existen cuatro unidades acuíferas, siendoel de mayor interés e importancia eldenominado acuífero inferior con unaextensión de 8,5 km2, el resto de lasformaciones acuíferas se circunscriben aun área de aproximadamente 3 km2, queabarcan el sitio de presa y el vertedor.Desde el punto de vista geológico, elárea de estudio se caracteriza por tenercomo basamento a la formación Doán lacual sirve de piso a las formacionesacuíferas del área. Esta formación essobreyacida por un paleocauce del ríoReventazón, el cual alberga el acuíferoinferior. Este paleocauce fue sepultadopor avalanchas de tipo volcánicoconstituido principalmente por brechasque funcionan como acuitardo de lascapas acuíferas.

Por medio del análisis teórico, se estimóque ocurriría una subsidencia. Secalculó que por descompresión de lacapa acuífera la subsidencia sería de10,1 milímetros en el área del cuenco

Palabras clave

Subsidencia, acuíferos confinados, P.H.Angostura, Hidrogeología tropical

Resumen

En este trabajo se investiga lasubsidencia de suelos producto delabatimiento intencional prolongado delnivel piezométrico de los acuíferos quesubyacen la estructura del cuencovertedor del P.H. Angostura.

Para poder analizar la ocurrencia de lasubsidencia de suelos y estimar sumagnitud fue necesario reformular elmodelo conceptual de los acuíferos delárea. Esto se logró por medio del uso deperfiles geofísicos, y de la informaciónbrindada por estudios técnicos,desarrollados durante la etapa deconstrucción del proyecto. A partir delos datos recopilados e integrados, sedeterminó que en el área de estudio

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Estimación de la subsidenciaen el área del cuenco vertedor del proyecto hidroeléctrico angostura

Rodrigo Alberto Calvo Porras 1Asdrúbal G. Vargas 2

Calvo Porras, Rodrigo Alberto y Vargas G., Asdrúbal. Estimación de la subsidencia en el área del cuenco vertedor del proyecto hidroeléctrico angostura.Tecnología en Marcha. Vol. 17 N˚ 1.

1 Ingeniero, topógrafo, geógrafo e hidrogeólogo, Área de auscultación de obras, ICE. Correoelectrónico: (rcalvop@ice.go.cr).

2 Geólogo, hidrogeólogo, Área de perforación, inyección y servicios conexos, ICE. Correo electrónico:(avargasS@ice.go.cr).

En este trabajo se investiga lasubsidencia de suelos producto del abatimientointencionalprolongado del nivelpiezométrico de losacuíferos quesubyacen la estructuradel cuenco vertedordel P.H. Angostura.

El Proyecto Angostura se ubica en lacuenca media del río Reventazón, en laprovincia de Cartago, 2 km al sureste dela ciudad de Turrialba. Este utiliza lasaguas de los ríos Reventazón, Turrialbay Tuis para la producción de 180 MW,con lo que se convierte en el proyecto demayor producción a nivel individual delpaís. Geomorfológicamente, el área secaracteriza por ser un valle de tipoaluvional. Presenta una elevaciónpromedio de 580 m.s.n.m. En este sector,el río Reventazón corre en dirección estehasta la confluencia con el río Atirro,cambiando, a partir de este punto, a unadirección norte hasta su confluencia conel río Turrialba.

Algunos autores se refieren al sitio como elsector de confluencias múltiples, dado queahí convergen los ríos Reventazón, Pejibaye,Atirro y Tuis y le otorgan características decuenca de terrazas fluviales (Bergoing,1998). El área es una zona predominante-mente agrícola, dedicada al cultivo de cañade azúcar en las áreas planas y café en laszonas de mayor pendiente. Presenta lassiguientes características climatológicas:precipitación promedio de 3412 mm,temperatura promedio de 21,7 °C y humedadrelativa de 87%.

El Instituto Costarricense de Electricidadinició los estudios del Proyecto Hidroeléc-trico Angostura desde la década de lossetentas en el siglo XX, y las primeraspublicaciones formales de estudiosgeológicos se remontan al año de 1969.El Proyecto Hidroeléctrico Angosturaentró en operación en el mes dediciembre del año 2000, y es una de lasmayores obras de ingeniería construidasen el país.

