOLOGICA POR LA CORTINA

DE INYECCIONES DEL PLINTO DE LA PRESA

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ANEXO B. PLANOS VALIDOS PARA CONSTRUIR

61

ANEXO C. PERFIL DE TOMAS DE LECHADA EN EL PLINTO DE LA PRESA

analisis comparativo de los metodos de inyeccion por … · la casa de máquinas al pie de la...

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