fundación, preparación y limpieza de presas de terraplén y hormigón
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Contents17. FUNDACIÓN, PREPARACIÓN Y LIMPIEZA DE PRESAS DE TERRAPLÉN Y HORMIGÓN.......................5
17.1 REQUISITOS GENERALES................................................................................................................5
17.1.1 Presas de Terraplén.................................................................................................................5
17.1.2 Presas de Hormigón................................................................................................................7
17.1.3 Definición de los requisitos de la Fundación en condiciones geotécnicas...............................9
17.2 FUNDACIÓN GENERAL DE PREPARACIÓN PARA PRESAS DEL TERRAPLÉN......................................9
17.2.1 Fundación General bajo relleno de tierra..............................................................................10
17.2.1.1 Fundación de Roca.........................................................................................................10
Retirar la capa vegetal y la debilidad del suelo compresible. En la mayoría de los casos esto implicará la remoción de suelos coluviales y roca, incluyendo rocas, para exponer una Fundación de roca en situ que puede ser extremadamente resistente, resistencia variable o, en algunos casos, fresco (protegida de la intemperie)...................................................................................10
Donde hay costuras débiles desfavorablemente orientadas en la roca, por ejemplo del lecho de cizallas superficial o superficies de deslizamiento de ruptura, éstos influirán en estabilidad y deben ser eliminado o el diseño modificado para acomodarlos a ellos;.................10
17.2.1.2 Fundación de Suelo........................................................................................................10
17.2.2 Fundación General bajo escollera (enrocado).......................................................................11
17.2.3 Fundación General debajo del filtro de drenajes horizontales..............................................11
17.3 FUNDACIÓN DE CORTE PARA PRESAS DEL TERRAPLÉN................................................................12
17.3.1 Los objetivos generales.........................................................................................................12
17.3.2 Corte en roca.........................................................................................................................13
17.3.3 Corte en Suelo.......................................................................................................................21
17.4 ANCHURA Y PENDIENTES DE TALUD PARA CORTES EN PRESAS DEL TERRAPLÉN.........................21
17.4.1 Ancho de Corte “W”..............................................................................................................22
17.4.2 Pendiente del Talud...............................................................................................................23
17.4.3 Replanteo..............................................................................................................................23
17.5 Selección de criterios de corte de Fundación para las presas de terraplén..................................24
17.6 MODIFICACIÓN DE PENDIENTE Y TRATAMIENTO DE COSTURA PARA LAS PRESAS DEL TERRAPLÉN...........................................................................................................................................25
17.6.1 Modificación pendiente........................................................................................................25
17.6.2 Tratamiento de grietas..........................................................................................................30
17.6.3 Cemento dental aplicado neumáticamente, mortero y lechada aguanieve..........................30
17.7 EVALUACIÓN DE PRESAS DE TERRAPLÉN EXISTENTES..................................................................33
2
17.8 PREPARACIÓN DE LA FUNDACIÓN DE PRESAS HORMIGON EN GRAVEDAD SOBRE SIMIENTOS DE PIEDRA.................................................................................................................................................34
17.8.1 Requisitos Generales.............................................................................................................34
17.8.1.1 Fuerza de la Fundación...................................................................................................34
17.8.1.2 Módulo de Fundación.....................................................................................................34
17.8.1.3 Erosionabilidad y elevación de la presión.......................................................................35
17.8.2 Excavación para exponer una fundación de roca adecuada..................................................35
17.8.3 Tratamiento de características particulares..........................................................................37
17.8.3.1 Tratamiento dental de características débiles/compresible aceptables localizadas y extendidas en roca de Fundación.................................................................................................37
17.8.3.2 Rocas encontradas que contenían defectos débiles que proporcionan superficies de falla cinemáticamente posibles....................................................................................................39
17.8.4 Tratamiento en sitios formados por rocas altamente estresadas.........................................43
18. FUNDACIONES DE MAMPOSTERIA................................................................................................47
18.1 CONCEPTOS GENERALES DE REJUNTADO cimentaciones de presas............................................47
18.2 DISEÑO DE LECHADA – LECHADA DE CEMENTO...........................................................................50
18.2.1 Puesta en escena de la lechada.............................................................................................50
18.2.2 Los principios de "cierre".......................................................................................................56
18.2.3 Efecto del tamaño de partícula de cemento, viscosidad, separación de la fractura y valor de Lugeon sobre la efectividad de lechada...........................................................................................60
18.2.4 Criterios de cierre recomendados para terraplén y presas de hormigón..............................64
18.2.5 La profundidad y la extensión lateral de la lechada..............................................................66
18.3 ALGUNOS ASPECTOS PRÁCTICOS DE LA LECHADA CON CEMENTO..............................................69
18.3.1 Agujeros de lechada..........................................................................................................69
18.3.2 Las columnas de alimentación...........................................................................................71
18.3.3 Tapas de lechada...............................................................................................................72
18.3.4 Mezcladores de lechada, bombas agitadoras y otros equipos..........................................73
18.3.5 Relaciones de cemento/agua...........................................................................................77
18.3.6 Presiones de lechada.........................................................................................................79
18.3.7 Monitoreo del programa de inyección..............................................................................80
18.3.8 prueba de presión del agua...............................................................................................81
18.3.9 Tipo de cemento................................................................................................................81
18.3.10 Predicción de lechada a utilizar.......................................................................................82
18.3.11 La durabilidad de las cortinas de lechada de cemento....................................................83
18.4 LECHADAS QUÍMICAS EN INGENIERÍA DE LA PRESA.................................................................86
3
18.4.1 Tipos de lechadas químicas y sus propiedades..................................................................86
18.4.2 penetrabilidad lechada en el suelo y la roca......................................................................91
18.4.3 técnica de inyección de cemento......................................................................................94
18.4.4 Aplicaciones a la ingeniería de presas...............................................................................98
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ………………………………………………………………………………………….100
4
17. FUNDACIÓN, PREPARACIÓN Y LIMPIEZA DE PRESAS DE TERRAPLÉN Y HORMIGÓN
17.1 REQUISITOS GENERALES
17.1.1 Presas de Terraplén
El grado de preparación de base que es necesaria para una Presa de terraplén depende de:
Tipo de presa;
Altura de la presa y las consecuencias del fracaso;
Topografía del emplazamiento de la presa;
Erosión, resistencia, permeabilidad, compresibilidad del suelo o de la roca en la
fundación de la presa;
Flujos de aguas subterráneas a las excavaciones;
El clima y las corrientes fluviales.
La preparación de la Fundación para la “Fundación General”, es decir, la Fundación bajo el grueso del
terraplén, es muy diferente a la de la “Fundación de Corte”, es decir, la Fundación bajo la base de
tierras de una presa de tierra y enroscamiento preparada para corte estándar, o el zócalo de una
presa de enrocado de concreto.
Figura 17.1 muestra los términos utilizados en este capítulo.
Los objetivos son:
Fundación general: Para eliminar la resistencia baja y material compresible para
proporcionar una base de resistencia adecuada y compresibilidad para apoyar el terraplén.
En la mayoría de los casos, pero no siempre, la Fundación general será de mayor fuerza que
el terraplén y no dictará la estabilidad del terraplén. En la mayoría de los casos la
permeabilidad no será un factor crítico, materiales susceptibles pueden necesitar ser quitado
5
o tratados,
Fundación de corte: Para quitar el material altamente permeable y erosionable por debajo
del nivel de la base General para proporcionar una base no erosionable de baja
permeabilidad (coherente con el diseño de filtros y drenajes en la Fundación). En muchos
casos, por ejemplo en fundaciones o cimientos de roca del suelo que son permeables a gran
profundidad, una fundación de corte no erosionable de baja permeabilidad no se puede
lograr económicamente solo por la excavación y se requieren otras medidas de diseño. Estos
se discuten en el capítulo 10.
Figura 17.1. Los términos utilizados para la preparación de bases para las presas de terraplén
(a) Relleno con drenajes verticales y horizontales, (b) la tierra y enrocamiento (c) escollera de
cara de concreto.
6
17.1.2 Presas de Hormigón
El grado de preparación de base para una presa de hormigón depende de:
Tipo de presa (gravedad, arco, contrafuertes);
Altura de la presa y las consecuencias del fracaso;
Topografía del emplazamiento de la presa;
Las cargas impuestas a la fundación, y la fuerza y la capacidad de compresión del
suelo o roca en cimentaciones de presas, lo que permite la estructura geológica
detallada, incluyendo ropa de cama, de unión, y la presencia de tijeras y fallas;
Erosión y la permeabilidad del suelo o de la roca de la fundación de la presa;
Flujos de aguas subterráneas a las excavaciones;
El clima y las corrientes fluviales.
La figura 17.2 muestra tres modalidades de preparación fundación de presas de gravedad de
hormigón. Figura 17.2: (a) muestra la disposición convencional, en donde la base es todo llevado a un
requisito uniforme; (b) muestra el caso en el que existe un defecto de baja resistencia en la roca (por
ejemplo, la superficie de ropa de cama de baja resistencia) y la base se toma a continuación el
defecto; (c) muestra una base donde "claves" se han utilizado para tomar la superficie de fallo crítico
más profundo en la base. "Claves" o puntos de corte pueden ser necesarios para evitar la
subvaloración de la puntera abajo por el flujo del aliviadero.
En cada caso A-B está preparado para la Fundación de la presa de hormigón estándar (A-B' si es
necesario el concreto adicional en la figura 17.2(b)). A nivel menor puede aplicar bajo los tanques de
reposo o entre las teclas en la figura 17.2 (c).
Agujeros de lechada y los agujeros de drenaje normalmente se proporcionan como se muestra en las
figuras 17.2 (a) y (b) para controlar las presiones de levantamiento por debajo de la presa. Para los
más pequeños diques contacto desagües, tal como se muestra en la figura 17.2 (c) se han
utilizado. Estos drenajes son ineficaces, salvo posiblemente en el contacto cimentación como se
discute en el capítulo 16.
7
Figura 17.2 Preparativos de Fundación de hormigón gravedad presas (a) arreglo convencional de presa sobre cimientos de piedra; (b) de la presa sobre cimientos de piedra con defecto de baja
resistencia en Fundación; (c) de la presa con "llaves".
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En términos generales, después del tratamiento normal mediante mampostería y el drenaje, los
cimientos de roca deben:
Tener la resistencia adecuada, módulo de rigidez y durabilidad para soportar las cargas de
presas, sin deformaciones o asentamientos excesivos, bajo condiciones vacías, completas y
todas las condiciones de funcionamiento;
Tener resistencia a la cizalladura suficiente para proporcionar un factor de seguridad
adecuado contra aguas abajo de deslizamiento bajo todas las condiciones de
funcionamiento;
Ser suficientemente impermeable y no erosionables para evitar fugas excesivas debajo de la
presa;
Para presas con aliviaderos de asalto, o sujetas a desbordamiento durante las inundaciones
extremas, capaz de soportar el impacto de los desbordamientos de las inundaciones y cerca
de la punta, sin erosión, que podrían poner en peligro la presa.
Para presas de gravedad de hormigón fundadas en suelo (como muchas presas más pequeñas y
"presas"), los requisitos son esencialmente los mismos que para las rocas, pero las bases son más
débiles y más compresible que a roca, y son erosionables, por lo que el diseño debe tener en
cuenta esto.
17.1.3 Definición de los requisitos de la Fundación en
condiciones geotécnicas
En todos los casos, es importante definir los requisitos en términos geotécnicos que se pueden
identificar en el campo durante la construcción. Esto se discute en las secciones 17.5 y 17.8.
Es probable que en la mayoría de los casos la excavación proceda por etapas, con la suficiente
limpieza a fondo para identificar si se han cumplido los requisitos geotécnicos.
17.2 FUNDACIÓN GENERAL DE PREPARACIÓN PARA
PRESAS DEL TERRAPLÉN
A continuación se describen los requisitos para la preparación de bases generales para las presas del
terraplén.
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17.2.1 Fundación General bajo relleno de tierra
17.2.1.1 Fundación de Roca
Retirar la capa vegetal y la debilidad del suelo compresible. En la mayoría de los
casos esto implicará la remoción de suelos coluviales y roca, incluyendo rocas, para
exponer una Fundación de roca en situ que puede ser extremadamente resistente,
resistencia variable o, en algunos casos, fresco (protegida de la intemperie).
Donde hay costuras débiles desfavorablemente orientadas en la roca, por ejemplo
del lecho de cizallas superficial o superficies de deslizamiento de ruptura, éstos
influirán en estabilidad y deben ser eliminado o el diseño modificado para
acomodarlos a ellos;
Modificación de la pendiente puede ser necesario, como se describe en la Sección
17.6,
La superficie debe estar limpia de tierra suelta y roca antes de colocar tierras, por ejemplo con una
motoniveladora, retroexcavadora o miniexcavadora. Limpieza intensiva generalmente no se
requiere. Pueden ser deseables humedecer la superficie antes de colocar tierras para mantener la
humedad adecuada en para la compactación y tratar las juntas abiertas para evitar la erosión del
suelo en la articulación.
17.2.1.2 Fundación de Suelo
Retire la capa superior del suelo y el suelo compresible débil consistente con la hipótesis
formulada para estabilidad y análisis de establecimiento y diseño;
Donde los suelos se agrietan, o que tengan superficies de ruptura (diapositiva) y
deslizamientos presentes, éstos influirán en estabilidad y deben ser eliminados, o el diseño
modificado para adaptarse a ellos;
Modificación de la pendiente puede ser necesario, como se describe en la Sección 17.6;
La superficie puede ser puesta a prueba rodado con un tambor de acero o rodillo
compactador de pie para ayudar en la localización del suelo débil y compresible;
La superficie debe estar limpia de tierra suelta y roca antes de la colocación de tierras, por
ejemplo con una motoniveladora, retroexcavadora o miniexcavadora. Limpieza intensiva
generalmente no se requiere.
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Puede ser deseable escarificar y humedecer la superficie antes de colocar la primera capa de tierra
para ayudar en la "unión" del terraplén a la fundación.
17.2.2 Fundación General bajo escollera (enrocado)
Las Escolleras generalmente serán sustentadas por una base de roca (o por un filtro horizontal de
drenaje, en cuyo caso consulte la sección 17.2.3):
Retirar capa vegetal, el suelo y roca erosionada que tiene una fuerza inferior a la
escollera. . En la mayoría de los casos esto implicará exponer claramente la roca erosionada
que es muy débil. Donde hay costuras débiles desfavorablemente orientadas en la roca, por
ejemplo del lecho superficial tijeras o deslizamiento de ruptura, éstos influirán en la
estabilidad y deben ser eliminado o el diseño modificado para adaptarse a ellos;
Es poco probable que se requerirá modificación pendiente bajo escollera aparte
sobresaliendo de los acantilados siendo tratados por quitar la roca saliente, o llenando la
reentrada por debajo de la proyección de hormigón;
Debe limpiarse la superficie de tierra suelta y rocas con una excavadora, motoniveladora,
retroexcavadora o mini excavadora suficiente para garantizar que la escollera se apoya sobre
la base de la roca. No se requiere una limpieza intensiva y si hay roca sueltas de buena
calidad puede dejarse en su lugar.
Si hay grandes, costuras erosionables en la roca, orientados que son propensos a portar agua de
infiltración del almacenamiento, puede ser necesario cubrir con hormigón, hormigón proyectado
bajo la escollera aguas arriba, o preferiblemente mediante una capa de filtro bajo la escollera
aguas abajo. Wallace y Hilton (1972) describen que el relleno de costuras compresibles mayor
que 0,3 m de ancho con material de filtro de Zona 2B a una profundidad de hasta 0,9 m. En la
mayoría de los casos esto no será necesario a menos que las costuras son lo suficientemente
amplia como para afectar a la estabilidad o suponer un riesgo de erosión.
17.2.3 Fundación General debajo del filtro de drenajes horizontales
Filtro Horizontal de drenaje en general sólo se exigirá si la fundación es el suelo o roca erosionable:
Retire la capa superior del suelo y el suelo compresible débil consistente con la hipótesis
formulada por estabilidad, asentamiento y tamaño de partícula utilizada para el diseño del
filtro;
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Donde suelo o roca en la Fundación es agrietada o tiene superficies de deslizamiento ruptura
(diapositiva) o tijeras superficiales del lecho desfavorablemente orientado están presentes,
éstos influirán en estabilidad, deben ser eliminado o el diseño modificado para adaptarse a
ellos;
Modificación de la pendiente no debe ser necesario, excepto para eliminar salientes. Sin
embargo, si tierra se va a colocar en la parte superior del filtro de desagüe, pueden ser
necesarias modificaciones de pendiente como se describe en la Sección 17.6;
La superficie no debe ser rodada antes de colocar el filtro. Se destruye la estructura del suelo
y reduce la permeabilidad, lo que hace más difícil que las filtraciones de agua fluyan en el
filtro de drenaje. Es deseable para la filtración de la Fundación fluir en el desagüe de filtro
para que la erosión está controlada, en lugar de ser forzado a emerger aguas abajo de la
punta del pie del terraplén de una manera incontrolada. Este es un tema importante, a
menudo no bien apreciado por el personal de la construcción, e incluso algunos ingenieros
de presas;
En roca de baja resistencia y en el suelo, el tráfico con equipos de movimiento de tierra
continuamente rompe la superficie, que requiere limpieza final con una excavadora o
retroexcavadora trabajando lejos de la zona limpiada. Esto es especialmente un problema
con rocas de esquistos, filitas y residuos similares fisionables que se descomponen muy
fácilmente debajo del equipo. Una vez limpio, el filtro debe ser descargado en la superficie y
la propagación limpiado sobre la superficie sin el tráfico de equipos directamente sobre la
base;
Inmediatamente antes de colocar el material de filtro, la superficie debe estar limpia de
tierra y roca seca y húmeda suelta. Esto puede requerir un intenso trabajo con equipos de luz
y métodos manuales. Limpieza final debe incluir un chorro de aire o aire-agua para "soplar"
lejos el material suelto. En muchos casos, un chorro de aire-agua será demasiado grave y
causa la erosión.