Las aguas del río Reventazón sonembalsadas, en conjunto con los aportesde 20 m3 de los ríos Turrialba y Tuis,por una presa de enrocamiento de 36metros de alto, y 220 metros de largo.Las obras de excedencias estánconstituidas por un vertedor principalde tipo frontal y un vertedor secundario

vertedor. La subsidencia por aporte odescompresión de los acuitardos seestimó en 8,5 milímetros, dando comoresultado una subsidencia total delorden de los 18,6 milímetros en el áreade mayor descompresión.

Los controles de nivelación de lasuperficie del terreno determinaron queel área del vertedor sufrió un proceso delevantamiento, con magnitudes delorden de los 12 milímetros, asociado alperíodo en que se realizaron lasexcavaciones que alojarían lasestructuras principales. Este proceso deexpansión del área se detuvo cuandofinalizó la construcción del vertedor yentró en operación. El peso de laestructura del vertedor sumado al pesode la carga de agua que contenía aliniciar su funcionamiento, sustituyeronel material retirado, dando origen a unproceso de consolidación que llevó elárea a su posición original. A partir deeste momento, en el año de 1999 seinició un proceso de subsidencia, conmagnitudes de hasta 21 milímetros, elcual finalizó en los últimos meses delaño 2000, período desde el cual el árease mantiene estable. Las magnitudes dela subsidencia calculada por métodosteóricos de 18 milímetros y la registradaen el sitio a partir de los controlesaltimétricos con magnitudes de 21milímetros, son muy similares y norepresentan un factor de riesgo para laestructura del vertedor principal.

Introducción

La zona de estudio se localiza en el áreade embalse y de la estructura del cuencovertedero principal del ProyectoHidroeléctrico Angostura. Entre lascoordenadas planas de la proyecciónLambert, 203.000 a 207.000 de latitudnorte y 571.000 a 577.000 de longitudoeste, de la hoja topográfica Tucurriquedel Instituto Geográfico Nacional, aescala 1:50.000 (Fig. 1).

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La zona de estudiose localiza en el áreade embalse y de laestructura del cuencovertedero principal del ProyectoHidroeléctricoAngostura.

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Con la información recopilada en esteperíodo, se realizaron, por parte delDepartamento de Geotecnia del ICE,análisis de esfuerzos de la fundación delvertedor del P. H. Angostura (Laporte,1990, 1994 y 1997). En ellos sedeterminó, la necesidad de abatir losniveles piezométricos de los acuíferoshasta cotas consideradas como seguraspara las estructuras.

Losilla (1995) realizó estudios en el áreadel cuenco vertedor del proyecto, con lafinalidad de diseñar un campo de pozosde alivio que propiciara el descenso delos niveles piezométricos de los acuíferosa cotas consideradas como seguras parala realización de las excavaciones, yposterior funcionamiento del vertedor. Enestos estudios, se expone que lasubsidencia podría ser un efecto colateralque se originaría como consecuencia deun abatimiento drástico y prolongado delos niveles piezométricos. Además,propone que se debe mantener un controlpermanente de la elevación de lasuperficie del terreno, para determinarcualquier indicio de subsidencia consuficiente anticipación, y contrarrestarlocon la elevación de la superficiepiezométrica por medio de manipulaciónde caudales.

Las recomendaciones se tomaron enconsideración y a partir de 1995 se iniciaun proceso de monitoreo, utilizandonivelaciones topográficas de alta precisiónde la superficie del terreno circundante alvertedor, para dar seguimiento a losposibles cambios en la superficie delterreno. Estos controles se realizaronhasta 1998 cuando la construcción delvertedor terminó y se volvieron a retomara partir del año 2000.

Los estudios geológicos, realizados porel Instituto Costarricense de Electricidaden el área de construcción del ProyectoHidroeléctrico Angostura, determinaronla existencia de un sistema de acuíferosartesianos de origen aluvional, que

de emergencias, que cuenta con unmecanismo de dique fusible para elcontrol de avenidas máximas.

Debido a la complejidad de las obrasciviles, dentro de las cuales destaca eltúnel de conducción de más de 8 km delargo y las estructuras vertedoras, conuna capacidad de evacuar avenidas dehasta 8000 m3/s, se requería de unestudio detallado de las condicionesgeológicas de toda el área del proyecto.

En conjunto con estudios de geofísica, seinicia a partir de 1979 el proceso deperforación de los primeros pozosexploratorios; así, cuando las primerasetapas de investigación finalizaron, ya sehabían efectuado aproximadamente 80perforaciones, distribuidas en la zona deembalse a la presa.