12
17.3 FUNDACIÓN DE CORTE PARA PRESAS DEL
TERRAPLÉN
17.3.1 Los objetivos generales
A continuación se describen los requisitos para la excavación por debajo del nivel básico general para
lograr una base de corte adecuado. Debe tenerse en cuenta que cada caso será determinado por sus
propios méritos y, a menudo, habrá un equilibrio entre lo siguiente:
El deseo de lograr una base baja permeabilidad;
La profundidad y por lo tanto, volumen y costo de excavación necesaria para lograr un punto
de corte;
El grado de mampostería prevista en la Fundación debajo del corte;
La protección de aguas abajo para controlar la erosión de la Fundación, por ejemplo los
filtros sobre la superficie de la Fundación.
Niveles freáticos altos, por ejemplo, en suelos aluviales, pueden determinar la profundidad práctica a
la que se puede tomar un punto de corte, ya que la deshidratación es generalmente costosa. Las
directrices que figuran a continuación, por lo tanto, están señalando los requisitos "deseables" en
lugar de lo que puede ser posible en algunos casos.
También debe tenerse en cuenta que muchas de las características descritas a continuación no se
pueden identificar fácilmente en la base de la excavación de corte, pero son evidentes en los lados
de la excavación. Por lo tanto es normal que se requiere excavación progresiva y limpieza, con una
profundidad de corte mínimo de alrededor de 0,5 m por debajo del nivel de excavación en general
para confirmar que se han cumplido los requisitos.
Habiendo definido la base de corte, el objetivo aún más cuando la colocación del relleno de tierra es
para asegurar una baja permeabilidad al contacto entre el relleno y la fundación. Esto se hace por:
Modificar la forma de la superficie de Fundación para proporcionar una superficie adecuada
para la compactación del relleno de tierra (sección de 17,6);
Uso de equipo de compactación que facilita la compactación pero no daña la Fundación
(sección 14.2);
Con suelos más deformables, menos erosionables adyacentes al contacto - es decir, con
suelos de plasticidad superior puestos húmedos con el contenido óptimo de agua (Sección
14.2);
13
Llenado costuras erosionables o articulaciones abiertas en la roca antes de colocar el
material de núcleo (Sección 17.6),
17.3.2 Corte en roca
Retire la roca con juntas abiertas y otras fracturas que de lo contrario conduciría a una
estructura altamente permeable. En muchos casos, esto resultara en una base que tiene una
permeabilidad generalmente menor que dicen 15 Lugeons. Para grandes presas de alto
riesgo sería normal aspirar a una fundación con una permeabilidad generalmente menor de
7 Lugeons. Sin embargo, se hizo hincapié en que esto no sea posible, en muchas situaciones
y rocas de permeabilidad superiores se queden en las bases.
Retire roca con juntas rellenas de arcilla, raíces, etc, que pueden erosionar bajo flujos de
filtración para producir una roca alta permeable. Esto es particularmente importante cuando
la arcilla se ha transportado en las articulaciones y/o esta dispersa, ya que esto indica su
probable erosionabilidad.
Llevar a cabo la modificación y manejo de laderas, como se describe en la Sección 17.6.
Donde la roca expuesta es susceptible a saciando por humedecimiento y secado (ejmp.
muchas pizarras) o avería bajo tráfico, debe ser cubierta con una lechada de cemento y arena
(espesor generalmente < 10 mm a 25 mm), neumáticamente aplicar mortero o concreto (de
espesor mínimo de 50 mm y preferiblemente no menos de 150 mm). Generalmente esto se
debe hacer inmediatamente la Fundación está expuesta, pero puede hacerse después de una
segunda limpieza inmediatamente antes de colocar el núcleo de tierra. Si se usa la lechada
de cemento y arena, puede quebrar en el tráfico de equipo de colocación de la tierra y puede
tener que retirar inmediatamente antes de la colocación del relleno de tierra.
Eliminar de la superficie toda la tierra y rocas sueltas, y los residuos de lechada (con equipo
ligero y con un chorro de aire o aire-agua). Limpieza a mano puede ser necesario. La
superficie deberá ser humedecida inmediatamente antes de colocar el relleno de tierra para
mantener el contenido de humedad de tierra.
Si la roca en el piso o los lados de la zanja muestra cortes y/o juntas abiertas u otras
características que permitirían la erosión del relleno de tierra dentro de ellos, debe ser
limpiado el material suelto y cubierto por una lechada de cemento y arena, mortero aplicado
neumáticamente o con hormigón. . Esto es particularmente crítico en el lado aguas abajo de
la zanja de corte. Si sólo hay unas pocas de esas características que podrían ser tratados
dentalmente.
14
Bajo ninguna circunstancia debe la superficie de la Fundación corte ser rodada, incluso si es una
roca erosionada. El Rodamiento sólo perturbará la roca dando lugar a un material de mayor
permeabilidad.
Figuras de 17.3 a 17.8 Muestran la limpieza de la Fundación de corte, tratamiento de las
costuras y juntas abiertas para Dartmouth, Kenyir y presas Blowering.
15
La Figura 17.3. Pilar de la Presa Dartmouth mostrando la limpieza de base de corte, y la construcción de la tapa de la boquilla (Cortesía de la Comisión de la Cuenca Murray-Darling y
Goulburn-Murray Water).
Figura 17.4. Hormigón Dental en la Presa Kenyir (Cortesía de Snowy Montains Engineering Corporation).
16
Figura 17.5. La excavación de las zonas cortadas antes de su llenado con hormigón dental en la base de corte de la Presa Dartmouth (Cortesía de la Comisión de la Cuenca Murray-Darling y
Goulburn-Murray Water).
17
Figura 17.6. Fundación de corte para la Presa Blowering mostrando juntas abiertas siendo tratadas con mortero aplicado neumáticamente, pero no hay tratamiento para otras
articulaciones (Cortesía de Snowy Hydro).
18
Figura 17.7. Aplicación del mortero aplicado neumáticamente sobre costuras en las bases de corte de la Presa Blowering (Cortesía de Snowy Hydro).
19
Figura 17.8. Estribo izquierdo de la presa de Blowering después del tratamiento de la zona de falla grande y resistido la costura (Foto cortesía de Snowy Hydro).
20
17.3.3 Corte en Suelo
Elimine la suciedad de fisuras abiertas, juntas abiertas, raíces, raíz-agujeros, capas
permeables (por ejemplo, arena y grava) y otra estructura permeable (por ejemplo, zonas de
lixiviados en suelos lateríticos);
Retire la tierra dispersas, si es posible;
Realizar modificación pendiente como se describe en la sección 17,6;
Si el suelo en los lados de la zanja de corte muestra capas permeables o características que
permitirían a la erosión del relleno de tierra en ellos, deben recortarse, limpiarse y cubrirse
con una capa de filtro o capas que se diseñan para controlar dicha erosión. Los detalles de tal
tratamiento se muestran en la figura 10.8 en casos extremos puede ser necesario cubrir
también la pendiente con mortero aplicado neumáticamente;
Quite la tierra suelta y seca y otros residuos con equipo ligero, posiblemente con la ayuda de
un chorro de aire. La base del punto de corte debe ser regado dentro de 2% en seco y en 1%
de contenido de humedad óptimo y rodado antes de colocar la primera capa de relleno, para
compactar cualquier suelo aflojado por los trabajos de construcción.
17.4 ANCHURA Y PENDIENTES DE TALUD PARA CORTES
EN PRESAS DEL TERRAPLÉN.
La anchura de la zanja de corte adoptada depende de:
la calidad de la roca o el suelo a nivel de corte de la base;
el tamaño y las consecuencias del fracaso de la presa;
el tipo del terraplén.
No siempre es necesario tratar la totalidad del contacto entre el núcleo de tierras y la Fundación
como "Corte", y sólo una parte de esa área está excavada a los requisitos de la Fundación de corte.
21
Figura 17.9. Detalles de corte trinchera.
Figura 17.9. Muestra a una base central del terraplén de tierra y para esto y otra tierra y terraplenes
de tierra y enrocamiento se dan las siguientes pautas.
17.4.1 Ancho de Corte “W”
Para un punto de corte en la roca, la anchura depende de la calidad de la roca, por ejemplo, para
roca baja permeabilidad no erosionable, W/H puede ser tan baja como 0,25 pero por lo general sería
0,5 o más. Ha habido casos en que se ha utilizado W/H = 0,1. Para enrocado de presas con cara de
concreto W / H «* 0,05 a 0,1 es bastante común (Fitzpatrick et ai., 1985). Para bases de corte de más
roca permeable y erosionable W/H puede ser tomado como la anchura total del núcleo,
normalmente > 0,5 H y hasta 1 H.
Por consecuencia alta grande de fracaso de presas es común a ser conservador y el contacto del
núcleo completo es llevado a condiciones de corte de Fundación independientemente de la
Fundación de roca.
El ancho de corte no debe ser inferior a 3 m, incluso para pequeñas presas (la anchura de los equipos
de excavación y compactación) y preferiblemente de 6 m.
Para un corte en el suelo, es común hacer W/H = 1. La idea es darle un gradiente de filtración para las
condiciones más erosionables.
Se insiste en que, si la profundidad a un corte aceptable es excesiva, estas directrices pueden no
aplicarse, se adoptan otras medidas previstas, por ejemplo, la cortina de varias líneas e inyecciones
de consolidación, muros de corte construidos bajo bentonita y protección contra la erosión en la
base y los lados del el punto de corte.
22
17.4.2 Pendiente del Talud
Las pendientes del talud de la trinchera de corte deben ser:
No más pronunciada que 0.5H: 1V, y preferiblemente 1H: 1V de modo que el relleno de
tierra puede ser compactado contra los lados de la zanja;
Suficientemente plana para evitar efectos arqueadas en la trinchera de corte. A modo de
guía, si h/W> 0.5, las pendientes del talud debe reducirse a 1H: 1V o 1.5H: 1V;
Las pendientes de talud de rebozado se pueden determinar por la estabilidad durante la
construcción, por ejemplo, por juntas en roca, la fuerza del suelo o de la presencia de las
aguas subterráneas. Para el suelo, no sería raro que requieren pendientes de talud entre 1H:
1V y 1.5H: 1V y posiblemente más plana,
17.4.3 Replanteo
Para el ajuste hacia fuera y fines de construcción es deseable posicionar la zanja de corte a una
distancia fija de la línea central de la presa, o por medio de una serie de puntos fijos. La figura 17.10a
muestra el efecto de la colocación de la zanja en el contacto de aguas arriba de la zona 1 y la
fundación. El resultado es una "huella" de la zanja de corte que es curvada y más difícil de construir
que la figura 17.10b que está situado con relación a la línea central.
Figura 17.10. Diseño de trinchera de corte (a) Replanteo incorrecto; (b) Replanteo correcto.
23
El ancho real de la base de la zanja se ajusta mejor como un ancho fijo o anchos y más estrechos
hasta los pilares donde la altura efectiva es menor.
Se debe recordar que la profundidad real de la zanja de corte será determinado por factores
geotécnicos y no se conoce con precisión antes de que el inicio de la construcción. Es necesario
establecer las clavijas talud de la excavación sobre la base de una supuesta profundidad de la
excavación. Es aconsejable ser algo conservador en hacer esto, particularmente si se utiliza una zanja
de anchura mínima (3 m), por lo que no es necesario reiniciar la excavación de la superficie en el caso
de que la profundidad real a la fundación de corte es mayor que el esperado.
17.5 Selección de criterios de corte de Fundación para las presas de terraplénLa selección de los criterios de corte de Fundación para un proyecto dependerá del sitio en particular
y el terraplén en construcción. Los siguientes consejos útiles ayudan en este proceso:
No especifique una profundidad de corte trinchera, es decir, la profundidad por debajo de la
Fundación general. Los requisitos para este corte son geológicos y geotécnico y la
profundidad para alcanzar estos variarán. Es, sin embargo, adecuado para el
ingeniero/ingeniero geológico, es consultar con el diseñador de terraplén, para estimar los
probables profundidades como una guía para el personal de la construcción.
No especifique un grado de meteorización solo como un requisito para lograr una fundación
adecuada. Los requisitos para las fundaciones de corte son esencialmente las de
permeabilidad y erosionabilidad, y un solo grado de meteorización (por ejemplo, roca
ligeramente erosionada) pueden no ser adecuados o pueden ser demasiado conservadora. Si
el grado de meteorización se utiliza como uno de los requisitos, debe estar claramente
definido en los documentos que son los diferentes grados de meteorización.
Planificación y selección de los requisitos de la Fundación de corte deben usar toda
información disponible. Esta información incluye datos del registro de perforación - tipo de
roca, grado de meteorización y registro de cortes, los resultados de las pruebas de presión de
agua de Lugeon, presencia de limonita y juntas de rellenos de arcilla, datos refracción sísmica
y la información de la excavadora de trinchera.
A menudo se encuentra que hay alguna correlación entre estos datos que permita la toma de
decisión lógica, por ejemplo:
24
En el desarrollo de los requisitos generales de excavación del suelo/roca muy erosionada
tendrá baja velocidad sísmica (300-1000 m/seg) y comúnmente coinciden con denegación de
lámina en la trinchera de bulldozer. Por lo tanto el límite bajo capa sísmica puede formar un
medio útil de extrapolación entre "datos duros" en las trincheras y perforaciones.
La base de la roca altamente fracturada, valor de Lugeon alta y moderada, y la velocidad
sísmica medio (por ejemplo, 1400 a 2000 m/seg) a veces coinciden e indican un nivel de
corte razonable. Una vez más los datos sísmicos permite la interpolación alrededor del sitio.
La base de Limonita, manchas en las articulaciones a menudo coincide con la base de la roca
lugeon alta. Si el grado de intemperismo se relaciona con esta coloración también puede
existir una correlación entre el grado de intemperismo y el valor de Lugeon;
Selección de los criterios de corte previstas se hace a veces por colocar el núcleo de la perforación y
el ingeniero de diseño e ingeniero geólogo observar los núcleos, registros y otros datos y seleccionar
el nivel o niveles de corte y los criterios asociados en el acto.
A menudo habrá más de una opción, con un corte "mejor" está disponible en profundidad y un corte
"adecuado" más cercano a la superficie. El corte "adecuado" puede requerir una trinchera de corte
más amplia, más mampostería, un casquillo de lechada, aguas abajo del filtro protección etc., la
necesidad de que tiene que ser compensado contra la menor profundidad.
Igualmente, para las presas en la base del suelo, la profundidad y los criterios de corte a menudo
pueden ser mejor establecidos durante el registro de pozos de sondeo.
Si se utiliza este enfoque, las características geológicas que fueron utilizadas para seleccionar el
límite pueden ser descritas y fácilmente identificadas en el proceso de construcción. El ingeniero
geológico y el ingeniero de diseño, que toman las decisiones de diseño, deben estar presentes
durante la construcción para definir y confirmar esas condiciones en la trinchera de corte.
17.6 MODIFICACIÓN DE PENDIENTE Y TRATAMIENTO DE
COSTURA PARA LAS PRESAS DEL TERRAPLÉN
17.6.1 Modificación pendiente
Se requiere una excavación de cerca las superficies verticales o salientes y/o rellenar con hormigón.
Para la Fundación general:
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Para permitir la compactación del relleno de tierra y evitar las cavidades bajo escollera por
voladizos de roca en el estribo.
Para la Fundación de corte:
Para permitir la compactación de relleno de tierra proporcionar un contacto de baja
permeabilidad entre el relleno y la Fundación;
Para permitir el mantenimiento de la presión positiva del relleno de tierra en el estribo;
Para limitar la formación de grietas en el núcleo de la tierra debido al asentamiento
diferencial sobre grandes discontinuidades en los estribos, por ejemplo, como se muestra en
la figura 17.11.
Figura 17.11. Modificación de la pendiente en la base de corte para reducir el asentamiento diferencial y el agrietamiento del relleno de tierra del núcleo.
Figura 17.12. Modificación de la pendiente y el tratamiento de costura en la base de corte de piedra arenisca y limonita, cerca del lecho horizontal de la costura.
26
Para permitir el relleno de tierra a ser compactado y para mantener la presión positiva sobre los
pilares, las pequeñas superficies de cimentación empinadas escala deben ser aplanados a alrededor
de 0,5H a 1V ya sea por excavación o por relleno con hormigón. Figuras 17.12 y 17.13 muestran
ejemplos de este tipo de tratamiento. Algunas autoridades requieren una pendiente más plana, por
ejemplo, Thomas (1976) y Wallace y Hilton (1972) sugieren el uso de 0,75H:1V. Otros, por ejemplo,
Acker y Jones (1972), aceptan las pendientes más pronunciadas (0,25H:1V). Bureau (1984) sugieren
0,5 H:1V.
La política para la presa Thomson debía guiarse por la persistencia de cualquier pendiente,
particularmente con pendientes dentro de ± 30 ° respecto a la dirección aguas arriba y aguas abajo
para lo cual se buscó una pendiente de 1H:1V. Pendientes significativamente altas se hicieron no más
pronunciada de 0.75 H: 1 V. Los cambios bruscos en el grado cerca de la parte superior de una
pendiente se "completan". Thomson es una presa muy grande y podría aducirse mayormente al
conservadurismo que se justifica en estos casos. Los autores son de la opinión que 1H : 0.5V es
satisfactorio siempre y cuando las tierras se compactan con el contenido óptimo de humedad y con
un equipo sobre ruedas de goma usada para "apretar" en su posición.
En algunos ambientes geológicos estos requisitos para la modificación de la pendiente pueden
necesitar prácticamente la totalidad de la zona de corte sea excavado o cubierto con hormigón, por
ejemplo figura 17.4.
La modificación pendiente a gran escala, tales como la que se muestra en la figura 17.11 para evitar
el asentamiento diferencial y grietas resultantes en el núcleo del relleno de tierra se ha utilizado en
muchas presas.
27
Figura 17.13. Modificación de la pendiente en la fundación de corte para piedra arenisca y limolita interestratificadas, Lecho escarpado sumergido.
Figura 17.14. Presa de Bennett, los requisitos de excavación en pilares básicos típicos {Pratt en, 1972, reproducido con permiso del ASCE).
28
Pratt (1972) describen la modificación pendiente de las presas Mica y Bennett en Canadá. El trabajo
realizado se muestra en la Figura 17.14. Walker Sc Bock (1972) da detalles de los trabajos de
corrección de la pendiente en la presa Blue Mesa (Figura 17.15). En este caso, algunos de los trabajos
de corrección de la pendiente estaban obligados a retirar la roca suelta inestable de los pilares.
Desde que fueron construidos estos proyectos se ha reconocido que puede se puede quebrar el
núcleo de tierras para las presas incluso en condiciones ideales y que la mejor línea de defensa es
proporcionar buenos filtros (ver capítulo 9). De ahí la conveniencia de este tipo de grandes obras de
corrección de la pendiente es menos clara. La evaluación de los autores es que siempre que la
pendiente general es inferior a 0.25H: 1V (preferiblemente 0.5H: 1V) y buenos se ha proporcionado
de buenos filtros, no hay que preocuparse demasiado por la gran modificación de la escala de la
pendiente que se está llevado a cabo en los ejemplos anteriores.
Un enfoque más conservador para la modificación de gran escala podría aplicarse para presas en
zonas de niveles sísmicos severos, donde los movimientos diferenciales y el agrietamiento pueden
ser más probables, para represas muy grandes.
Figura 17.15. Corrección de Fundación pendiente, presa de Blue Mesa (reproducido de Thomas, 1976). Reimpreso con permiso de John Wiley & Sons Inc.
29
17.6.2 Tratamiento de grietas
Es una práctica común para requerir que las grietas de arcilla o roca extremadamente erosionada
que se producen en la base de corte deban ser excavadas y llenas de hormigón. Esto se hace para
evitar la erosión en las grietas, permitiendo así eludir la filtración en el núcleo tierra y filtros.
Thomas (1976) sugiere que la profundidad de excavación y relleno debe ser de 2 a 3 veces el ancho
de la grieta. USBR (1984) recomienda que se deben limpiar las aberturas más estrechas de 50 mm a
una profundidad de tres veces el ancho de la abertura y las grietas de más anchas de 50 mm y hasta
1.5 m deben limpiarse a una profundidad de tres veces el ancho de la abertura o hasta una
profundidad donde la grieta es de 12 mm de ancho o menos, pero no superior a 1,5 m de
profundidad. Wallace y Hilton (1972) indican que para la presa Talbingo todas las grietas más anchas
de 12 mm se excavaron a una profundidad igual a la anchura y se llenan con hormigón, o que el área
estaba cubierto con lechada espesa, mortero aplicado neumáticamente o de hormigón. Este último
enfoque parece más razonable para las costuras estrechas especialmente en áreas donde hay una
serie de uniones estrechas.
Figura 17.16 muestra el tratamiento de grietas adoptada para la presa Kangaroo Creek y la Figura
17.5 el tratamiento que se adoptó para represa de Dartmouth.
Estos ejemplos se pueden utilizar como una guía para la práctica razonable. Los autores prefieren no
desenterrar las grietas, pero para asegurarse de que están adecuadamente cubiertas con concreto u
hormigón proyectado, ya que su naturaleza no va a cambiar con uno o dos anchos y el concreto o el
hormigón proyectado se mantiene en su lugar por el relleno de tierra.
Para las fundaciones con grietas continuas llenas de suelos erosionables o dispersivo y roca, puede
ser necesario un filtro horizontal de desagüe aguas abajo de la base de tierras para permitir la
filtración de la Fundación y emerger en forma controlada.
17.6.3 Cemento dental aplicado neumáticamente, mortero y lechada
aguanieve
Las siguientes recomendaciones sobre la ubicación y la calidad del hormigón dental, mortero
aplicado neumáticamente o cemento y concreto aguanieve se toman de USBR (1984). Son
consistentes con la experiencia de lo que constituye una buena práctica de los autores.
30
Figura 17.16. El tratamiento dental de las grietas débiles en la zapata de cimentación de Kangaroo Creek Dam.
a. Cemento dental. Cemento dental se utiliza para rellenar las irregularidades en la Fundación
debido a las juntas, zonas esquiladas, voladizos o superficies excavadas.
Los bloques de cemento dental deben tener un grosor mínimo de 150 mm. Áreas delgadas
de hormigón dental encima de las protuberancias de roca en una superficie de roca irregular
son lugares probables para agrietamiento del concreto y deben ser evitados mediante el uso
de un espesor de hormigón dental suficiente o evitando losas continúas de hormigón sobre
las áreas que contienen numerosas irregularidades. No se debe permitir desvanecimiento al
final de las losas y los bordes de las losas deben inclinarse no menos de 45°. Cuando se
requiere cemento dental formado, debe no colocarse en pendientes mayores de 0.5:1 (H:V),
como se discute en la sección 17.6.1.
Cuando filetes de cemento dental se colocan contra la vertical o cerca de superficies
verticales, no debe permitirse el desvanecimiento, y se requerirá una superficie biselada con
un espesor mínimo de 150 mm en la parte superior del filete.
Las proporciones de mezcla deben proporcionar una resistencia de 20 MPa a los 28 días. El
tamaño máximo del agregado no debe ser mayor que un tercio del profundidad de las losas
31
o una quinta parte la dimensión más estrecha entre el costado de una forma y superficie de
la roca.
El agregado y el agua serán de calidad igual a la exigida en las especificaciones de concreto
permitiendo sulfatos en los materiales de la Fundación y las aguas subterráneas. Para
garantizar un vínculo entre el concreto y la superficie de la roca, la superficie de la roca debe
limpiarse minuciosamente y ser humedecida antes de la colocación de hormigón. Cuando las
salientes están llenas de cemento dental, es esencial que el hormigón este bien adherido a la
superficie superior de la saliente. Antes de la colocación del concreto, la saliente debe estar
conformado para permitir que el aire se escape durante la colocación del hormigón y por lo
tanto evitar bolsas de aire entre el hormigón y la superficie superior de la saliente. El
hormigón debe ser colocado y permitir que se establezca con la cabeza de hormigón más alta
que la superficie superior del saliente. En los casos en que las medidas anteriores no son
factibles, tuberías de lechada deben ser insertados a través del hormigón dental para llenar
posibles vacíos de aire. Si se emplea lechada detrás de hormigón dental, las presiones de la
lechada deben estar estrechamente controladas para asegurarse que no produzca elevación
del hormigón.
Terminada las esteras horizontales de hormigón dentales deben tener un acabado rugoso
cepillado (pero no corrugada) para proporcionar una superficie de unión satisfactoria al
material del terraplén.
El cemento dental debe ser curado por el agua o un compuesto aprobado de curado hasta 28
días o esta que sea cubierto por tierra. Se debe tener cuidado para asegurar que no se
produce agrietamiento en el hormigón dental debido a la colocación del relleno de tierra
posterior y operaciones de compactación. Las operaciones de relleno de tierra no son
permitidas sobre cemento dental para un intervalo de tiempo de 72 horas o más después de
la colocación del concreto para darle tiempo al concreto para desarrollar resistencia
suficiente para soportar el estrés causado por las operaciones de colocación de tierra.
b. Hormigón o mortero aplicado neumáticamente (hormigón proyectado).
Hormigón proyectado es el hormigón o mortero que se aplica neumáticamente a alta
velocidad con la fuerza de un chorro que impacta en la superficie y que sirve para compactar
el hormigón o mortero. La práctica hoy en día es el uso de hormigón proyectado de mezcla
húmeda, ya que es más fácil de controlar. La calidad de hormigón proyectado es altamente
dependiente de la habilidad y experiencia de la tripulación de aplicarlo, particularmente con
respecto a su capacidad para prevenir rebote en el hormigón proyectado, controlar el
32
espesor, evitar que los bordes de plumas, y asegurar que el espesor sea adecuado sobre
protuberancias en irregulares de las superficies. También existe el peligro de cubrir las áreas
sin el tratamiento preparado debido a la facilidad y rapidez de colocación. El Hormigón
proyectado se debe utilizar bajo zonas impermeables sólo cuando su uso en lugar de
cemento dental puede ser justificado por las condiciones del sitio. Si se utiliza, las
especificaciones deben ser muy estrictas para garantizar disposiciones adecuadas para el
trabajo de calidad adecuada. Los requisitos para la calidad del hormigón, el espesor de la
capa, profundidad y el tiempo de curado debe ser igual que para hormigón dental.
c. Lechada Aguanieve.
Es una lechada de cemento puro o una lechada de cemento y arena que se aplica a grietas en
los cimientos. La lechada aguanieve puede usarse para llenar sólo grietas superficiales
estrechas. No debe ser utilizado para cubrir las áreas expuestas de la Fundación que, como
se describe en 17.3.2, donde se utiliza como cobertura temporal sobre fundaciones apagadas
o similares. La Lechada Aguanieve puede consistir en cemento y agua o en arena, cemento y
agua. Para asegurar una adecuada penetración de la grieta, el tamaño de partícula máximo
en la lechada debe ser no más de un tercio del ancho de grieta. La consistencia de la mezcla
de lechada de aguanieve puede variar de una mezcla muy fina al mortero como se necesite
para penetrar en la grieta. La lechada deberá ser mezclada con un mezclador mecánico o
centrífugo y la lechada debe utilizarse dentro de 30 minutos después de ser hecha la mezcla.
Grietas serán limpiadas y humedecidas antes de la colocación de la lechada. Grietas serán
limpiadas y humedecidas antes de la colocación de la lechada. La lechada puede aplicarse
por barrido sobre las superficies que contienen grietas espaciadas o llanas, vertida, o
canalizada en grietas individuales. Los requisitos para el cemento y los agregados deben ser
como en el cemento dental.
17.7 EVALUACIÓN DE PRESAS DE TERRAPLÉN
EXISTENTES
Al evaluar la probabilidad de erosión interna y las tuberías de las represas existentes, debe hacerse
una evaluación exhaustiva de la preparación de la fundación se llevó a cabo. Esta puede ser evaluada
de informes de la construcción, las especificaciones y más particularmente de las fotografías tomadas
durante la construcción. A pesar de que era una práctica común el limpiar cuidadosamente (de
material suelto) la fundación de corte en la construcción de la presa, no fue sino hasta alrededor de
33
los años 1960 a 1970 que se empezó a realizó el uso extensivo de hormigón dental. De ahí que
muchas presas construidas antes de esa fecha tienen el potencial de las zonas sueltas/suavizada de
material de la base cerca del contacto entre el terraplén y los cimientos. Estos han sido detectados
en algunas presas utilizando pruebas de cono de penetración a través del relleno de tierra.
Irregularidades a gran escala en las bases tienen la capacidad de dar lugar a bajas presiones cerca de
la cresta de la presa. A menudo, el perfil se graba en los dibujos que muestran los resultados de
lechada y/o en las fotografías, pero tan a menudo no lo son. En una serie de proyectos de
construcción de vías de transporte o vías de acceso a través de la fundación de la base se ha
traducido en gradas seguido por asentamiento diferencial y el agrietamiento de la base. Si estos
bancos son motivo de preocupación, a menudo se refiere a cómo de continua son a través del núcleo
de la presa. Si son a través de toda la base, son de mayor preocupación de si persisten sólo por decir
el 5% de la anchura de la base.
17.8 PREPARACIÓN DE LA FUNDACIÓN DE PRESAS
HORMIGON EN GRAVEDAD SOBRE SIMIENTOS DE
PIEDRA
17.8.1 Requisitos Generales
17.8.1.1 Fuerza de la Fundación
La cuestión crítica principal es si son continuas, o cerca de discontinuidades débiles continuas,
orientadas desfavorablemente en la fundación, por ejemplo:
Superficies del lecho;
Cizallas superficiales del lecho;
Juntas de alivio de estrés;
Fallas y tijeras.
Las investigaciones geotécnicas deben evaluar el fundamento de estas características y, o bien la
presa está diseñada para fundar en ellos o la excavación pasa por debajo de la función.
El tema secundario pero no menos importante es que la Fundación debe limpiarse de roca suelta y
aflojada, suelo, agua y otras materias, antes de colocar el concreto para que exista un buen vínculo
entre la Fundación y el concreto.
34
17.8.1.2 Módulo de FundaciónEl requisito es que la masa de la roca tiene un módulo suficientemente alto como para soportar
desviaciones menores de las cargas de la presa que no son excesivos. El módulo de masa de roca se
relaciona con la fuerza sustancial de la roca, pero, en particular, a la naturaleza de las
discontinuidades, incluyendo separación, abertura, grado de relleno y orientación relativa a la
dirección de carga.
Inyecciones de consolidación (véase el capítulo 18) puede ser usado para llenar las juntas y otras
fracturas "para aumentar la masa del módulo de roca" si no es económico el eliminar este material.
17.8.1.3 Erosionabilidad y elevación de la presión
Los gradientes de filtración por debajo de presas de hormigón, particularmente las presas arco,
pueden ser altos, por lo que es necesario considerar cuidadosamente la erosionabilidad de las
articulaciones, sobre todo si las articulaciones están rellenadas con arcilla. Las fundaciones por lo
general se excavarán hasta el roca no erosionable, y la roca rellenadas con la consolidación (y de
cortina) rejuntado para reducir el flujo de agua a través de la roca. Desagües de perforación se
proporcionan para interceptar el agua de infiltración y reducir las presiones de elevación a la presa y
su fundación. El diseño de estos drenajes se discute en el capítulo 16.
17.8.2 Excavación para exponer una fundación de roca adecuada
La superficie superior de la roca que se puede tratar económicamente para satisfacer estos requisitos
se predice a partir de los resultados de la exploración del sitio, tal como se presenta en el modelo de
geotécnica. La superficie predicha se muestra en los dibujos por medio de secciones transversales
y/o contornos. Invariablemente, se requiere un poco de excavación para eliminar materiales
superpuestos que pueden incluir los siguientes:
Suelos - coluviales, aluviales y residuales;
Masa de roca in situ, la sustancia y los defectos de los cuales son demasiado débiles y
compresible, ya sea inherentemente o como un resultado de la erosión;
Macizo rocoso in situ mecánicamente aflojado con juntas rellenas de arcilla.
35
Figura 17.17. Limpieza de fundación de presa de hormigón en gravedad en curso
La excavación pretende alcanzar la superficie de Fundación requerida, causando daños mínimos a la
roca por debajo de ella. Pueden requerirse una perforación y voladura, pero por lo general la roca al
lado de la superficie se elimina por interruptor roca, retroexcavadora y métodos manuales. La
superficie alcanzada de esta manera es limpiada por chorro, con mayor uso de herramientas
manuales de aire comprimido/agua. La superficie limpia no debe contener ningún fragmento de roca
individual o aflojada o bloques y los defectos de roca expuesta debe ser claramente visible. Figura
17.17 muestra limpieza en curso en Tumut 2, presa de hormigon en gravedad en New South Wales.
La superficie limpiada debe ser asignada geotécnicamente en detalle. La Figura 17.18 se muestra un
ejemplo de dicha asignación en la Presa Sturt River, en Australia del Sur. El propósito de este mapeo
es:
Confirman que la roca superficial de la Fundación es de la calidad requerida y predicha, y
Confirmar que la estructura de la roca es esencialmente como se predijo en el modelo
geotécnico y se dejó en el diseño y, en particular, que no existe una situación geológica
inesperada, por ejemplo, una superficie de falla cinemáticamente posible, lo que puede
requerir un cambio en el diseño.
36
Figura 17.18. Presa Sturt River, Bloque de banco y empuje la parte superior derecha, parte del registro de base a nivel de diseño inicial.
La asignación se realiza preferiblemente mientras la limpieza está en curso, ya que esto puede
permitir especial atención a la limpieza de defectos importantes y decisiones oportunas a realizarse,
por ejemplo sobre la necesidad de tratamiento dental, profundizar o más cambios diseño.
17.8.3 Tratamiento de características particulares
17.8.3.1 Tratamiento dental de características débiles/compresible
aceptables localizadas y extendidas en roca de Fundación
Las características para las que el tratamiento dental localizado es adecuado pueden variar desde
menos de 10 mm a varios metros de espesor e incluyen fallos (cizallado y/o zonas trituradas) y zonas
de alteración o roca erosionada. Cuando se sumerge abruptamente, pueden extenderse por debajo
de la superficie de la cimentación de otra manera aceptable. Si se puede demostrar que no se
combinan con otros defectos para formar bloques o cuñas cinemáticamente factibles, tales
características pueden representar simplemente:
37
Zonas locales de posible filtraciones a través de materiales potencialmente erosionables y
Si son lo suficientemente amplia, zonas locales de alta compresibilidad inaceptablemente.
En tales casos pueden ser tratados localmente por excavación y relleno con mortero o
concreto. Figura 17.19, basado en Nicol (1964), muestra esta forma de tratamiento aplicado a una
falla (2 m a 6 m grueso zona esquilada, zona parcialmente triturado), que pasa por debajo del fondo
del valle y el estribo izquierdo de la presa de 137 m de altura en Warragamba, cerca Sydney. En el
fondo del valle la excavación de la presa fue tomada hacia debajo de la zona. Bajo el estribo
izquierdo la zona fue minada por unos 17 metros de excavación principal y rellenada con cemento.