A partir de la información brindada porlos primeros estudios geológicos ygeofísicos, se determinó que subyaciendoel área donde se construirían la presa y lasestructura del cuenco vertedor deexcedencias, existía un sistema deacuíferos confinados que por la magnitudde las presiones piezohidrodinámicas quepresentaban, podrían afectar directamentela fundación del vertedor principal. Estosacuíferos fueron definidos geológica-mente por primeras vez, en 1986, por losgeólogos del ICE, y localizados en losdepósitos aluvionales del área (Alvarado& Leandro, 1997).

Al aproximarse la fase de construccióndel proyecto, se requería detallar lascaracterísticas hidrogeológicas de estosacuíferos, por lo que a partir del primersemestre de 1991 se realizaron 23perforaciones adicionales en el sitio depresa y en el área del vertedor paracomplementar los estudios de lahidrogeología de esta área. Estasperforaciones incluyeron la construcciónde pozos para la realización de pruebasde bombeo, mediante los cuales fueposible determinar los parámetroshidrogeológicos del acuífero principal.

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Al aproximarsela fase deconstrucción delproyecto, se requeríadetallar lascaracterísticashidrogeológicas de estos acuíferos,por lo que a partirdel primer semestrede 1991 se realizaron23 perforacionesadicionales en el sitiode presa y en el áreadel vertedor paracomplementarlos estudios de lahidrogeología de esta área.

convertirá en un factor de riesgo para lasestructuras.

Por lo mencionado anteriormente, seplanteó como objetivos específicosinvestigar la subsidencia por abatimientode niveles piezométricos en el área delvertedor principal y cuantificar lamagnitud de la subsidencia que seproduciría.

Análisis de subsidencia

Desde el punto de vista hidrogeológico, lasubsidencia de suelos es un fenómeno quese asocia únicamente a la sobreexplo-tación de acuíferos de tipo confinado. Enáreas de explotación de acuíferos libres nose ha observado subsidencia, ni siquiera,con la utilización de nivelaciones de altaprecisión (Vázquez & Alpañes, 1999).

Existen dos mecanismos desencadenantesde la subsidencia cuando se explotanacuíferos confinados, estos son:

I. El exceso de bombeo provoca unadisminución en los nivelespiezométricos y, consecuentemente,se da una reducción en la presiónhidrostática entre los poros de lamatriz del acuífero, lo cual induce aun aumento del esfuerzo efectivo y unaumento de la sobrecarga de las capassobreyacientes del acuífero.

II. La reducción en el contenido dehumedad en las arcillas del acuitardoque produce una reducción en suvolumen.

El primero está asociado a lacompactación que se produce en las capasacuíferas y el segundo que se origina porla compactación inelástica de las capasconfinantes (acuitardos).

Custodio & Llamas (1983) definen elprimer caso como una deformación detipo elástico que tiene lugarnormalmente con mucha rapidez; estoimplica que no es necesario estimar elperíodo de ocurrencia. El segundo caso

subyacen las estructuras de la presa ydel cuenco vertedor de excedencias. Elmás importante de los acuíferos tiene unnivel piezométrico el cual alcanza lacota 577 m.s.n.m., que en el área delcuenco vertedor representa uno 22metros sobre el nivel del suelo.

La construcción de las obras de presa ycuenco vertedor requería de la realizaciónde excavaciones, de volúmenesimportantes, de la capa confinante(acuitardo), reduciendo de esta forma elespesor de esta y originando la posibilidadde que se produjera una ruptura del techodel acuífero. Esto, motivado por diferenciaentre las fuerzas de presión del acuífero,sobre su techo impermeable y el peso deesta capa que se reduciría por laexcavación (ICE, 1997).

Para minimizar las posibilidades deruptura del techo del acuífero, por laextracción de material, se decidió que losacuíferos deberían ser abatidos hastaalcanzar niveles potenciométricosconsiderados seguros (cota 558,00m.s.n.m) para la realización de lasexcavaciones (Fig. 2). El abatimiento delos niveles se logró con la construcciónde una batería de seis pozos de los cualesbrota agua en forma artesiana, con uncaudal total de 180,0 lts/s. Este caudal deextracción ha hecho descender el nivelpiezométrico hasta la cota 558,00m.s.n.m. que está considerado dentro delos márgenes de seguridad.