En el estribo derecho el fallo no aparecía como un defecto importante; lo que ha estado
representado por superficies pulidas en una unidad de pizarra.
Figura 17.19. Hormigón de relleno de una falla en el Embalse Warragamba (basado en Nicol, 1964).
38
17.8.3.2 Rocas encontradas que contenían defectos débiles que
proporcionan superficies de falla cinemáticamente posibles.
Como se discute en la Sección 17.8.1 rocas que contienen defectos débiles que proporcionan
superficies de falla viables no ocurren normalmente en o por debajo de la superficie de la Fundación
de diseño. Cuando tales defectos son encontrados durante la excavación de la Fundación, el diseño
debe ser reexaminado y si es necesario, modificado. Los siguientes son ejemplos de ello e ilustran
algunos tipos de tratamiento que han sido aplicados.
Figura 17.20. Presa Sturt - Planta que muestra la cuña desplazada inferida en margen derecho
superior (Cortesía SA Agua).
17.8.3.2.1 Embalse del Río Sturt (Australia meridional).
Sus 40 m de altura con un arco de curvatura múltiple (Figuras 17.20 y 17.21) fue construida durante
1964-1966 como una estructura de control de inundaciones. Se encuentra ubicado en una quebrada
rocosa escarpada, formada por sedimentos de piedra que es muy fuerte cuando está fresco. La roca
tiene bien desarrollado el escote, alrededor de 50 grados arriba del punto de inmersión. El lecho de
39
roca no suele ser visible. La planificación en la etapa de perforación mostró que la roca puede ser de
resistencia variable en los estribos y el diseño permitido para la excavación del material degradado
para producir una fundación en roca fresca principalmente, que contiene algunas de las
articulaciones. El diseño supone 6-10 m de excavación en el estribo derecho superior (Figura 17.21).
La Figura 17.18 muestra el registro geotécnico de esta parte de la base cuando la excavación alcanza
los niveles de diseño. La roca principalmente fresca expuesta aquí mostró un patrón de juntas casi
verticales, la mayoría de las cuales fueron rellenadas con un máximo de 10 mm de arcilla de alta
plasticidad. Pendiente de estas juntas, se encontraron los rastros de 2 costuras de hasta 50 mm
espesor de arcilla similar, sumergidas suavemente y oblicuo descendente y ascendente. Con esta
evidencia se puede inferir que las costuras que suavemente sumerge eran empalmes de hoja
rellenos. Además se puede inferir que la masa de roca entera por encima de la costura que se
sumerge suavemente era una cuña mecánicamente aflojada, que había sido dilatado y se movió
ligeramente a lo largo de las costuras. Las costuras suavemente sumerge fueron juzgadas para
representar las superficies cinemáticas de un posible fracaso. El rastro extrapolado de la costura
inferior (Figura 17.20) coincidió con pequeñas depresiones en la superficie del terreno. Este modelo
inferido fue confirmado por la alta calidad de la perforación de la base (Figuras 17.20 y 17.21), que se
recuperó de las costuras previstas y mostró limos frescos con pocas articulaciones bien cerrados
debajo de la costura inferior.
40
Figura 17.21. Presa Sturt - Secciones a través de la cuña desplazada en la parte superior de la margen derecha (Cortesia de SA Waters).
Para llegar a esta roca fresca imperturbable, la Fundación fue profundizada localmente por 4 a 7,5 m.
Inmediatamente después de la profundización, grietas monitoreadas y rastros de agujeros
desplazados indicó que la parte de aguas abajo aislado de la cuña se había dilatado más allá, y se
arrastraba hacia abajo. Fue apoyado inmediatamente por un contrafuerte de hormigón colocados
sobre la roca imperturbada y se extiende a través del lado aguas arriba de la excavación. El diseño
final proporcionó apoyo adicional a esta parte superior de la presa mediante anclajes pretensados
instalados a través de ella a la Fundación.
17.8.3.2.2 Presa Clyde (Nueva Zelanda)
Esta presa de gravedad de altura máxima 100 m se encuentra en esquisto, unos 3 km de la falla
Dunstan, que se cree que esta activa (Hatton y Foster, 1987; Paterson et al., 1983). En la presa una
falla escarpada se sumerge paralela al río y pasa por aguas arriba-abajo a través de la Fundación. Esta
Fallo de canal del río se compone de hasta 8 m de material triturado y se cree que es una falla
normal con algún componente horizontal. Estudios sismotectónicos realizadas durante la
construcción de la presa indicaron que hasta 200 mm de desplazamiento puede ser inducida a través
de este fallo bajo la presa, si el fallo Dunstan sufre una ruptura importante. El diseño de la presa se
modificó por la inclusión de una junta de deslizamiento por encima de la avería, tal como se muestra
en la figura 17.22. El conjunto está diseñado para soportar hasta 1m de movimientos deslizantes y
hasta 2m de movimiento de desgarre. El diseño es descrito por Hatton y Foster (1987) y Hatton et
al. (1991).
41
Figura 17.22. Presa Clyde - Se muestra el diseño de la junta deslizante.
La Fundación contiene muchas otras faltas, sobre todo cortados, zonas parcialmente trituradas.
Algunas (localmente llamado foliación de tijeras) se producen paralelamente a la foliación se
sumergen suavemente y otros atraviesan la foliación en ángulos más escarpados. Asignación de
fundaciones excavadas y unidades exploratorias durante la construcción mostraron que algunas de
las tijeras de foliación podrían proporcionar superficies de falla potencial (Hatton et al., 1991;
Paterson et al., 1983). Estos fueron tratados por excavación excesiva local y profundización de las
estructuras de hormigón (Figura 17.23) o por las llaves de corte de concreto colocadas en ventanas
(Figura 17.24), foliación tijeras con componentes descendente fueron expuestos en la excavación del
estribo derecho de la presa. Algunos de estos contienen relleno de arena de origen aluvial. La
dilatación de la masa de roca debido a la última pendiente abajo fue deducida. Cuatro de estas
tijeras fueron exploradas por socavones que luego fueron rellenados con concreto para actuar como
puntos de corte.
42
Figura 17.23. Presa Clyde - Mostrando profundización local del hormigón encontrados debajo de una
superficie de corte.
43
Figura 17.24. Presa Clyde - Mostrando las llaves de corte de concreto en una superficie de cizalla
para aumentar la resistencia al esfuerzo.
17.8.4 Tratamiento en sitios formados por rocas altamente
estresadas
La Excavación para alcanzar el nivel de Fundación en roca altamente estresada debe ser hecha
teniendo en cuenta lo siguiente:
La Roca expuesta altamente tensionada invariablemente tiene juntas en la hoja como su
superficie y una sucesión de juntas en la hoja inferior (ver figura 2.5);
Cualquier conjunto de hoja por debajo de la base de una presa de hormigón tiene un cierto
potencial para formar la totalidad o parte de una superficie de deslizamiento aguas abajo;
Cuando se hacen excavaciones en roca altamente estresada, es posible que algunas juntas de
hoja existentes pueden abrirse más y propagarse, y algunas nuevas juntas de hoja se pueden
formar (ver 2.5.4). Tales efectos son mucho más probable que ocurra si se utiliza voladura.
44
En la Presa Burdekin Falls, en Queensland, los enfoques para la selección de los niveles de
cimentación y de los métodos de excavación se desarrollaron con la comprensión de las cuestiones
antes mencionadas. La siguiente exposición se basa en Lawson y Burton (1990), Lawson et al. (1992)
y Russo et al. (1985).
La presa es una estructura de hormigón de gravedad 38 m de altura y 876 m de largo. La mayor parte
de su longitud comprende 34 monolitos que principalmente cruzan el cauce del río con un ancho de
600 m. El sitio está formado casi en su totalidad por tobas soldadas, que es extremadamente fuerte y
fresco. Empalmes de la hoja casi horizontal están expuestas durante gran parte del lecho del río
(Figura 17.25) y sumerge empalmes de la hoja se presentan en dos pilares.
Figura 17.25 Presa Burdekin Fall, En construcción, mostrando los 600m, piso amplio del valle formado por roca extremadamente fuerte. (Cortesía de Sun Water)
Las investigaciones de la etapa de planificación proporcionan conocimientos generales sobre el
espaciado, profundidades y persistencia de los empalmes de la hoja y mostró que algunos eran
parcialmente rellenos con arcilla, generalmente de origen aluvial. Las pruebas mostraron que las
articulaciones tienen muy alta resistencia al corte y que sólo unos pocos metros cuadrados de roca
intacta por monolito estarían obligados a cumplir con los criterios establecidos en materia de
seguridad contra el deslizamiento. Se predijo altas tensiones a partir de la estructura laminada, de 45
núcleos de perforación y la propagación excesiva de fracturas durante y después de la voladura. Bock
et al. (1987) mostraron la tensión principal máxima a ser horizontal, golpeando 10 ° a 30 ° con
respecto al eje de la presa. Los valores oscilan generalmente de 10 a 20 MPa a través del lecho del
río, el aumento localmente para 30 a 35 MPa en el estribo izquierdo.
Durante la construcción, la profundidad a la roca de fundación adecuada se estableció
progresivamente durante la excavación de cada monolito. En el lecho del río, la excavación fue
principalmente por interruptores de rock y excavadoras. Los explosivos se utilizaron para algunas
losas que eran demasiado grandes para manejar. La limpieza se realizó por palas de mano y
manguera. Las superficies de cimentación adoptadas iban generalmente de alrededor de 1 a 4
metros por debajo del lecho del río. Ellos fueron elegidos para cada monolito a partir de los
resultados de la inspección geológica de las superficies expuestas progresivamente, y por la
perforación, la limpieza, y la inspección de fondo de pozo de por lo menos 3 orificios verticales, cada
uno a 2,8 m de profundidad. Para estas inspecciones se utilizó un fibroscopio de Olympus IF6D2-30.
Un simple registro para cada agujero registró la profundidad de cada articulación de la hoja actual y
su apertura o llenado. En base a estos registros, los juicios se hicieron sobre la persistencia y el
carácter de las articulaciones, y las decisiones sobre la necesidad o remoción de la roca por encima
de ellos, o mampostería. A veces se necesitan agujeros adicionales. Las superficies finales (adoptado)
limpiadas fueron asignadas geológicamente en vista de planta a escala 1:200. El registro de cómo se
realizó la construcción incluye estos planos y los registros de los agujeros de 2,8 m.
Efectos de estrés significativo durante la preparación de la Fundación se produjeron sólo cerca de la
base de cada estribo, durante un clima caliente. Incluyeron rocas estallando (desprendimiento de
pequeñas y finas rebanadas de roca) y corte longitudinal (pandeo de losas de hasta 100 mm grueso y
muchos metros cuadrados en la zona).
La Figura 17.26 muestra un ejemplo de esto.
46
Figura 17.26. Losa de roca que se ha levantado cerca de 50 mm debido al alivio de la tensión. Monolito LHZ adjunto a LH1 (Cortesía de Sun Water)
47
18. FUNDACIONES DE MAMPOSTERIA
18.1 CONCEPTOS GENERALES DE REJUNTADO
cimentaciones de presas
Las bases para la mayoría las presas más de 15 metros de alto construido en roca y para algunos que
son más pequeños, son tratados por mampostería. La mamposteria consiste en perforar una o varias
líneas de agujeros desde el nivel de corte de la presa de la Fundación de la presa y forzando la
lechada de cemento, o productos químicos bajo presión a los defectos de la roca, es decir las juntas,
fracturas, particiones del lecho y fallas. La figura 18.1 muestra un ejemplo.
La lechada se lleva a cabo para:
Reducir las fugas a través de la fundación de la presa, es decir, a través de los defectos;
Reducir la erosión potencial infiltración;
Reducir las presiones de levantamiento (menores de presas de gravedad de hormigón
cuando se usa en conjunción con los agujeros de drenaje);
Reducir los asentamientos en los cimientos (de gravedad de hormigón, contrafuerte y presas
bóveda).
48
La Figura 18.1. Un ejemplo de la fundación de presa terraplén de mampostería.
La mayoría de lechada base se utiliza una lechada de cemento: cemento Portland mezclado con agua
en un mezclador de alta velocidad a una relación agua-cemento (mass de agua/masa de cemento) de
entre 0.5 y 5 para formar una suspensión, fácilmente bombeable y capaz de penetrar en los defectos
en la roca en la fundación de la presa.
Si la presa se encuentra en una base de suelo (p.ej. arena) o si las fracturas en la roca son muy
estrechas, los productos químicos pueden utilizarse en lugar de cemento. Los productos químicos
tienden a ser más caro, así que sólo se utilizan donde la lechada de cemento no tendría éxito.
Fundación mampostería adopta dos formas:
Cortina de lechada;
Inyecciones de consolidación.
Cortina de lechada está diseñado para crear una barrera estrecha (o cortina) a través de un área de
alta permeabilidad. Por lo general, se compone de una sola fila de orificios de boquilla que se
perforan y son rellenadas a la base de la roca permeable, o a tales profundidades que se alcanzan
gradientes hidráulicos aceptables. Para grandes represas sobre cimientos de roca, presas de roca
muy permeable o donde rejuntado se lleva a cabo en los fundamentos del suelo, podrían adoptarse
de 3, 5 líneas o más de los agujeros de la lechada. También se adoptan varias cortinas de fila si, como
en presa de Thomson, era impracticable poder excavar la Fundación por debajo del límite de las
49
articulaciones de rellenos. Los agujeros son perforados y rellenadas en orden para permitir la prueba
de la permeabilidad de la fundación (pruebas packer) antes de emboquillar y permitir comprobar
posteriormente la eficacia de la inyección de la cantidad de lechada aceptadas por la fundación.
Figura 18.2 Cortina y consolidación de inyección de presas de gravedad de hormigón.
Así, en la figura 18.1 se perforan agujeros primarios primero, seguido por secundarios y luego
terciarios. El espacio entre los orificios final será comúnmente entre 1.5 m o 3 m, pero puede ser más
cercanos como 0.5 m. Este enfoque por etapas permite el control sobre la cantidad y la eficacia de la
lechada.
En las presiones de la lechada generalmente (al menos en Australia, Estados Unidos, Reino Unido) se
limita a evitar fractura hidráulica de la roca. La discusión en este capítulo se basa en esa suposición.
En algunos proyectos, especialmente en la Europa continental, la roca se ha fracturado
deliberadamente para mejorar la penetración de la lechada.
50
Consolidación o "manta" lechada para presas del terraplén está diseñada para dar lechada intensiva
de la capa superior de roca más fracturada en las cercanías de la base de la presa, o en zonas de
gradiente de filtración hidráulica "alta", por ejemplo bajo el zócalo para una presa de cara de
enrocado de concreto. Es generalmente limitado a la parte superior 5m a 15m y se lleva a cabo en
secuencia, pero comúnmente a una distancia y profundidad predeterminado entre agujeros.
La figura 18.2 muestra una sección a través de una presa de hormigón de gravedad. La cortina de
lechada se encuentra cerca de la cara de aguas arriba de la presa y por lo general se lleva a cabo a
partir de una galería en la presa, a veces desde el talón aguas arriba de la presa. Está diseñado para
reducir la filtración a través de las bases y, en conjunción con los agujeros de drenaje del pozo, para
controlar las presiones de levantamiento.
18.2 DISEÑO DE LECHADA – LECHADA DE CEMENTO
18.2.1 Puesta en escena de la lechada
Lechada de agujeros se lleva a cabo normalmente en etapas, el método de lechada depende de la
permeabilidad y la calidad de la roca y el grado en que se desea el control de la operación de
inyección. Las Figuras 18.3, 18.4, 18.5, 18.6 y 18.7 muestran los diferentes métodos disponibles.
Amistosamente sin Embalador (Figura 18.3): Este es uno de los métodos preferidos para lechada
estándar alta, puesto que cada etapa es perforado antes de la lechada de la etapa siguiente, inferior,
permitiendo la evaluación progresiva si el agujero ha alcanzado el requisito de cierre deseado. Este
método permite mayores presiones al ser utilizado por etapas más bajas, ya que reduce los riesgos
de fuga de los niveles de la etapa superior y le da mejor penetración entre los agujeros de la lechada.
Las presiones de lechada están limitadas por la efectividad de la mampostería de la etapa superior.
Requieren un conjunto separado arriba del taladro para cada etapa y "conexiones" separadas de las
líneas de lechada. Es, por tanto, relativamente caro. Este método es el preferido por Houlsby (1977,
1978, 1982a).
51
Figura 18.3 Lechada bajando por etapas sin envasador (WRC, 1981).
Amistosamente con Embalador (Figura 18.4): este método permite el uso de presiones crecientes
lechada para las etapas más bajas, ya que estas presiones no se aplican desde la superficie. Sin
embargo, puede haber problemas con asientos y fuga pasado el embalador. El sangrado de la
lechada de agujero (es decir, la eliminación del agua "claro", que se acumula en la parte superior del
agujero de la lechada como se instala el cemento) no se puede lograr, excepto en la superficie del
suelo (es decir, no inmediatamente por encima de la fase de lechada). Ewart (1985) indica una
preferencia por este método, debido al potencial para fracturar la roca en los niveles superiores, si se
utilizan métodos de compresión de ejecutables sin embalador.
52
Figura 18.4. Lechada bajando por etapas con envasador (WRC, 1981).
De Fondo (Figura 18.5): No permite la evaluación progresiva de la profundidad de agujero de lechada
necesaria para llegar a un requisito de cierre deseado en forma de los agujeros son perforados en
toda su profundidad en una sola etapa. El método es más barato, en principio, que los métodos con
embalador ya que el equipo de perforación sólo se configura una vez, pero este ahorro puede ser
compensado por la necesidad de realizar sondas totales por ser más conservador. El método es
53
susceptible a los problemas con los colapso de agujeros, o más de ampliación durante la perforación
e inyección en condiciones de roca pobres asiendo el uso de envasador difícil o imposible. También
está sujeto a los mismos problemas que el frente con el método de empacador en relación con la
sangría. El método es apropiado para los agujeros secundarios o terciarios, cuando las profundidades
son razonablemente bien conocidas y en roca fuerte con agujeros no susceptibles de contraer o
erosionar.
Figura 18.5. Lechada escénica (WRC, 1981).
54
Profundidad Máxima (Figura 18.6): No permiten adecuada evaluación de donde está ocurriendo la
toma de la lechada o un seguimiento adecuado de reducción en los valores Lugeon con lechada. Las
profundidades están predeterminadas por lo que el método no permite una evaluación lógica de
profundidad lechada basada en requisitos de cierre. Presiones de inyección son limitadas. No es un
método aceptable excepto por los agujeros de la lechada de consolidación.
Figura 18.6. Lechada a profundidad máxima (WRC, 1981).
Circuito de Profundidad (Figura 18.7): tiene las mismas limitaciones que lechada profundidad
máxima, pero mediante la inyección de la lechada en la base del orificio, se reduce la posibilidad de
asentamiento.
Para la etapa de mampostería, las longitudes de etapa son comúnmente predeterminadas
dependiendo de:
Las condiciones y las profundidades geológicas en la que los cambios en el grado de
permeabilidad es probable que ocurran;
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La longitud mínima de la pena de perforación, ya que las etapas cortas son más costosos
para perforar debido a los costos establecidos;
Presiones admisibles en la parte superior del orificio (dependiente de las condiciones
geológicas).
Comúnmente la lechada por etapas será de 5 m a 8 m, pero pueden aumentar en longitud inferior en
la Fundación, por ejemplo Houlsby (1977) sugiere:
Etapa Rango de Profundidad (m)
1 0 a 8
2 8 a 16
3 16 a 30
4 30 a 50
Si bien esto reduce el número de configuraciones de perforación y conexiones de lechada, que puede
resultar en agujeros innecesariamente profundas, en particular para presas más pequeñas.
Etapas más pequeñas que las longitudes predeterminadas deben ser usados cuando:
Se pierde agua de perforación, lo que indica una fractura relativamente grande o se ha
encontrado abertura, o
El agujero de la lechada está derrumbando, debido, por ejemplo, a la roca fracturada esta
cerca, o
El agua fluye en el agujero bajo presión, o
Prueba de presión de agua muy grande o la toma de la lechada se encuentran (a menudo es
posible relacionarlos con una formación geológica específica).
56
Figura 18.7. Lechada a profundidad máxima, circuito (WRC, 1981).
18.2.2 Los principios de "cierre"
Aparte de inyecciones de consolidación, que puede llevarse a cabo a una profundidad y la distancia
predeterminada entre los agujeros, la lechada debe llevarse a cabo de forma secuencial para lograr
un nivel predeterminado de estanqueidad al agua. Para ello se requiere la reducción a la mitad de la
distancia entre orificios sucesivos primario a secundario y a los agujeros terciarios etc, como se
muestra en la Figura 18.1. Si se ha logrado el nivel requerido normalmente se determinará sobre la
base de prueba de presión de agua Lugeon los valores en la etapa de lechada o antes de la lechada y
el volumen (o peso de cemento) de lechada por metro en los agujeros. Criterios de cierre será
discutido en detalle más adelante. La figura 18.8 muestra los principios básicos de cierre del agujero,
es decir, que los agujeros secundarios son perforados a medio camino entre los primarios si las
pruebas de presión de agua (y/o toma de lechada) en los orificios primarios no cumplen con los
criterios de cierre.
57
Figura 18.8. Concepto básico de reducir a la mitad distancia entre agujeros para lograr cierre.
La Figura 18.9, tomado de Houlsby (1977) y la CMR (1981), da ejemplos del método de cierre cuando
los valores de la prueba de presión de agua Lugeon tienen el nivel requerido.
En estos ejemplos:
Caso (a) La lechada primaria ha resultado en una reducción de valor de Lugeon en el orificio
secundario y terciario ha resultado en reducciones suficientemente cerca a la exigencia de cierre de 7
Lugeons (uL). Por lo tanto no es necesaria la colocación de más lechada. Si el requisito de cierre es de
5 uL es decir, hubiesen sido requeridos agujeros cuaternarios.
Caso (b) La lechada primaria y secundaria se ha traducido en una reducción significativa en el valor
Lugeon en los agujeros terciarios. Houlsby (1977) llega a la conclusión de que se necesitan agujeros
cuaternario y quinario quizás más adelante. Si los agujeros ya están a un interlineado de 1.5 m, se
debe considerar también que la lechada con cemento no está teniendo un efecto significativo. Si se
concluye que la lechada de cemento no es efectiva entonces su uso puede ser interrumpido.
Caso (c) Un criterio de cierre de 7 uL se ha logrado, en parte, pero se prevén agujeros cuaternarios en
otras disposiciones. Puesto que el cierre que se está logrando en parte parecería viable para
proceder a esta etapa cuaternaria de mampostería donde sea necesario.
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Caso (d) En cuanto a la Caso (a), excepto que las fugas se produjeron en la superficie del orificio de
inyección terciaria, se exige más lechada para sellar la fuga.
Figura 18.9. Ejemplos de lechada cierre basado en Lugeon prueba agua presión (y toma de lechada
como información secundaria) adaptado de Houlsby (1977) y WRC (1981).
Requisitos de cierre puede variar con la profundidad y el espacio entre los orificios y la profundidad
necesaria para lograr el cierre también pueden variar considerablemente. La figura 18.10 muestra un
ejemplo tomado de WRC (1981). Tenga en cuenta que este es un ejemplo particularmente cuidadoso
de mampostería, donde si la separación primaria fue de 12 m, el espacio final es 0.4 m en algunas
áreas. Como se explica más abajo, es poco probable que el cierre para un espacio de agujero tan
pequeño esté garantizado.
59
Figura 10.10. Ejemplo de cierre basado en la prueba de presión de agua criterios de Lugeon
(adaptados de Hoilsby 1977 y WRC, 1981).
Cuando se planifica más de una línea de agujeros de boquilla, los agujeros deben ser perforados y
rellenadas en secuencia para formar las líneas exteriores por delante de la línea central, para que el
desarrollo progresivo de cierre puede ser observado. La figura 18.11 muestra una posible secuencia
de cierre.
Figura 18.11. Cierre de lechada con 3 líneas de agujeros de lechada.
Una cortina de 3 líneas profundas se completó con éxito en la presa de Talbingo, presa de tierra y
escollera de 160 metros de altura en el Snowy Mountains Scheme. Si las tres líneas se denominan A,
60
B y C de aguas abajo a aguas arriba, el procedimiento en Talbingo era perforar y rejuntar los agujeros
de una línea a la profundidad específica. Los orificios de la línea C, una línea ligeramente menor de
hoyos, se perforaron a su profundidad especificada donde indicaba que se llevaba alta profundidad,
los agujeros de la línea C fueron profundizados como se necesitaban. Los agujeros de la línea B,
también tienen una línea de profundidad superficial especificada, finalmente fueron perforados y
rellenadas. Si la toma de profundidad persiste alta los agujeros de la A y la C, se profundizaron los
orificios adecuados de la Línea B. Con la línea B contenida entre las líneas A y C, rara vez eran más los
agujeros de cierre necesitados.
El total necesidades de perforación (originales y reperforadas) fue reducido grandemente y demostró
para ser mucho más fácil de definir.
18.2.3 Efecto del tamaño de partícula de cemento, viscosidad,
separación de la fractura y valor de Lugeon sobre la efectividad de
lechada
Fell et al. (1992) presento una discusión detallada de los efectos del tamaño de las partículas de
cemento, viscosidad, separación de fractura y la apertura y el valor de Lugeon sobre la eficacia de la
lechada. Los puntos principales son:
(A) El tamaño de partícula del cemento. Lechada de cemento es una suspensión de las partículas de
cemento en agua. Las partículas en su mayoría son del tamaño de limo, pero el cemento
convencional tendrá algunas partículas de arena fina. Las partículas de lechada son agregadas en
agua para dar una distribución más gruesa que el polvo de cemento. La distribución del tamaño de
partícula se ve afectado por la adición de plastificantes, que actúan como agentes
desfloculantes. Esto afecta principalmente a las partículas más finas. Con plastificantes, Tipo A y C el
cemento Portland presenta un tamaño máximo de aproximadamente 0.05 a 0.08 mm, mientras que
los cementos microfinos probaron tener un tamaño máximo de aproximadamente 0.02 a 0.025 mm.
(B) la apertura de fractura mínima que aceptará lechada. Hay un consenso general, respaldado por
algunas pruebas realizadas por Tjandrajana (1989) bajo la supervisión del primer autor, que la
apertura mínima de fractura en la que la lechada se lograra penetrar se trata de 3D100 donde D100
es el tamaño de tamiz para las partículas que son más finas.
Basándose en esta conclusión, y las relaciones más aproximadas entre valor de Lugeon y la apertura
de la fractura y la rugosidad, el valor mínimo de Lugeon en la roca que puede ser cementado se
61
muestra en la Tabla 18.1, Esto indica que las masas de roca que dan algunos valores de Lugeon
bastante altos no pueden ser rellenadas, algo que puede parecer contrario a la experiencia.
Tabla 18.1 Valores minimos de Lugeon estimados que indican que la roca aceptara la lechada de cemento (Fell 1992).
Cemento
Valores miminos de Lugeon que pueden con la lechada
1 Fractura/m 2 Fracturas/m 4 Fracturas/mTipo A 8 16 32Tipo C 5 10 20MC- 500 (Microfinos) 3 5 10Tipo A con Dispersante 8 16 32Tipo C con Dispersante 5 10 20MC- 500 (Microfinos) 1 2 4
Notas: 1. Las fracturas se asumen como "rugosas"; 2. Se asume fracturas del mismo ancho; 3. Un Lugeon es un flujo de 1 litro/minuto/metro de perforación bajo una presión de 1000kPa. en un pozo de 75 mm de diámetro es aprox. 1.3X10-7 m/seg de permeabilidad equivalente; 4. Lechada se supone que han sido tratada con plastificante.
Sin embargo, los valores más grandes (15 a 30 Lugeons) ocurren cuando hay abiertas dos o más
fracturas (articulaciones) por metro. Esta condición puede no cumplirse a menudo, incluso cuando
hay tres o más fracturas por metro, como muchos no pueden ser abiertos. También existe la
posibilidad de que cuando se utilizan largos tiempos de lechada, la sedimentación del cemento de la
lechada se produce en el pozo de sondeo solo con agua con muy bajas (muy bien) contenidos de
cemento que se quedan en las partes superiores del agujero. Algunos experimentos realizados por
Tjandrajana (1989) muestran que esto no es un problema para una proporción 2:1 de cemento/agua,
pero la parte superior, 1.5 m del agujero, se deja en gran medida con agua después de una hora con
una relación de 5 a 1 agua/cemento. La adición de plastificantes empeora la sedimentación, ya que
las partículas de cemento actúan solos y en realidad se asientan más rápidamente.
(C) Distancia que penetrara la lechada. Si las fracturas son suficientemente abiertas para permitir la
penetración de la lechada, la distancia a la que va a penetrar la lechada depende del ancho de la
fractura, la presión de la lechada y la viscosidad y el tiempo empleado en la lechada. Si lechada
continúa durante un tiempo suficiente, el límite de la penetración se determina por el punto de
fluencia. Lombardi (1985) mostró que:
Rmax=Pmaxa
C (18.1)
62
Donde:
Rmax Es el radio máximo de penetración (m); a= La anchura de la fractura (m); C= el límite de tensión
de fluencia (kPa); Pmax= presión de la inyección.
Lombardi (1985) presenta un método para estimar el efecto del tiempo de lechada. Una idea de esto
puede obtenerse a partir de los datos en Deere y Lombardi (1985), que indica que para lechadas
espesor medio se produce aproximadamente el 75% de la máxima penetración en la primera hora.
En base a este y la comparación con algunos datos de campo, se considera razonable concluir que la
penetración de lechadas de cemento Tipo A y Tipo C serán del orden de las que se muestran en la
Tabla 18.2, En la tabla NP indica que la lechada no penetrará en la fracturas, por lo lechada serán
ineficaces.
Tabla 18.2 Penetración aproximada de la perforación de lechada de cemento en las fracturas.
Valor de LugeonEspaciamiento de Fracturas1 m 0.50 m 0.25 m
100 20 12 450 12 3 220 3 1.5 110 2 1 NP5 1 NP NP1 NP NP
(D) La eficacia de una cortina de lechada de cemento en la reducción de la filtración. La figura 18.12
muestra un muro de contención típico simplificado y la sección de base con un núcleo de baja
permeabilidad, los hombros de escollera de alta permeabilidad y una base que consta de una capa
superior de roca permeable que recubre roca "impermeable".
63
Figura 18.12. Modelo generalizado para la filtración a través de una fundación de la presa.
La figura 18.13 presenta los resultados de un análisis de la filtración aproximada para mostrar la
eficacia de una pantalla impermeable en la reducción de la cantidad de filtraciones por debajo del
terraplén.
El análisis se ha basado en:
H = 60 m todos los casos w = 6 m todos los casos h= 20 m todos los casos
W = 60 m de base amplia W = 20 m de base estrecha W = 6 m para la placa hormigón.
A menos que la cortina de lechada de cemento tiene una permeabilidad al menos 10 veces menor
que la roca sin lechada la reducción en la filtración es menos de 50%, así que para roca de 20 Lugeon
la cortina de lechada debe ser inferior a 2 Lugeons para lograr la reducción del 50% en la
filtración. Como se ha señalado anteriormente, es dudoso que en una permeabilidad tan baja se
pueda lograr con lechada de cemento, porque el cemento no puede penetrar la roca con un valor
Lugeon tan bajo.
64
Figura 18.13. Efectividad de la lechada en la reducción de la filtración en una fundación de la presa.
Para roca de alta permeabilidad (por ejemplo 100 Lugeon) con una separación fractura de anchos, la
anchura efectiva de la cortina debe ser mayor (por ejemplo, 20 m) y la permeabilidad puede ser
reducido a la del sistema de fractura secundaria. Si este era, por ejemplo, 5 Lugeons, a continuación,
la filtración se reduce a aproximadamente 20% del valor sin lechada. Si la permeabilidad de las
fracturas secundarias era, por ejemplo, 2 Lugeons, la filtración se reduciría de 5% a 10% del valor sin
lechada.
18.2.4 Criterios de cierre recomendados para terraplén y presas de
hormigón
De la revisión de los criterios utilizados por otros, incluyendo Houlsby (1977,1978, 1982a, 1985),
WRC (1981), Deere (1982), Ewart (1985), Kjaernsli et al. (1992), la experiencia de los autores y de la
discusión en la Sección I8.2.3 se recomienda que los criterios de cierre deben basarse en:
Valor de Lugeon antes poner lechada en el agujero;
La lechada a utilizar;
La naturaleza de la presa, su fundación y lo que se almacena en la presa.
Estos factores deben ser considerados en conjunto para tomar decisiones sobre si se necesita más
lechada.
Aún no es posible cuantificar todos estos efectos (y puede ser que nunca), principalmente debido a la
complejidad de flujo en roca fracturada y la naturaleza dependiente del tiempo de las propiedades
de la lechada de cemento. Tampoco es posible establecer reglas rígidas - cada caso debe ser
considerado por sus propios méritos. Se sugiere que para el relleno de los cimientos de la tierra y
presas de escollera con el cemento Portland tipo C, se adopten las directrices dadas en la Tabla 18.3.
Tabla 18.3 Directrices para decidir sobre los límites efectivo de lechada con cemento Portland tipo C.
No es necesaria mas lechada cuando
Erosionabilidad de fundación
El Valor de la prueba de Agua antes de aplicar la lechada *(Lugeon) (2)
o reducción de <20% en el valor Lugeon o toma lechada de la etapa anterior (Lugeon)(2)
o todas las tomas de lechada (kg de Cemento/m)
o distancia entre agujeros de lechada (m)
Baja/no <10 <20 <25 <1.5Alta <7 <15 <25 <1.5
65
Fundaciones "erosionables" incluirían muy a rocas altamente erosionadas y roca con juntas rellenas
de arcilla que podrían erosionarse bajo flujos de infiltración.
Para rejuntar con cemento portland tipo A, los valores Lugeon deben aumentarse en un 20% para
tener en cuenta la naturaleza de las partículas de lechada más gruesas. Para el rejuntado con
cemento microfino, los valores de media citados serían razonable desde un punto de vista de
penetrabilidad de la lechada, pero no puede justificarse por el beneficio obtenido.
La filosofía primordial en estas recomendaciones es que no es posible detener la filtración por
inyección, sólo reducirla, y la lechada de cemento pueden reducir significativamente la filtración sólo
cuando se puede penetrar en las fracturas, es decir, en las articulaciones abiertas relativamente
ampliamente o espaciados con valores de Lugeon moderadamente altos. El objetivo de la operación
de inyección debe ser de localizar y llenar estas grandes fracturas y por lo tanto evitar los flujos de
alta y concentrada filtración.
Diferentes criterios se han dado a las fundaciones "erosionables", con cierto recelo. Es mejor
reconocer que, si las fundaciones son erosionables, la lechada no previene la erosión, sólo reducen el
potencial de erosión. Con o sin lechada, los filtros deben establecerse en bases erosionables bajo la
parte de aguas abajo de la presa para permitir la filtración del agua que emerge de una manera
controlada y sin erosión de los cimientos. Para presas de hormigón, la base debe ser tomada más
abajo, hasta la roca no erosionable.