Los parámetros de manejo para el sistemade acuíferos establecen que estos sedeberán mantener abatidos durante todoel período de vida útil del proyecto, locual implica una disminución prolongadae intensiva de los niveles piezométricos,que conduciría a la subsidencia de losterrenos, ocurriendo en el área sobre laque se ubican las principales obras delproyecto. Su análisis se convierte en unfactor de suma importancia, paradeterminar si, de presentarse estasituación y según su magnitud, está se

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Los parámetrosde manejo para elsistema de acuíferosestablecen que estos se deberán mantenerabatidos durantetodo el período devida útil del proyecto.

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Figura 2Perfil esquemático de los acuíferos en el área de la presa y del vertedor.

está asociado, generalmente, a lacompactación de materiales de granofino como arcillas y limos, los cualestienen permeabilidades sumamentebajas (solo unos pocos mili-darcys omenores) lo que implica que su procesode drenado, sea extremadamente lento;por lo cual es necesario calcular superíodo de asentamiento máximo.

Freeze and Cherry (1988) proponen queen un sistema de acuíferos múltiples convarios pozos de bombeo, la subsidenciatotal, sería la sumatoria de lacompactación de las capas acuíferas yconfinantes. La consideración anteriorimplica, en este caso del P.H. Angostura,la necesidad de calcular la magnitud de lasubsidencia en ambas capas.

Cálculo de subsidencia porcompactación del acuífero

Para determinar la magnitud de lasubsidencia por compactación de lacapa acuífera, se utilizará la relaciónentre la disminución de los nivelespiezométricos de acuíferos confinados yla subsidencia de terrenos, la cual fuedescrita por Lohman (1972). Este autorpropuso, basándose en la ley de Hook,(los cuerpos elásticos pueden cambiarsu dimensión hasta un límite llamadolímite de proporcionalidad), que unaparte de la subsidencia de terrenos,originada por abatimiento de acuíferosconfinados, se da por compactación delacuífero y está en función de la cantidadde agua que sea capaz de ceder elestrato acuífero. Lohman llama a estasubsidencia de tipo elástico, dado queuna recuperación o aumento en losniveles piezométricos se traduce en unarecuperación de los niveles del suelo.

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Lohman propone que:

Donde:

∆m Subsidencia en metros (compactacióndel acuífero) (m)

∆p Disminución de la carga piezométrica(kg/cm2)

S Coeficiente de almacenamiento (-)

λ Peso especifico del agua por unidadde área (kg/cm2)

m Espesor medio del acuífero (m)

n Porosidad del acuífero (-)

β Recíproco del módulo de elasticidaddel agua (cm2/kg)

Los parámetros para el cálculo de lasubsidencia, según las característicasdel acuífero inferior son los siguientes:el nivel piezométrico se abatió enforma intencional de la cota 577,00msnm a la cota 558,00 msnm; estoimplica una reducción de 19 metros enlos niveles potenciométricos de lacarga de los acuíferos. La máximareducción de la presión se da en la bocade los pozos de alivio.

El coeficiente de almacenamiento sedeterminó por medio de pruebas debombeo, con un valor de 0,00058 y laporosidad del acuífero se estimó en un35% (Losilla, 1995). La perforaciónde los pozos de alivio permitió definirque el acuífero no tiene un espesorconstante; en tan solo 90 metros dedistancia en entre un pozo y otro, elespesor varia hasta en 10 metros. Elespesor utilizado para el cálculo desubsidencia fue el de mayor magnitudencontrado en la perforación de lospozos, este es de 28,6 m.

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El parámetro hidrogeológico medianteel cual es posible conocer el volumenque son capaces de ceder las capasacuíferas y confinantes ante unavariación de la carga hidráulica, seconoce como coeficiente dealmacenamiento.

La determinación del coeficiente dealmacenamiento se realizará utilizandoel postulado establecido por Lohman(1972), donde:

El valor del peso específico del agua es de0,1 kg/cm2m y el valor del recíproco delmódulo de elasticidad del agua es de4,7x10-5 cm2/kg. Por lo tanto, la fórmulaqueda de la siguiente forma:

∆m Subsidencia en metros

∆p=1,9 Disminución de lacarga piezométrica

S=5,8x10-4 Coeficiente dealmacenamiento

λ=0,1 Peso específico delagua por unidad de área

m=28,6 Espesor del acuífero enmetros

n=35% Porosidad del acuífero

β=4,7x10-5 Recíproco del módulode elasticidad del agua

Dando como resultado una posiblesubsidencia de 0,01 m en el área demayor descompresión del acuífero.