Para escollera cara de concreto, hormigón gravedad y presas bóveda los gradientes de filtración son
mayores y hay un argumento para el uso de los valores Lugeon inferiores. Sin embargo, la principal
consideración es que el cemento no penetrará fracturas finas así que, como máximo, los valores
indicados deben reducirse en aproximadamente un 30%.
La cuestión de si el agua es "pura" o tiene un alto contenido de contaminantes no es muy relevante,
ya que rejuntado con los valores Lugeon más restrictivas promovidas por Houlsby (1986) no dará
lugar a una reducción significativa en la filtración. En estos casos, será necesario recoger las
filtraciones de agua río abajo de la presa, ya sea en una presa de captura o en los pozos colectores de
filtración y bombearla de nuevo al almacén.
Se recomienda un espacio entre orificios de lechada mínimo de 1.5 m porque, si más espacio es
requerido para alcanzar un estándar de valor Lugeon, el ancho de la cortina de lechada resultante es
demasiado estrecho para reducir significativamente la filtración. Generalmente sería mejor controlar
66
las presiones de poro en la pendiente por drenaje en lugar de aplicar la lechada. Claramente puede
haber excepciones donde toma grande se encuentra en estos agujeros, sino como una regla general
de mampostería con agujeros en menos de 1.5 m de espaciamiento es una pérdida de tiempo y
dinero. También puede ser un ejercicio inútil, dado el potencial para los agujeros perforados a
desviarse de su posición prevista. En la presa Thomson (Victoria), un agujero a una profundidad de
90 m fue demostrado estar 27 m fuera de línea, lo que plantea la cuestión sobre el valor de una
cortina de fondo de una sola línea de agujeros de espaciamiento.
Los autores son de la opinión de que puede estar justificado el reducir distancias entre agujeros
debajo de 1.5 m en algunas presas montadas sobre cimentaciones degradadas y cerca de fracturas,
donde la erosionabilidad y el control de las filtraciones de las presiones de poro pueden ser críticas
para la estabilidad de taludes.
Cabe señalar que la adopción de criterios de cierre en valores de Lugeon más grandes en la
profundidad y/o presiones mayores de lechada en profundidad puede dar lugar a que los orificios
secundarios y terciarios no penetran a la misma profundidad que los orificios primarios.
Una discusión más detallada sobre la selección de los criterios de cierre la da Fell et al. (1992).
18.2.5 La profundidad y la extensión lateral de la lechada
Tan lejos como sea posible los orificios de lechada deben llevarse a la profundidad a la cual se
obtienen los criterios de cierre Lugeon. Cerca de la roca estratificada horizontalmente esto puede
ser claramente identificable como una zona de menor permeabilidad de la roca por debajo del fondo
del valle, por ejemplo, dentro de limolitas arcillosas y areniscas intercaladas, pero puede ser a
diferentes profundidades en torno a los pilares de la presa debido a la influencia de alivio de la
tensión, a la intemperie y tipos de rocas. Figura 18.14 da un ejemplo donde la estratigrafía es simple
y claramente conocido.
La profundidad de la roca con más alto valor Lugeon rara vez se conoce con exactitud y los agujeros
de la lechada deben penetrar por lo menos una etapa por debajo del nivel básico estimado para
demostrar que se han cumplido las condiciones necesarias.
No se recomienda el uso de "reglas de oro" para determinar la profundidad de la lechada ya que no
hay base lógica para ellos.
Si se aplican dichas normas que se produce son agujeros que son demasiado poco profundos, lo que
resulta en una cortina de lechada de cemento que penetra sólo parcialmente la base permeable,
67
dando sólo una reducción de menor importancia (es decir, típicamente menos de 10%) en la
filtración debido a la mayor longitud o ruta de filtración, más comúnmente, los agujeros que son
mucho más profundo que el requerido para alcanzar la permeabilidad inferior de la roca, en
particular en la sección de río de la base, donde la presa es más alta.
Figura 18.14. Ejemplo de cortina en un entorno simple roca sedimentaria.
Para la mayoría de las presas, lechada se extenderá hasta los pilares donde a nivel de suministro
completo cruza con la base de la zona permeable. Sin embargo, donde la presa se apoya un
aliviadero, de la cortina de lechada de cemento puede estar conectado en la cortina bajo el
aliviadero y/o si la presa se apoya en una cresta permeable relativamente estrecha, la cortina de la
lechada puede ser extendida en la cresta. (Figura 18.15a).
Extensión de la cortina de lechada de cemento a más en un pilar sólo es necesario si la estabilidad de
la cresta o de pilar está en duda y hay una necesidad de controlar las presiones piezométricas, o si el
pilar es altamente permeable.
En tales rocas altamente permeables, la consideración cuidadosa se debe dar a la extensión lateral
de la lechada, o filtración puede pasar por alto el extremo de la cortina de lechada de cemento. La
Figura 18.15(b) muestra la cortina de una presa de almacenamiento de agua de 20 m en las rocas de
medida dl carbón, que han sido interrumpidas por un umbral de dolerita altamente permeables. La
cortina de lechada se construyó con éxito con excelentes cierres, pero cuando el deposito de la presa
estaba lleno hubo un filtramiento significativo (el nivel de agua bajó 25 mm/día) porque el agua
68
estaba entrando y que fluía a lo largo de la solera de dolerita, sin pasar por los extremos de la
cortina. Este movimiento de las aguas subterráneas fue demostrado por piezómetros.
Figura 18.15. (a) Ejemplo de cortina que se extendió más allá de la cresta de la presa; (b) Ejemplo
donde evitaron filtración el extremo de la cortina de lechada.
Para presas de relleno, tierra y enrocamiento la cortina generalmente se ubicará en el centro de la
fosa de corte, que a su vez será generalmente situado en el centro o aguas arriba del centro de la
zona de relleno de tierra. Houlsby (1977, 1978) presenta un argumento para la colocación de cortinas
de lechada aguas arriba del centro de la zona de relleno de tierra, para mantener una cabeza de
presión de filtración mayor en el núcleo del relleno que en la Fundación. Este concepto tiene mérito
en principio pero en la práctica redes de flujos dentro del relleno y la Fundación está influenciados
69
por diferentes permeabilidades y posicionando la cortina aguas arriba del centro de la base puede no
alcanzar el objetivo deseado.
Para presas con caras de enrocado de hormigón la cortina de lechada se colocará en el zócalo,
generalmente, pero no siempre, con una línea de agujeros de lechada de consolidación aguas arriba
y aguas abajo de la cortina para dar protección mejor lechada cerca de la superficie del zócalo, donde
los gradientes son altos.
Para presas de hormigón en gravedad (incluidos los aliviaderos) la cortina de lechada debe colocarse
cerca de la cara aguas arriba para que los agujeros de drenaje pueden colocarse abajo de la cortina
de lechada pero todavía cerca de la cara aguas arriba para reducir las presiones elevan tanto como
sea posible. Cabe señalar que para estas estructuras los agujeros de drenaje son fundamentales en la
reducción de las presiones de elevación y son más importantes que la lechada. No debe confiarse a la
Lechada sola el reducir las presiones de la elevación.
Algunos agujeros de lechada siempre deberán estar orientados a la intersección de los conjuntos de
mayor fractura, particularmente los que están de forma paralela al río. En la mayoría de los casos
esto significa que los agujeros están inclinados respecto a la vertical como se muestra en las figuras
18.14 y 18.15. También necesitan estar inclinada contra la corriente para intersectar juntas
perpendiculares al río.
18.3 ALGUNOS ASPECTOS PRÁCTICOS DE LA LECHADA
CON CEMENTO
18.3.1 Agujeros de lechada
Ha sido una práctica aceptada desde hace muchos años en Australia y otros países para utilizar la
perforación de percusión mojada para los agujeros de lechada. Los agujeros son de un diámetro
mínimo de 30 mm, por lo general 50 mm de diámetro y raras veces más grande que 60 mm.
Taladrado de percusión es el tipo más rápido y barato de perforación y es satisfactorio excepto
donde la naturaleza de la roca es tal como para crear un "tapón" de lodo arcilloso rígido que
bloquea las fracturas en la roca. En tal roca puede ser utilizado la perforación rotatoria utilizando los
bits de rodillos o pedazos de diamante del enchufe. A veces se argumenta que la perforación
rotatoria o de diamante será menos probable que bloquee las fracturas. Si los agujeros son lavados
cuidadosamente después de la perforación se dudaba de si el método de perforación realmente no
70
tiene mucho efecto. Esto quedó demostrado en las cuarcitas y filitas de cimientos de la presa
Blowering.
El lavado del agujero antes de aplicar la lechada es esencial para eliminar cortes que han obstruido
las fracturas. Esto se hace mediante la reducción de un poco de lavado especialmente construido,
que dirige el agua a presión contra los lados del agujero. La figura 18.16 muestra un ejemplo, que
también puede ser utilizado para limpiar la lechada de un agujero después de aplicarla.
Figura 18.16. Agujero poco lavado de lechada.
71
Weaver (1993) aboga por detener la perforación de inmediato ya que la pérdida de agua se debe a
que si el agujero se perfora más, los recortes de la perforación pueden bloquear la función en la que
se pierde el agua de perforación. Después de lechada, la perforación de las etapas inferiores se lleva
a cabo.
18.3.2 Las columnas de alimentación
Columnas de alimentación se utilizan para operaciones más mampostería donde no se utilizan
empacadores. El tubo vertical consiste en un tubo galvanizado roscado apenas más grande que el
tamaño del taladro, conjunto aprox. 0,6 m en la roca como se muestra en la figura 18.17.
72
Figura 18.17. Tubo vertical de lechada.
Siempre se requieren tuberías verticales en la roca cerca de la superficie fracturada o débil, lo que
impide el uso de un obturador. Las tuberías verticales tienen la ventaja de evitar la obstrucción del
orificio de escombros de las áreas adyacentes y con un buen gancho para la lechada. Tenga en
cuenta que la parte del tubo vertical que sobresale de la superficie tiene que ser eliminado antes de
colocar el relleno de tierra.
18.3.3 Tapas de lechada
Las tapas de lechada de cemento (figura 18.18) se requieren cuando la fuerza de inyección fractura la
roca o estrechamente baja en la situación donde un tubo vertical no puede ser sellado en la base y/o
fugas de lechada de cemento a la superficie será excesiva. La tapa de la lechada también proporciona
un mejor punto de corte a través de la parte superior de la Fundación que es practicable con lechada
en columnas de alimentación.
Figura 18.18. Tapas de lechada, (a) Forma ideal (b) Forma pobre (c) boquilla tapa anterior al nivel de
corte.
Tapas de lechada deben ser excavadas en la roca de fundación sin explosivos y si es posible deben
ser de secciones cuadrada o rectangular como se muestra en la figura 18.18 (a). Esto proporciona
una buena resistencia a la elevación de la tapa bajo la presión de la lechada.
73
Las formas más ancha / poco profundas que se muestran en la figura 18.18 (b) y (c) son propensos al
desplazamiento durante la inyección y pueden necesitar ser anclado en los cimientos con los
pasadores de acero inyectados por decir 2 m en la roca.
Algunas organizaciones, por ejemplo, la Comisión de Agua Rural de Victoria, tienen una construcción
preferida de una tapa de lechada en todas las fundaciones, construido por encima del nivel de corte
como se muestra en la figura 18.18 (c). Esta disposición requiere clavijas de anclaje en todos los
casos. La disposición se justifica sobre la base de lo que permite la inyección de toda la roca, es decir,
a la derecha a la superficie, y el aumento de la resistencia a la erosión a lo largo de la superficie de
corte, proporcionando un camino más tortuoso para el agua, pero tiene la desventaja de que
interfiere con la compactación del relleno en la trinchera de corte. Estos límites de lechada no está
recomendada por los autores.
En roca fracturada estrechamente a menudo hay una cierta ventaja en la aplicación de una capa de
hormigón aguanieve u hormigón proyectado a la superficie de corte antes de emboquillar. Esto
permite un poco el uso de más altas presiones de lechada en algunos tipos de roca, evita la fuga
excesiva a la superficie y generalmente facilita la lechada. También previene daños a la superficie de
corte por el equipo de construcción durante la operación de inyección. El aumento de las presiones
de lechada incluso con una cubierta superficial de concreto (hormigón) debe hacerse con cuidado ya
que el despegue de la cubierta puede ser iniciado sin saberlo.
18.3.4 Mezcladores de lechada, bombas agitadoras y otros equipos
Houlsby (1977, 1978 y en WRC, 1981) aboga fuertemente el uso de alta velocidad, alta cizalladura y
mezcladores "coloidal". Esta opinión es apoyada por los Cuerpo de Ingenieros de EE.UU. (1984),
Deere (1982), Gourlay y Carson (1982) y Bruce (1982). Figura 18.19 tomada de la CMR (1981)
muestra el principio de algunos mezcladores adecuados. La Figura 18.19 de WRC (1981) muestra el
principio de algunos mezcladores adecuados. Los más comúnmente utilizados mezcladores son del
tipo "colcrete" o "cemix", que operan a 2000 rpm y 1500 rpm respectivamente, la muy alta velocidad
facilita a la a mezcla a separar las partículas de cemento de unos a otros y mojar la superficie de cada
partícula. Se afirma (WRC, 1981), que si se mezcla con estos mezcladores de alta velocidad se
"produce una lechada que se asemeja más a una solución coloidal en lugar de una suspensión
mecánica." Si bien en términos relativos la lechada puede asentarse más lentamente, no hay que
perder de vista el hecho de que todavía es una suspensión de partículas de cemento que no se
depositan con el tiempo.
74
Figura 18.19. Principios de funcionamiento de los mezcladores de lechada (Houlsby, 1977, 1978 y
WRC, 1981).
Después de haber mezclado la lechada de cemento por lo general se transfiere a un agitador del que
se bombea a los orificios de boquilla. El agitador es de relativamente baja velocidad y diseñado para
evitar que las partículas de cemento se asiente. Figura 18.20 (a partir de la CMR, 1981) muestra el
principio de la disposición deseada.
75
Se mide la cantidad de lechada inyectada en el agitador.
La lechada es bombeada desde el agitador utilizando bombas de inyección. Houlsby (1977,1978) y
Deere (1982) indican que en la práctica de Australia y Estados Unidos es común utilizar bombas de
tornillo helicoidal "mono" (o "moyno") porque proporcionan una presión constante, son robustos y
fácilmente mantenido. Una válvula de derivación de la lechada en el agujero es necesaria como se
muestra en la figura 18.21.
Figura 18.20. Principios de agitadores de lechada (Houlsby, 1977, 1978 y WRC, 1981).
76
Figura 18.21. Arreglo típico del equipo de lechada (Houlsby, 1977, 1978 y WRC, 1981).
Gourlay y Carson (1982) y Bruce (1982) señalan que en la práctica británica y europea hay una
preferencia por bombas de tipo ram, ya que se cree que la presión de pulsación ayuda a evitar la
obstrucción de la abertura de fractura por partículas más gruesas de lechada. Deere (1982) también
indica una preferencia por este tipo de arreglo, en gran medida porque evita la necesidad de una
válvula de purga en la línea de agujero o recirculación. Como señala Gourlay y Carson, hay una falta
de evidencia para apoyar cualquier preferencia y uno debería estar dispuesto a usar el equipo
disponible. Houlsby (1977,1978) aboga por el uso de una línea de recirculación del menor diámetro
posible para mantener velocidades de altas y evitar el bloqueo. Se sugiere el tamaño máximo es de
25 mm de diámetro. Deere (1982) sugiere que la línea de recirculación se utiliza en la práctica en
EE.UU. debido a la utilización tradicional de lechadas de relación agua/cemento que eran "inestable"
(es decir, colocado fuera) y los requisitos para una válvula de derivación para controlar la presión de
inyección.
77
Los detalles de las válvulas de purga de aire y de derivación: caudalímetros, indicadores de presión y
accesorios de tubo vertical se dan en Houlsby {1977, 1978), WRC (1981) y Gourlay y Carson (1982).
Compresores para uso en agujeros tampoco son mecánicamente operados desde la superficie por un
dispositivo de tornillo o inflable, la lechada ampliaron contra el lado del agujero por agua o aire
comprimido. La longitud del "sello" formado por compresores mecánicos es a menudo sólo 0.3 m, en
comparación con 0.5 m a 1.5 m para el tipo de inflable, fuga pasado el embalador es más probable
con la anterior. Compresores mecánicos que generalmente sólo adoptan si las condiciones de la roca
resultaron en pinchar de embaladores inflables.
18.3.5 Relaciones de cemento/agua
Mezclas de lechada de cemento se señalan generalmente por relaciones de agua cemento (WC), con
las mezclas que van desde 6:1 WC (por volumen) a 0.6:1. La mayoría de los usos de lechada se mezcla
2:01 en relación de WC o menos, ya que está bien documentado que relaciones mayores de WC
producen mezclas inestables (es decir, las partículas se depositan rápidamente) y la lechada es de
poca durabilidad (ver Houlsby, 1985; Deere, 1982; Deere y Lombardi, 1985 y Alemo et al., 1991).
El uso de proporciones volumétricas WC ha sido tradicional en la práctica de Australia y EE.UU.
debido a una bolsa de cemento se toma para un pie cúbico y, como tal, era una medida fácil en el
campo. La relación entre volumétrica y la relación de base de pesi es aproximada, ya que depende
del aumento de volumen del cemento. Tabla 18.4 da relaciones aproximadas dadas por Deere
(1982).
Tabla 18.4 Relaciones de diferentes proporciones de la mezcla de cemento y agua en las lechadas.