Cálculo de subsidencia porcompactación del acuitardo

Estando una parte del volumen desubsidencia en función del fluidoremovido de las capas confinantes, ysiendo estas como lo establece Jacob,las capas que a partir de su compresión,son las mayores aportadoras de fluidoen los acuíferos confinados, es deesperar que las mayores magnitudes desubsidencia se den por el aporte defluido de estas capas (Domenico &Schwartz, 1997).

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Donde

s= Coeficiente de almacenamiento de lacapa confinante

m= Espesor medio del acuítardo (m)

n= Porosidad del acuitardo (-)

λ= Peso específico del agua por unidadde área N/m3

β= Recíproco del módulo de elasticidaddel agua (m2/n)

Es=Módulo de elasticidad del acuitardo(kg/cm2)

Los estudios geotécnicos clasificaron lacapa confinante como un tipo de suelode clasificación ML (Avilés &Kauffman, 1995). La porosidad para estetipo de suelos es de 38% y laconductividad hidráulica estimada es de5,7 x 10-7 cm/s. El módulo de elasticidadde la capa confinante se determinó enlaboratorio con un valor de 5300 kg/cm2

(Laporte, 1997). El espesor medio delacuitardo en el área del cuenco vertedores de 25 metros y los valores delrecíproco del módulo de elasticidad delagua es de 4,80 x-10 m2/N.

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γ β 1

descenso fue de 9 metros, la cota paso de564,00 msnm, a la cota 551,00 msnmpara un descenso de 14,00 metros. Elespesor del acuítardo se había definidoen 25,00 metros

De esta manera, la fórmula es:

Donde:

Volumen de fluido removido, igualal volumen de subsidencia.

Coeficiente de almacenamientoespecífico de acuitardo 2,07x10-5

Espesor de capa confinante 25 m

Reducción de nivel piezométrico enacuífero I: 14 m

Reducción de nivel piezométrico enacuífero II: 19 metros

Ello da como resultado una posiblesubsidencia de suelos de una magnitudde 0,0085 m por cambio de volumen enel acuitardo. Habiendo estimado lasubsidencia por descompresión delacuitardo, en 0,01 m y la subsidencia pordescompresión de la capa confinante en0,0085 m, es de esperar que lasubsidencia total para la zona demayores abatimientos sea de 0,019 m.

Control de la superficie delterreno en el área de estudio

Según lo establecen Domenico ySchwartz (1997), comprobar el desarrollode un proceso de subsidencia de suelosolo es posible gracias a un controltopográfico continuo de nivelación dealta precisión. Por lo tanto, los controlestopográficos de nivelación, en diferentesépocas, son la herramienta fundamentalpara poder determinar el comportamiento

Quedando la fórmula de la siguienteforma:

Dando como resultado un coeficiente dealmacenamiento de 5,16 E–4 y uncoeficiente de almacenamientoespecífico del acuitardo de 2,07 E - 5.

Teniendo el valor del coeficiente dealmacenamiento, se puede proceder acalcular la magnitud de la subsidenciaque se dará por aporte de agua delacuitardo. Domenico and Schwarts(1997) establecen que para un sistema deacuíferos múltiples de tipo confinado, lasubsidencia que se producirá porcompactación de la capa confinanteante una reducción de los nivelespiezométricos en ambos acuíferos esigual a:

Donde

q= Volumen de fluido removido,igual al volumen de subsidencia

Ss= Coeficiente de almacenamientoespecífico de acuitardo

H= Espesor de capa confinante (m)

∆h1= Reducción de nivel piezométricoen acuífero 1 (m)

∆h2= Reducción de nivel piezométricoen acuífero 2 (m)

Las descensos en los nivelespiezométricos, por el abatimientointencional fueron, en el acuíferoinferior, de 19 metros, el nivel paso dela cota, 577,00 msnm a la cota 558,00msnm y para el acuífero intermedio el

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Dado que durante el período de lasexcavaciones y la construcción, varios delos monumentos fueron destruidosaccidentalmente, los controles sereiniciaron en noviembre del 2000,utilizando únicamente siete monumentosexistentes (cuadro 1).

De los datos obtenidos a través de lasnivelaciones de tipo diferencial, seinterpreta que el área del vertedor sufrióun proceso de levantamiento hastamediados de 1998, cuyas mayoresmagnitudes fueron del orden de los 12mm, este proceso finalizó cuando seinició la construcción del vertedor y esteentra en operación. La carga que ejercióla estructura colocada, sumado al pesodel agua que el vertedor puede conteneral entrar en operación, sustituyeron almaterial extraído durante lasexcavaciones, lo cual da origen a unproceso de asentamiento que llevó elárea a su posición original (Fig. 4).

El fenómeno puede tener su origen enque el estado de equilibrio de losdiferentes estratos del área esmodificado por la eliminación de unvolumen considerable de material. Laeliminación de las capas superiores porla excavación sometió la zona a unacarga inferior a la presión a la cual seconsolidó totalmente, teniendo quealcanzar un nuevo estado de equilibriopor la diferencia de esfuerzos. En lazona del vertedor fueron retirados unmillón trescientos treinta y dos milsetecientos cuarenta y dos metroscúbicos de material (ICE, 1997).

La tendencia posterior de asentamientopuede estar relacionada con lacolocación de la estructura del vertedor,que sustituye el material extraído,iniciándose un nuevo proceso deequiparación de esfuerzos. Dado que elinicio del abatimiento de los acuíferoscoincidió con el comienzo de lasexcavaciones, la subsidencia, que segúnlos cálculos teóricos debió de alcanzar

evolutivo de la superficie del suelo y, porlo tanto, la existencia de asentamientos.

Dado que con anterioridad al iniciode los movimientos de tierra y a laperforación de los pozos de alivio, seadvirtió de la posibilidad de que se dieraalgún grado de subsidencia (Losilla,1995), se implementaron en el área delvertedor, desde 1995, tres sistemas demonitoreo para determinar cambios enla superficie del terreno y verificar laestabilidad de los taludes de lasexcavaciones.

Los controles consistieron en losmonitoreos altimétricos de bancos denivel en el área circundante al cuencovertedor, el monitoreo planimétrico demonumentos de control en alrededoresdel cuenco vertedor y el monitoreo debancos de nivel profundo en el área delcuenco.

Control altimétrico de bancos de nivel

Los controles por nivelación topográficade alta precisión se iniciaron a finales de1995, justo en los inicios de la excavaciónde la fundación. Para esa época seimplementaron 24 puntos de controldistribuidos en los alrededores delvertedor, que tenían como finalidadverificar la estabilidad de los taludes de lasexcavaciones y monitorear los posiblesasentamientos que se presentaran en elárea. La ubicación de estos puntos decontrol se aprecia en la figura 3.

Desde noviembre de 1995 y hastaagosto de 1998, las nivelaciones y loscontroles de la superficie del terreno lasefectuó el área de topografía delproyecto. Los controles se suspendieronen 1998 cuando se finalizaron lasexcavaciones y se inicia el procesoconstructivo del vertedor principal. Loscontroles se reinician en el año 2000como parte de los procesos de controlde estructuras del proyecto.

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407

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406

00

los del control vertical. Las precisionesalcanzadas en estos controles permitenasegurar los desplazamientos en el ordendel milímetro.

El cuadro 2 muestra la comparación decoordenadas en la red planimétrica y lasdiferencias entre las distintas épocas enque se realizaron las lecturas. Estoscontroles, al igual que los de monitoreovertical, se suspendieron en 1998cuando la construcción de las paredesdel vertedor limitó las visuales entre lospuntos de control, perdiéndose laestabilidad y rigidez de las poligonales.

El análisis comparativo entre los controlesrealizados en 1995 y 1998 muestra que lasmárgenes de la excavación principaltenían una tendencia de desplazamientoen dirección opuesta a la excavación, conmagnitudes del orden de los 9,8milímetros. La figura 3 muestra el vectorde desplazamiento resultante de lasdiferencias de la base medida en 1995,contra la última medición realizada en1998. En ella se puede apreciar como losmonumentos ubicados en la margenizquierda de la excavación presentaron unvector de desplazamiento con direcciónnoroeste y sureste. Por su parte, losmonumentos de control ubicados en lamargen derecha presentaron undesplazamiento con dirección noreste ensu mayoría. Esta tendencia es coincidentecon el proceso de levantamiento que seregistró hasta mediados de 1998. De loque se concluye que la zona se levantó enel orden de los 8 milímetros en promedioy que los taludes de las excavaciones setrasladaron en dirección opuesta a estas,en el orden de los 7 milímetros enpromedio hasta 1998.