Agua: Cemento por volumen Agua: Cemento por peso Cemento: Agua por peso
6:1 4:1 1:4 (0.25)4:1 2.67:1 1:2.67 (0.37)3:1 2:1 1:2 (0.50)2:1 1.33:1 1:1.33 (0.75)
1.5:1 1:1 1:1 1.00) 1:1 0.67:1 1:0.67 (1.50)
Deere (1982) aboga por el uso de la unidad de peso de la suspensión de lechada de cemento medido
por un "balanza de lodo" y un embudo Marsh para medir la viscosidad como parte del control de
calidad de la lechada en el campo. Hay algún mérito en esta sugerencia como la penetración de la
lechada depende de la viscosidad. Sin embargo, un embudo de marsh mide viscosidad aparente y,
78
como hemos comentado Fell et al., (1992), discute que punto de fluencia puede ser más importante
al considerar la penetración de la lechada cerca de rechazo.
La selección de la relación agua-cemento es en una medida relacionada con la "estabilidad" de la
mezcla de lechada. Como indica Deere (1982) la estabilidad es medida por una prueba de la
sedimentación en el cual se coloca un litro de lechada en un cilindro estándar aforado de 1000 ml. Al
final de dos horas se observa el volumen de líquido limpio que se ha formado en la parte superior del
cilindro debido a la sedimentación. Este volumen, expresado como un porcentaje del volumen total,
da el porcentaje de "sangrado" o sedimentación. Lechada con una alta relación de WC es "menos
estable" y el sangrado o sedimentación es grande.
La adición de pequeños porcentajes de bentonita adecuadamente hidratada mejora la
estabilidad. Deere (1982) indica que en la práctica europea una mezcla estable es aquella que tiene
menos de 5% de sedimentación. La adición de 2% de bentonita resulta en un pequeño aumento de la
viscosidad de la lechada, pero mejora la estabilidad notablemente.
Relaciones de WC que deberían utilizarse para mampostería son discutieron en detalle por Houlsby
(1977, 1978 y en WRC, 1981), Deere (1982), Deere y Lombardi (1985), Bruce (1982) y Bozovic (1985).
Los autores favorecen el acercamiento de Houlsby (1977, 1978, 1985) que recomienda el uso del
cociente del WC (por volumen) de no más de 3:1 e indica dudas sobre durabilidad a largo plazo a
lechada de relaciones de WC mayores de 5:1 se utilizan. Recomienda utilizar la mezcla más gruesa
posible en todo momento y sugiere lo siguiente:
Comienzo de la mezcla:
2:1 Mayoría de sitios
3:1 Para roca < 5 Lugeons
1:1 Para roca > 30 Lugeons
0.8:1 Para pérdidas muy altas
4:1 Para roca muy fracturada, seca
5:1 Roca encima de nivel freático donde el exceso de agua es absorbido por la roca seca.
Espesar la mezcla:
Al tratar con grandes fugas;
después de 1.5 horas en el uso una mezcla con toma constante (a excepción de mezcla 1:1 y
más gruesas);
Si el agujero toma lechada rápido, por ejemplo > 500 litros en 15 minutos.
79
Además indica que engrosamiento debe ser en incrementos pequeños, por ejemplo 3:1 a 2:1 y
sugiere volver a aplicar la lechada del agujero si toma ha superado 0.25 litros/cm del agujero para
WC 2:1 o más delgado o 0.5 litros/cm para que WC 1:1 o más grueso llenar los huecos de agua de
sangrado. Él no está a favor del uso de la bentonita para dar mezclas estables, prefiriendo utilizar
bajas relaciones WC y sangrado del agua del agujero.
Lechadas con mayor proporción de WC tienden a establecer relaciones más bajas de WC. Resultados
de viscosidad más altos tanto en el momento de la inyección y no parece haber poco fundamento
para el uso de los contenidos de agua más altos para mejorar la penetrabilidad. Los autores
consideran que existe mérito en la adición de bentonita a las mezclas con una relación de WC mayor
que 1:1 (en volumen) para controlar la sedimentación. No parece haber evidencia de los principales
proyectos de la lechada que es práctico y beneficioso hacerlo.
18.3.6 Presiones de lechada
Como se mencionó en la sección 18.1, hay dos escuelas de pensamiento sobre la presión de la
boquilla:
(a) quienes limitan la lechada presiones por debajo de los que conduciría a la fractura hidráulica;
(b) quienes creen fractura hidráulica es preferido para promover la penetración de la lechada.
Los autores son partidarios de evitar la fracturación hidráulica de la roca, ya que nos preocupa que
las fracturas abiertas por la lechada no sean completamente rellenadas por lechada y puede
empeorar la situación en lugar de mejorarla. No nos preocupa que la filtración se siga produciendo a
través de una fundación de la presa, ya que la condición de la presa está diseñada para manejar la
filtración. El siguiente análisis se basa en evitar la fractura hidráulica.
Como se ha señalado por Deere (1982), Deere y Lombardi (1985) y Lombardi (1985), la distancia de
penetración máxima es proporcional a la presión utilizada para el anclaje. Por lo tanto, es deseable
usar como una presión alta tanto como sea posible sin fracturar la roca.
La presión que se puede aplicar depende de las condiciones de la roca (grado de fracturación, a la
intemperie, tensiones in situ y la profundidad de la capa freática) y si lechada se lleva a cabo
utilizando un programa de compresión que se baja por el agujero en cada etapa (es decir, con el
envasador de fondo del pozo), o desde la superficie. El método empacador de fondo de pozo permite
presiones progresivamente más altas.
80
Houlsby (1977, 1978) y WRC (1981) presenta gráficos para permitir la estimación de presiones
máximas en la superficie del terreno. Estos se basan en la suposición de que la máxima presión en la
base de la etapa de lechada están dados por:
PB=∝d (18.2)
Donde PB= presión en la base del agujero en kPa; α= un factor depende de las condiciones de la
roca; 70 para roca “sana"; 50 para roca "promedio"; 25 a 35 para roca "débil"; d =
profundidad del fondo de la etapa por debajo de la superficie del terreno en metros.
Esto permite que el peso de la roca sobrepuesta tenga algo de más efecto y se ha encontrado que es
satisfactoria.
La tendencia a la fractura de la roca o "jack" bajo presiones lechada se reduce mediante el uso de
una presión relativamente baja para empezar a aplicar la lechada y edificar con el tiempo. Dado que
gran parte de la presión en la lechada se disipa en la superación de los efectos de viscosidad en la
fractura, lo que limita la presión transmitida a las partes exteriores de la penetración de la
lechada. Houlsby en CMR (1981) sugiere el uso de una presión inicial de 100 kPa (o menos) durante 5
minutos, a continuación, el aumento de la presión de manera constante durante los próximos 25
minutos hasta que se alcanza la presión máxima. La aparición de la fractura puede ser detectada por
la pérdida repentina de la presión en la parte superior del agujero, por el aumento de toma, fuga
superficial o mediante el control de los niveles de la superficie por encima de la roca que se aplica la
lechada.
Se recomienda por Houlsby que mampostea es "negativa" y que la presión se mantiene durante 15
minutos después de esto para dar tiempo a la colocación inicial. Otros sugieren que la lechada se
aplique hasta que toma menos de un volumen determinado en un período de 15 minutos, e.g. La
Autoridad del Agua WA (1988) especifica que la inyección de lechada se interrumpirá cuando es
inferior a 30 litros/20 minutos a 700 kPa o menos; 30 litros en 15 minutos a 700-1400 kPa; 30
litros/10 minutos para presiones superiores a 1400 kPa. También indican las presiones deben
mantenerse hasta que el "sistema" se ha producido. En la práctica las presiones máximas tendrá que
determinarse mediante monitoreo cuidadoso como las ganancias de la lechada.
18.3.7 Monitoreo del programa de inyecciónEs absolutamente esencial que se mantengan registros detallados de la operación de inyección. Esto
es necesario para permitir el desarrollo progresivo de la operación de inyección, por ejemplo, la
81
toma de decisiones sobre la profundidad de agujero, si se requieren orificios de cierre o si las mezclas
de lechada deben ser cambiadas. En la mayoría de los casos, también se necesitarán registros
detallados para fines de pago. Los asuntos registrados deben incluir:
Ubicación de los agujeros, la orientación, profundidades;
Profundidades de etapas;
Valor de la prueba de presión de agua para cada etapa antes de la lechada, incluyendo la
presión máxima utilizada;
Mezcla de lechada (es);
Presiones lechada, lleva por ejemplo a 15 minutos de intervalo y luego en el resumen;
Tiempos de Lechada;
Fugas, levantamiento;
Lechada total necesaria para cada etapa;
Importe de cemento en estas tomas;
Toma/unidad de longitud del asimiento de cemento.
Estos datos serán recogidos en gran parte por capataces pero un ingenieros geológicos deben
participar continuamente para interpretar el progreso de la mampostería, esto se relaciona con el
modelo geotécnico de la Fundación y tomar decisiones sobre cierre etc.. Esto implicará
invariablemente registros en secciones a lo largo y a través del eje de la lechada con datos geológicos
superpuestos.
18.3.8 prueba de presión del agua
Antes de cada etapa de inyección, una prueba de presión de agua debe llevarse a cabo. Esto se hace
utilizando un método similar al descrito en el capítulo 5, pero utilizando un procedimiento
simplificado, por ejemplo, la aplicación de una sola presión (100 kPa) durante 15 minutos, tomando
cantidades de flujo a los 5, 10 y 15 minutos para estimar el valor Lugeon.
18.3.9 Tipo de cemento
Tipo A comúnmente se utiliza un cemento portland (AS1315-1982) (tipo I, ASTM) o tipo C resistentes
a sulfato (tipo II) si las aguas subterráneas ácidas garantizan, por ejemplo en algunos embalses de
relaves. Hay un argumento para usar tipo C es marginalmente mejor que tipo A y debe penetrar en
las fracturas más fácilmente.
Deere (1982), Bozovic (1985) y Weaver (1993) indican que en algunos países de América del Sur,
EE.UU. y proyectos japoneses, cementos especiales microfinos han sido fabricados con la molienda
82
adicional. Estos cementos microfinos están disponibles con tamaño de partícula significativamente
más fina y mayor capacidad para penetrar en las fracturas finas. Ellos son significativamente más
caros que los cementos convencionales.
18.3.10 Predicción de lechada a utilizar
Por razones de estimación contractuales y el costo, es necesario para estimar la lechada a utilizar, es
decir, el volumen de lechada de cemento (o peso seco de cemento), que será absorbida por la base
durante la operación de inyección.
Esto es difícil de hacer con cualquier grado de exactitud debido a que la penetración de la lechada
depende de la abertura de fractura, la rugosidad, la continuidad y la interacción con otros conjuntos
de fracturas y la viscosidad de lechada, presión, duración, etc
Bozovic (1985) en su informe general del Congreso ICOLD concluye que la correlación entre la
lechada y el valor Lugeon a tomar es muy débil. Sugirió que teniendo en cuenta las diferentes
propiedades geológicas de lechada de cemento y agua, una correlación no puede existir
físicamente. La figura 18.22 muestra algunos datos de Ewart (1985), que muestra la correlación
pobre. Ewart (1985) presenta datos similares para la Presa Aabach, al igual que los Sims y Rainey
(1985) para la Presa Gitaru.
Los autores están de acuerdo en que, si se toma la lechada y el valor Lugeon se comparan
directamente, hay una pobre correlación. Sin embargo, son de la opinión de que, si el espaciamiento
de junta se utiliza para estimar aberturas de fractura y la penetración de la lechada se calcula a partir
del tamaño de partícula lechada, presión de la lechada, la viscosidad y el tiempo, debería ser posible
obtener una mejor predicción de la lechada a tomar. No se espera que la predicción que se da como
resultado sea precisa, sino sólo una mejora en la capacidad de predecir. Si se acopla este enfoque
con ensayos sobre la fundación de la presa se debería ser posible alcanzar la precisión razonable.
Se concluye que el mejor enfoque consiste en reunir datos de los sitios de represas en ambientes
geológicos similares y hacer estimaciones iniciales de toma por metro de agujero lechada sobre esta
base. Para cualquier grado razonable de precisión en la prueba de inyección en una parte
representativa de la fundación de la presa, con un cuidadoso control de la toma en los agujeros
primaria, secundaria, terciarios, etc Sin embargo si no se presta la debida atención a los equipos
utilizados y la selección de la zona a ser rellenadas, los resultados pueden ser engañosos.
83
Figura 18.22. Toma de lechada Vs Valor Lugeon (Jawantzky, en Ewart, 1985).
18.3.11 La durabilidad de las cortinas de lechada de cemento
Desde el conocimiento directo combinado de los autores, que se remonta a la década de 1950, las
cortinas de lechada de cemento de presas que han operado durante 50 años más o menos parecen
haber hecho su trabajo admirablemente. Sin embargo, hay evidencia que sugiera que agua se filtra,
aunque a tasas muy lentas, gradualmente lixiviarán algunos de los compuestos de la lechada
endurecida. En la Presa Thomson (Victoria) y Corin (ACT), existen iones de calcio (junto con los iones
de magnesio y sulfato) en el agua de infiltración en la base de las presas, pero sólo trazas de iones de
calcio en el agua de almacenamiento. Para muchas represas este deterioro muy lento
probablemente tendría poco impacto. La lechada tendrá que hacer su tarea principal de sellado de
los grandes defectos y la lenta pérdida de la lechada no dará lugar a más de un cambio en la
permeabilidad total de la masa de roca.
84
La pérdida de compuestos de la lechada endurecida probablemente comienza con la lenta pérdida
de exceso de cal (CaO2) que se disuelve en el agua de infiltración como hidróxido de calcio (Ca(OH )2
). En contacto con el aire (contacto directo o por el aire disuelto en, por ejemplo, agua de lluvia), las
formas de carbonato de calcio (CaCO3). Dependiendo de las condiciones de flujo, el CaCO3 puede
separarse de la solución. Otro mecanismo comenzaría con la solución en agua del dióxido de carbono
(CO2) a partir de bacterias en el suelo. El ácido débil resultante (H 2CO3), a continuación, se
combina con el exceso de cal para dar CaCO3.
Uno asumiría que este proceso de solución no es a diferencia de los procesos descritos en el capítulo
3 para la pérdida gradual de carbonatos en las rocas carbonatadas. Si una articulación en parte-con
lechada en la masa de roca tiene algunas zonas sin relleno y se filtra agua a lo largo de las partes
abiertas de las articulaciones, la lechada expuesta al flujo comenzará a sufrir algún tipo de pérdida.
Se espera tasas de pérdida muy lentas, sobre todo si sólo uniones estrechas efectivamente esta
disponibles para la infiltración de agua. Incluso si la pérdida de material permite que la lechada de
cemento se desintegre en cierto grado, algunas de las partículas inertes en la lechada de cemento
puede ser capaz de unirse a las partes abiertas de estas articulaciones para ayudar a mantener una
permeabilidad razonablemente bajo para la masa de roca.
Un proceso como el que acabo de describir parece haber ocurrido en la presa de Blowering, una
presa de enrocado de 112 m de altura en el esquema de las montañas nevadas (comunicaciones
personales con C. Houlsby en la década de 1980). En Blowering gran parte de la mampostería
probablemente fue hecho con relación W/C 5:1 y 6:1 (por volumen). La lechada débil en las
articulaciones de las rocas "sangra" significativamente, dejando manchas, de lechada de cemento
endurecido y agua. En última instancia el almacenamiento de llenado de agua la filtración fue capaz
de "atacar" los parches de lechada débiles y reducir la eficacia de la cortina de lechada bajo el
aliviadero CaCO3 ha depositado en el desbordamiento de capacidad inferior y redujo la capacidad
del sistema de drenaje. . El cambio real en la filtración total en Blowering se desconoce, ya que no se
mide la filtración debajo de la presa, pero el estribo izquierdo de la cresta una sola línea de cortina
de lechada tiene flujos filtraciones significativas a través de él.
Presa Talbingo (Snowy Mountains Esquema - terminado 1971) y Thomson presa (Victoria - terminado
1984) son dos presas bien controladas que tienen datos de filtración largos. Ambos son 160 m de
altura, presas de escollera. El almacenamiento en Talbingo se mantiene cerca de lleno todo el
85
tiempo, mientras que Thomson, un dispositivo de almacenamiento de agua, varía lentamente con el
tiempo y las condiciones meteorológicas.
En Talbingo, se utilizaron unas 14.000 bolsas de 40 kilos de cemento en la cortina y 12.000 bolsas en
la manta (en el área de contacto total del núcleo). En general, una relacion 3 a 1 en volumen de
agua/cemento se utilizó como una mezcla de partida, pero las mezclas fueron a veces adelgazado a 5
a 1 si el suelo resultó ser apretado. La filtración ha ido disminuyendo de manera constante desde que
los registros comenzaron a finales de 1982, casi 11 años después de que se completó el primer
llenado del lago. Los rangos de filtración de 16 l/s justo después de que comenzaron los registros a
10 l/s a principios de 2004. Estas cifras no indican un deterioro de la cortina, pero también se deben
tener en cuenta que:
Los defectos en los cimientos probablemente no eran grandes en número y la roca debajo de
la Fundación excavada para el núcleo era inherentemente fuerte para empezar;
Puede haber algunas "sedimentación" de las juntas abiertas en la masa de roca debajo del
hombro de escollera aguas arriba.
El volumen de la lechada en bolsas de cemento fue mucho mayor en la presa principal de Thomson.
Un total de casi 21.000 bolsas fue puesto en la cortina y más de 100.000 bolsas de la manta. Cerca de
8-9% del total fue en el lecho del río y bajo 20-30 m de los estribos, pero cerca del 50% se inyectó en
70 m del estribo derecho. El estribo derecho superior estaba formado por dos deslizamientos de
tierra que se cruzan y el suelo estaba abierto a 70-80 m por debajo de la superficie natural original.