Las elipses en cada uno de losmonumentos de control se denominanelipses de confianza y se obtienenutilizando métodos de ajuste deavanzados (Fig. 3). Estas elipsesindicarán la validez o no de la magnituddel vector resultante; es decir, que aquel

magnitudes de hasta 18 milímetros, seenmascara en el proceso de expansiónque sufre el área producto de lasexcavaciones.

No es sino hasta mediados de 1999,posterior a que el área alcanza la cota deelevación que tenía en 1995, que lasnivelaciones indican un proceso desubsidencia, con magnitudes de hasta 21milímetros. Las magnitudes de loshundimientos registrados por lasnivelaciones son similares a los obtenidoscuando se calcula en forma teórica lasubsidencia máxima que se puede dar enel área. Los controles topográficosregistrados en años posteriores, 2000 y2001, indican que la zona que aloja elvertedor permanece estable.

Control planimétrico del área del vertedor

Con la finalidad primordial demonitorear la estabilidad de los taludesde la excavación, se implementó enconjunto con el control altimétrico, uncontrol de desplazamientos en el planohorizontal (coordenadas lambert norte yoeste) de los monumentos, tambiénutilizados en el control altimétrico. Lasfechas de los controles coinciden con

67Vol. 17 Nº 1

Feb-96

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Puntos de controlRCV?-S

Mar-98 Ago-98 Nov-00 May-01 Dic-01Nov-95

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-20

-25

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Figura 4Asentamiento en el área del cuenco vertedor.

68 Vol. 17 Nº 1

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-1-2

3

perforación o pozo, construidoespecíficamente con esa finalidad. Elanclaje está sujeto a un cable, el cual nodebe tener contacto con la pared de laperforación. En el extremo opuesto delcable, en la superficie del terreno, secoloca un contrapeso que mantiene elcable bajo tensión. Al cable o alcontrapeso se le coloca un sistema decontrol, que permite medir losestiramientos o acortamientos quepresente este con respecto a una lecturainicial. Estas diferencias en la longitudmedida representarían las magnitudes deasentamientos o expansiones que se danentre el fondo de la perforación y lasuperficie del terreno. Los controles debancos de nivel profundo se utilizan enel proyecto desde el mes de octubre de1996. En la actualidad, se cuenta concinco años de registros continuos deestos aparatos.

La figura 5 muestra el gráfico con latendencia de las lecturas efectuadas en 4de los seis instrumentos colocadosinicialmente. En el gráfico, un valor consigno positivo indicaría un acortamientodel cable, lo que se traduciría en unproceso de consolidación o acortamientode las capas ubicadas entre la superficiey la profundidad del anclaje. Por elcontrario, un valor con signo negativoindica un alargamiento del cable, lo cualse traduciría en una separación oexpansión de las capas entre lasuperficie y el anclaje.

De la información de los datosrepresentados se interpreta que desde elprimer trimestre de 1997 y hasta febrerode 1998, los instrumentos registraronuna tendencia de expansión, de losestratos monitoreados del orden de los9,5 milímetros. Este período coincidecon la finalización de las excavaciones einicio del proceso de construcción delvertedor.

A partir de los primeros meses de 2000los datos indican que se inicia una

vector que quede dentro del ámbito dela elipse tendría que ser descartadocomo dato no válido. Por el contrario,todo vector que sobrepase los límites dela elipse, es una magnitud porconsiderar como válida.

Control de bancos de nivelprofundo

Un tercer mecanismo utilizado paraverificar la ocurrencia de asentamientosen el área del vertedor fue la utilizaciónde bancos de nivel profundo.

Inicialmente, se construyeron 6instrumentos de este tipo en losalrededores del área del vertedor y de lapresa. En la actualidad se controlanúnicamente 4, dado que dos salieron deoperación durante el procesoconstructivo. Los bancos de nivelprofundo consisten en un instrumentoque permite medir la magnitud de lacompactación o expansión de suelosocurrida entre la superficie del terreno yuna profundidad específica.