En lo que va de Thomson la filtración de base en el período de 1990 a finales de 1996, cuando el
almacenamiento se encontraba en una forma continua de alto nivel, se registró a unos 10 l/s. La
permeabilidad estimada de la fundación es de 1-2 Lugeons, durante las investigaciones 100 valores
Lugeon eran comunes en el apoyo superior derecho.
Probablemente es demasiado pronto para llegar a conclusiones definitivas sobre la pantalla
impermeable en Thomson. Hasta la fecha no ha habido un deterioro medible.
Otra presa Snowy Montañas, Eucumbene, un dique de 116 m de alto con hombros escollera limitada,
parece que se han comportado de manera similar a la presa Talbingo. Los primeros registros de
1958, el primer llenado, a 1998 muestran que:
86
Nivel de Almacenamiento (RL m) Cabeza en la base del
núcleo (m)
Filtraciones (l/s)
1110 60 13
1143 93 17
1160 110 8
La conclusión sobre el potencial deterioro de la cortina de lechada sería el mismo que extrae de los
registros Talbingo, aunque los mismos dos factores conocidos por Talbingo probablemente se aplican
también a Eucumbene.
18.4 LECHADAS QUÍMICAS EN INGENIERÍA DE LA PRESA
18.4.1 Tipos de lechadas químicas y sus propiedades
Existen dos tipos distintos de lechadas químicas:
Grupo A - soluciones coloidales o prepolímeros, por ejemplo, gel de sílice, gel ligno cromo, taninos, coloides orgánicos o minerales, poliuretano;
Grupo B - soluciones puras, por ejemplo, acrilamida, fenoplásticas, aminoplásticas.
El comportamiento hidráulico de estos tipos de lechada es diferente:
Grupo A - se comportan como fluidos de Bingham con un esfuerzo cortante inicial necesario para movilizar a la lechada de cemento (como de cemento y cemento / lechadas bentonita);
Grupo B - comportarse como fluidos newtonianos - como por ejemplo el agua, pero con una viscosidad más alta.
Figura 18.23. Propiedades de flujo típicos para lechadas (adaptado de Littlejohn, 1985).
87
La figura 18.23 muestra las propiedades de flujo típicos de lechadas. Tenga en cuenta que la
viscosidad medida (en centipoises) es la pendiente de la gráfica en cualquier punto, la viscosidad
aparente es la pendiente de la línea que pasa por el punto (por ejemplo, el punto A) y el punto cero
(y no como un módulo secante en comparación con un módulo tangente de viscosidad real). La
intersección de la curva en el eje de tensión de corte es el "límite elástico" o "Valor de rendimiento"
(también llamado "cohesión" de Lombardi, 1985, por analogía con las resistencias a la cizalladura de
los suelos). El valor de cotización dependerá de la velocidad de corte y puede ser determinada por
extrapolación de la parte recta de la curva como se muestra en la Figura 18.23.
La mayoría de los métodos de medición darán la viscosidad aparente, más que el límite de elasticidad
y viscosidad real y esto debe ser tenido en cuenta. La experiencia de los autores es que, con lechadas
de cemento, el método propuesto por Nguyen y Bogor (1983, 1985), que utiliza un aparato de tipo
cizalla paleta muy sensible es el de mayor éxito.
La viscosidad depende de la concentración de la lechada y el tiempo después de la mezcla. Figuras
18.24 y 18.25 muestran estos efectos.
Figura 18.24. Viscosidad (aparente) como una función del tipo de lechada y la concentración (Karol,
1983).
88
Figura 18.25. Viscosidad (aparente) como una función del tiempo (Littlejohn, 1985).
El tiempo de gel es dependiente del tiempo y de la temperatura y de los aditivos que se utilizan
deliberadamente para controlarlo. Esto lo discute en Littlejohn (1985) y Karol (1985).
Existen muchos tipos de lechada y nuevos productos están llegando al mercado todo el tiempo.
Tablas 18.5 y 18.6 lista algunos de los morteros más comunes y sus propiedades. Karol (1982a, b,
1983) y Littlejohn (1985) discuten las propiedades químicas del lechadas con más detalle.
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Tabla 18.5. Algunas lechadas químicas y sus propiedades.
Tipo de Lechada
Corrosividad o
toxicidad Viscosidad Fuerza
SilicatosProceso joosten Bajo Alto AltaSiroc Medio Medio Medio/AltoSilicato/Bicarbonato Bajo Medio Bajo
LignosulfanatosTerra firma Alto Medio BajoBlox-all Alto Medio Bajo
FenoplásticosTerranier Medio Medio BajoGeoseal Medio Bajo/medio BajoRocagil Medio Medio Bajo
AminoplastosHerculon Medio Medio BajoCyanaloc Medio Medio Bajo
AcrilamidasAV-100 Alto Bajo BajoRogagil BT Alto Bajo BajoNitto SS Alto Bajo BajoTerragel Alto Bajo Bajo
PolyacrilamidasInyectitas 80 Bajo Alto BajoAcrilaosAC-400 Bajo Bajo Bajo
PoliuretanoCR-250 Alto Alto AltoCR-260 Alto Medio AltoTACSS Alto Alto Alto
90
Tabla 18.6. Lechadas Quimicas - Resumen de sus propiedades
Tipo de LechadaComportamiento
de los fluidosCentipoise de viscosidad
tipica Tiempo del Gel Estabilidad Ejemplos ComentariosSilicato de Sodio Neutoniano
inicialmente, luego Bingham
3-4 para la reducción de permeabilidad, 10 para la fuerza. Aumenta la viscosidad con geles de lechada
30- 60 minutos 1) Experimenta sinérsis (perdida de agua y la contracción de gelificación). 2) Inestable en medio alcalino.
Proceso de JoostenNo es tóxico y no es un peligro ambiental. Ls sinésis es un problema menos en suelos más finos (arena o limos). El limite es de arena media-fina. Krizak (1985) demostro mediante pruebas un aumente de 10 a 100 veces la permeabilidad con el tiempo a un gradiente de alta filtración.
Acrilamida Neutoniano Menos de 2Tiempo de gel controlado por aditivos de NaCl en el agua subterranea puede disminuir el tiempo de gel.
Permanente AM9 ( ahora anticuado debido a la neurotoxicidad).
AM9 fue la lechada mas popular durante mucho tiempo.Buena permeabilidad y permanencia.
Inyectiva 80 (tiene una viscosidad mas alta).
AM9 fue reemplazado por metil acrilamidas, pero la toxicidad del monómero que no ha reaccionado se mantiene
Fenolplastico Neutoniano 1.5 a 3 inicial y constante hasta que se inicie el gel. Tiempos de
geladificación controlada por aditivos
Permanente, excepto en condiciones donde se alternan mojado/seco
Resorcinol + Toxicidad media.Formaldehido + Geosel de 2 - 10 centipoises fue
utilizado en la presa Worsley (Brett (1986) ).
NaOH por ejem. Geoseal
Aminoplastico Neutoniano 5, hasta 10-20 con aditivos para estabilizar el tiempo del gel.
Tiempo de gel controlado
Solo el gel en medio acido (pH < 7).
Basado en urea y formaldehido
Toxicos y corrosivos antes de la gelificacion (catalizador acido).
Permanente excepto en condiciones de mojado/seco
Polimero de Acrilato Neutoniano 2 Tiempo de gel
controladoPermanente AC-400
Reemplaza el AM9. Solo el 1% es toxico.
Krizek & Perez demostraron con sus pruebas que no se deterioraban con el tiempo bajo altos gradientes (100).
91
18.4.2 penetrabilidad lechada en el suelo y la roca
La penetración de la lechada depende de:
(I) Si la penetración es por permeación (impregnación) en los huecos en el suelo o al
causar fractura hidráulica en exceso a las tensiones horizontales situ (0.5-2 veces la
presión de sobrecarga), o una combinación de ambos. Australia y en el extranjero en
general (excepto francia) se da la práctica de limitar la presión a la fase de
permeación;
(II) Las propiedades de viscosidad de la lechada y a continuación, la presión y el tiempo
para el que procede el rellenado.
Para fluidos Bingham, hay un radio límite a la que la lechada puede ser bombeada a causa de la
tensión de cizallamiento necesaria para movilizar la lechada. Littlejohn (1985) indica que en el
suelo esto puede estimarse a partir de:
RL=δW gHD
4 τs+r (18.3)
Donde RL= Limite del radio de penetración; δW= densidad del agua; g= aceleración de la gravedad;
H= carga hidráulica; D= diámetro efectivo del poro promedio; τs= limite elástico de Bingham; r=
radio de inyección esférica; fuente 12LD, donde L=longitud del agujero; D= diámetro y
d=2√ 8μkδW gn
(18.4)
Dónde: μ= viscosidad de lechada centipoises; k = permeabilidad del suelo; n = porosidad del suelo.
En articulado roca, con una abertura de articulación 2a, Lombardi (1985) indica que el radio
máximo viene dado por la ecuación 18.5.
Esto equivale a:
RL=Haτs
(18.5)
92
Para el flujo newtoniano, en el suelo isotrópica uniforme de una fuente esférica, Littlejohn (1985)
indica que:
(18.6)
Donde Q = velocidad de flujo en el radio de penetración y R el tiempo para la lechada penetrar.
(18.7)
Es decir, el tiempo es proporcional a R3. Esto determina que un número relativamente cerca
espaciados de agujero se utilizan para tiempos lechada económicos, por ejemplo, 0.5 m y 2.5 m.
Existen diferentes tablas y gráficos que indican los tipos de suelos y la permeabilidad del suelo que
económicamente se puede rejuntar, por ejemplo Littlejohn (1985) sugiere la tabla 18.7 y la figura
18.26.
Tabla 18.7. Límites de lechadas de mezclas comunes.
Tipos de Suelos Arenas gruevas y gravas Arenas medias y finas Arenas limosas o arcillosas, limosCaracteristicas del suelo
Diametro de los granos D10 > 0.5 mm 0.02 < D10 < 0.5 mm D10 < 0.02 mmSuperficie especifica S < 100 cm-1 100 cm-1 < S < 1000 cm-1 S > 1000 cm-1
Permeabilidad K > 10-3 m/s 10-3 > K > 10-5 m/s K < 10-5 m/s
Tipo de Mezcla Suspenciones BinghamSoluciones coloidales
(gels) Soluciones puras (resinas)
Lechada de ConsolidaciónMezcla de cemento
aireado (K > 10-2 m/s)
Geles de Silice duros doble tiro Joosten (K > 10-4 m/s),
solo tiro: Caronogel, Givanol, Siroc Aminoplasticos, fenoplasticos
Lechada de impermeabilidad
Mezcla aireada, bentonita, gel, gel de arcilla, arcilla/cemento
Gel de bentonita, lignocromados, gel de silice suave, aceites vulcanizables, otros
93
Figura 18.26. Límites de la inyectabilidad de lechadas basado en la permeabilidad de arenas y Gravas
(Littlejohn, 1985).
Karol (1985) sugiere que, con base en una revisión de la literatura, la figura 18.27 es una
valoración conservadora del relleno de lechada por penetración, es decir, sin agrietarse.
Figura 18.27. Límites de la lechada.
94
Caron (1982) sugiere la Tabla 18.8 como base para determinar si la lechada es posible,
dependiendo de las condiciones del terreno y del tipo de lechada de cemento.
Tabla 18.8. Límites de la lechada (Basado en Karol, 1985).
Tipos de SuelosSuelos fisurados coherentemente Suelos granulares sueltos
Tipo de metodo de inyección
Fisuras grandes medianas K > 5x10-7
m/seg
Fisuras muy finas
K < 5x10-7 m/seg
Gruesos y medianos
K > 10-3 m/seg
Fino K < 10-3 m/seg
Por Fracturamiento - - C CPor Impregnación C CG C CG
Por Fracturamiento - - - CG C= Lechada de Cemento; CG= Lechada Química; - = Ningún caso para mamposteria.
Es difícil imaginar un caso en el que la inyección de suelos con una permeabilidad alrededor de
10−7m / s se justificaría o daría lugar a una reducción significativa de la permeabilidad.
18.4.3 técnica de inyección de cemento
El enfoque básico para el uso de las lechadas químicas es similar a la de lechadas de cemento:
Lechada se inyecta en los orificios bajo presión;
Los agujeros son perforados y rellenados por etapas para lograr un valor de Lugeon
deseado o cierre de la permeabilidad;
Cuando la lechada en la roca en la que los agujeros permanecen abiertas envasadores se pueden
establecer, por lo general se adoptaría un empacador de lechada proscenio.
Sin embargo, en la mayoría de las operaciones de lechadas químicas, ya sea roca extremadamente
erosionada (es decir, prácticamente las propiedades del suelo) o el suelo se está asentando, y es
necesario para apoyar el agujero de colapso y utilizar diferentes métodos para inyectar la lechada.
La figura 18.28 muestra la técnica del tubo a manchette ("tubo con mangas") que se utiliza en
Europa (y Australia) para la lechada con productos químicos.
95
96
Figura 18.28. Sistema de lechada Tuba a Manchette ( tubo con mangas) (adaptado de Brett, 1986).
En esta técnica se taladra el agujero y es entubado en toda su profundidad, el orificio es llenado
con una lechada de cemento/bentonita y el tubo-a-manchette instalado. Este consiste en un rubo
de PVC de 40 mm a 60 mm de diámetro, con pozos de 6 mm de diámetro en la pared del tubo en
intervalos de 300 mm o 333 mm. Los orificios están cubiertos por un manguito de caucho.
Una vez instalado, la cubierta se retira y la lechada permite “ajusta” para dar una baja resistencia,
lechada relativamente frágil.
La operación de inyección se lleva a cabo mediante la reducción de un doble empacador para
aislar un conjunto de orificios de salida, como se muestra en la figura 18.28, el establecimiento de
los envasadores, a continuación, la aplicación de la presión de la lechada. La presión de la lechada
levanta el manguito de goma, fractura la lechada de bentonita-cemento y permite que la lechada
química para penetrar en el suelo o roca erosionada.
Una idea de la permeabilidad de pre-lechada puede obtenerse a partir de la tasa de flujo y la
presión de la lechada, pero, como se explica por Caron (1982), esto puede no ser exacta debido a
97
las pérdidas de presión incuantificables a través de las fracturas en la lechada de
cemento/bentonita.
Caron (1982) indica que, al aplicar lechada en arenas y gravas, la práctica varía de un país a otro.
En Estados Unidos y Japón, lechada es comúnmente desde la parte inferior de la carcasa usada
mantenerla el agujero, con la carcasa gradualmente retirada. Para una lechada de dos disparos,
tales como cloruro de sodio silicato de calcio, se inyecta la lechada base (silicato de sodio) como la
carcasa se baja y se retira la lechada reactivo (cloruro de calcio) como la carcasa (como se muestra
en la figura 18,29).Este método permite la verificación de permeabilidad antes de aplicar la
lechada (pero sólo crudamente fuera de la parte inferior de la carcasa) y ofrece un control más
pobre que el sistema de tubo-a-manchette.
Figura 18.29. Método de agujero abierto en el fondo de la lechada (Littlejohn, 1985).
98
Como se muestra en la Figura 18.30, la inyección de lechada debe realizarse sobre la base de
"cierre" de profundidad y un plan y al menos 3 líneas de agujeros se deben utilizar para lograr
esto. El espaciamiento inicial debe ser de 2 a 3 veces el espaciamiento final previsto.
Figura 18.30. Puesta en escena de lechada química (Littlejohn, 1985).
18.4.4 Aplicaciones a la ingeniería de presas
Lechadas químicas son caros en comparación con lechadas de cemento o cemento-bentonita.
Como resultado, el uso de lechadas químicas se limitará a aquellos casos donde la filtración es
crítico y no controlable por lechadas de cemento o en casos de obras correctivas, particularmente
en fundaciones aluviales (suelo) donde lechadas de cemento no son aplicables.
Al igual que en el uso de lechadas de cemento, hay un límite a la permeabilidad que puede
lograrse mediante lechada química. Littlejohn (1985) sugiere que las permeabilidades prácticas
promedio mínimas son:
X 10−7m / sec en arenas gruesas y Gravas (y sólo después de "productos químicos
sofisticados, con cuidado procedimientos de inyección y una estrecha supervisión”);
X 10−8m / sec en rocas fisuradas.
99
Puesto que el ancho de la cortina de lechada es probable que sea estrecho (decir 1 m a 1.5 m
máximo por fila de agujeros), reducción significativa filtración resultará sólo cuando la
permeabilidad original es relativamente alta en comparación con la cortina de lechada (véase
figura 18,13).
Brett (1986) presenta un argumento convincente para dos o tres etapas de cemento/bentonita,
seguido de lechada química. El primero es para llenar los vacíos más grandes y por lo tanto reducir
el costo de los productos químicos. Figura 18.31 ilustra este enfoque.
Figura 18.31. Sistema de lechada múltiple (Brett, 1986). (a) las propiedades del terreno, (b)
primera etapa lechada de cemento, (c) segunda etapa lechada de bentonita, (d)tercera etapa
lechada química.
En muchos casos en el pasado donde las lechadas químicas han sido utilizadas para reducir fugas
en presas en la arena aluvial y bases de grava, ahora sería más fiable y menos costoso de usar
zanja de suspensión o en la pared del diafragma puntos de corte construida de bentonita o de
bentonita-cemento. Estos dan una anchura uniforme más controlable que cortes de baja
permeabilidad que se puede lograr con lechada y serían generalmente la preferencia de los
autores (véase el Capítulo 9 para más discusión sobre este asunto).
100
Los ejemplos de la utilización de química lechada en presas se dan en Littlejohn (1985), Brett y
Osborne (1984), Davidson y Pérez (1982) y Graf et al. (1985).
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
GEOTECHNICAL ENGINEERING OF DAMS – Robin Fell, Patrick MacGregor, David Stapledon & Graeme Bell.
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