El sistema consiste en un anclaje o pesoque se coloca en el fondo de una

69Vol. 17 Nº 1

Figura 5Lecturas en los bancos de nivel en el área del cuenco.

caudales de aporte de los pozosconstruidos del orden de los 190 y 200L/s.

De acuerdo con el análisis teórico, laposible subsidencia que ocurriría en elárea del cuenco vertedor pordescompresión de la capa acuífera seestimó en 10,1 milímetros. Lasubsidencia por aporte o descompresiónde los acuitardos se estima en 8,5milímetros; dando como resultado unasubsidencia total del orden de los 18,6milímetros en el área de mayordescompresión y crítica del proyecto.

Los controles de nivelación topográficade la superficie del terreno indicaron queel área del vertedor sufrió un proceso delevantamiento, cuyas mayoresmagnitudes fueron del orden de los 12milímetros; este proceso se dio desde1995 hasta 1998, fecha en que serealizaron las excavaciones que alojaríanlas estructuras principales. A partir de1998, la zona presentó una tendencia deasentamiento.

Los controles realizados a partir de losbancos de nivel profundo indican que parafinales de 1998 los estratos monitoreados,registraron una expansión relativa de 9,9milímetros y una contracción del orden delos 12 milímetros en los primeros mesesde año 2001. Estas fechas coinciden conlas tendencias, de levantamiento yasentamiento, registradas por loscontroles planimétricos y de nivelación,del área.

Dado que el inicio del abatimiento de losacuíferos se dio en los primeros mesesde 1995 y que este proceso se da enconjunto con el comienzo de lasexcavaciones, la subsidencia que debióde manifestarse en esa oportunidad, conmagnitudes de 18,6 milímetros segúnlos cálculos teóricos, se enmascara en laexpansión que sufre el área producto delretiro de grandes cantidades de materialcomo resultado de las excavaciones.

tendencia de contracción de las capasmonitoreadas; lamentablemente, losinstrumentos no se midieron desdefebrero de 2000 hasta marzo de 2001,período en el que se da el llenado delembalse, del túnel y la entrada enoperación de proyecto. Las lecturasefectuadas en los meses siguientes (abril2001) sugieren una tendencia decontracción de los estratos en su etapafinal. Estos comportamientos soncoincidentes con fenómenos delevantamiento y asentamiento registradospor los monitoreos topográficos.

Lamentablemente, no fue posibleencontrar el diseño de armado de losbancos de nivel profundo; por lo tanto,la referencia de profundidad deubicación de los anclajes no se conoce.Tampoco se establecieron controlestopográficos a nivel de superficie delbanco de nivel profundo. Por lo anterior,los datos obtenidos con estosinstrumentos son únicamente relativos yno se pudo establecer cuáles capas estándirectamente involucradas en losprocesos registrados.

Conclusiones

Al igual que los procesos desobreexplotación de acuíferos, losabatimientos intencionales de los acuíferospueden modificar sustancialmente lossistemas hidrogeológicos y dar pie a laaparición de fenómenos colaterales como lasubsidencia de suelos, poniendo en riesgoestructuras y edificaciones circundantes.

El área de estudio cuenta con un sistemade acuíferos múltiples, integrado porcuatro unidades. El de mayor extensióny espesor, denominado acuíferoinferior, se ubica en el sector delembalse y cubre un área de 8,5 km2 ytiene como límite norte el río Tuis.

El abatimiento intencional de los nivelespiezométricos, por medio de pozosredujo las cargas en más de 19 m.c.apara el acuífero inferior y produjo

70 Vol. 17 Nº 1

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La tendencia de expansión que registróel área con magnitudes de hasta 12milímetros se detiene en 1998, como loevidencian los controles de nivelación,cuando se finaliza la construcción delvertedor y este entra en operación. Elpeso de la estructura del vertedor,sumado al peso del agua que este puedacontener, al iniciar su funcionamiento,sustituyen el material retirado, dandoorigen a un proceso de consolidaciónque llevan el área a su posición original.A partir de este momento, en el año de1999, la estructura inicia un proceso desubsidencia, con magnitudes de hasta 21milímetros, que finaliza en los últimosmeses del año 2000, período a partir delcual el área se mantiene estable.

Las magnitudes de la subsidenciacalculada por métodos teóricos de 18milímetros y la registrada en el sitio apartir de los controles altimétricos conmagnitudes de 21 milímetros, son muysimilares y no representan un factor deriesgo para la estructura del vertedorprincipal.

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