INSTRUMEtITACION EN PRESAS DE EtffiOCADO

Jorge E. Hacelas1 y Carlos A. Ramírez2

RESUMEN

Este artículo discute la finalidad y los principios de la instrumentación en

presas que dependen del enrocado como el elemento estructural mas importante.

Estas íncluy~n las presas de relleno de enrocado o gravas cuyo elemento im-permeable pued~ser un núcleo de suelo de baja permeabilidad o una losa deconcreto f~~dida sobre el talud de aguas arriba. También se discute la tri-

ple finalidad de las observaciones mediante ejemplos de presas recientementeconstruídas.

1. FINALIDAD DELA INSTRUMENTACION

Los instrumentos se instalan para poder observar el comportamiento de las

presas durante su construcción, y ~~s tarde durante el período de operacióndel embalse. La finalidad especifica de las observaciones es triple y puededescribirse como sigue:

1. Proporcionar la información que permita verificar continuamente las hipó-tesis adoptadas en el diseño, de modo que durante el período de construc-

ción puedan efectuarse, si es del caso, modificaciones al proyecto o alsistema de construcción. .

2. Suministrar datos que permitan conocer si la estructura terminada va a

funcionar de acuerdo con lo previsto. Toda presa de importancia ha pre-

sentado durante su construcción o después de ella interrogantes que hanoriginado inquietud acerca de su comportamiento y aún de su estabilidad.Si la presa no ha sido adecuadamente dotada de instrumentos de observa-

ción la investigación de las causas de la aparente anormalidad tropiezacon grandes obstáculos. Por el contrario, si su comportamiento está

bien documentado, las causas de cualquier cambio aparentemente peligrosopued~n ser detectadas o explicadas: .

. ,

3. Obtener información básica utilizable en diseños futuros de presas altas.

La solución parcial de muchos problemas importantes, tales como el agrietamientointerior de los terraDlenes, la deformación de los enrocados ba

ío su propio peso y por el emp~je del embalse, la predicción de las pre=siones intersticiales en núcleos compactadas y los efectos sísmicos so-bre la estabilidad general, ha sido posible gracias a la observación di-

recta de ~as presas mismas. El valor de los análisis teóricos dependen

de un conocimiento detallado y confiable del comportamiento de las presas.

1. Aso~iado Principal,INGETEC S.A., Ingeniero Residente, ~royecto Hidroe1é~trico de Salvajina.

2. Ingeniero Especialista, INGETEC S.A., Ingeniero Jefe Oficina Técnica,Proyecto Hidroeléctrico de Salvajina.

NIt)....

2

durante su construcción y en condiciones de operación.

,os principales problemas potenciales en presas de tierra y enrocado que de-

roestran la necesidad de ser insfrumentados son los siguientes:

Inestabilidad de la construcción causada por presiones intersticiales al'

tasen el materialrelativamenteimpermeabledel núcleo. -Saturación del espaldón de aguas arriba durante el primer llenado del

embalse. Este origina a menudo un incremento de los asentamientos 'y mo

vimientos hacia aguas arriba (Marsal y Ramírez de Arellano, 1965), y encasos extremos, puede fallar el talud a consecuencia de una disminuciónde la resistencia del relleno o de la fundación al deslizamiento por causa de la subpresión. . -

b.

c. Falla del talud en la parte superior del espaldón de aguas arriba bajo

condiciones de desembalse rapido.

Fallas inducidas por sismos, particularmente cuando en la presa o en la

fundación existen zonas saturadas compuestas de materiales susceptibles

de licuarse bajo la acción de cargas dinámicas.

Agrietamiento del núcleo como resultado de tensiones originadas en ase~

tamientos diferenciales importantes; como los que ocurren cuando los es

tribos son relativamente pendient~s y esencialmente incompresibles, o -cuando hay diferencias apreciables en la compresibilidad de los materi~

les que conforman el terraplén. .

Infiltraciones altas a través de la fundación de la presa o de los estribos.

d.

e.

f.

g. Deformaciones excesivas del espaldón de aguas abajo que se reflejan en

el núcleo.y pueden amenazar la estabilidad del espaldón mismo.

Para el, caso de presas de enrocado cuyo elemento impermeable esta constituí

do por una losa de concreto sobre el talud de aguas arriba, el problema prIn

cipal radica en hacer que el relleno granular, relativamente deformable, seacompatible con la losa de concreto relativamente mas rígida. Es necesarioque el sistema de juntas de la losa de concreto sea capaz de absorver las de

formaciones del relleno sin que por ello se afecte su estanqueidad. -

Aunque todos estos problemas son estudiados concienzudamente durante la eta

pa de diseño y se tienen en cuenta al escoger el sitio de la presa, preparar

su fundación, elegir los materiales, zonificar la sección de diseño y esta-

tuir las especificaciones de construcción, los métodos de analisis no son

aún 10 suficientemente adecuados para predecir con seguridad la manera como

se comportara la estructura; de aquí que su observación permanentemente con

los instrumentos adecuados sea indispensable para confrontar el comportamien

to del prototipo con el supuesto en el diseño y para descubrir oportunamente

discrepancias y condiciones anómalas.

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--1

3

2. OBSERVACIONES rmCESARIAS

La~ observaciones q~e conviene efectuar en las presas varían de acuerdolas características de cada una. Sin embargo, normalmente se miden las

siones intersticiales, las deformaciones, las presiones de tierra v lostos sísmicos.

Conpre-efec

Presiones Intersti"iales

La medida de'las presiones interst ciales inducidas por el peso del material

de relleno,por la carga hidrostat ca y por las infiltraciones es importante,ya que tales presiones disminuyen os esfuerzos efectivos de los que dependela resistencia al corte y por lo tanto la estabilidad de la estructura.

Es tamblén importante medir las en la fundación particularmente si esta contie

ne materiales de baja permeabilidad , y para comprobar la efectividad de las-inyecciones y de los drenajes.

Medida de las Deformaciones

Es necesario medir asentamientos y deflexiones, no solamente en la cresta ylos taludes, sino también dentro del cuerpo de la presa, particularmente en

presas altas y compuestas de diferentes zonas de materiales con compresibilidades disímiles. Deben medirse también los asentamientos de la fundación aún

siendo de roca, ya que estos pueden ser significativos. Siempre que se re-quiera conocer movimientos absolutos, los puntos de observación deben estarligados tanto vertical como horizontalmente a otros de referencia suficiente-

mente alejados y libres de la influencia de la presa y del embalse. Usualme~te es aconsejable un conjunto de aparatos que revele las zonas en aonde ocu-

rren movimientos diferenciales, y en particular que permitan investigar losdos puntos siguientes: a) el grado de compatibilidad entre las deformaciones

del núcleo y las de los espaldones adyacentes, el cual se conocera observando

los movimientos que ocurran en la vecindad de las zonas de contacto. Tal ve_rificación es importante porque la incompatibilidad en las deformaciones pue-de producir altas concentraciones de esfuerzos y la consiguiente formación de

grietas. b) La propensión demostrada por la experiencia, que tienen las pre-sas altas a desarrollar grietas extensas cerca de la cresta y los estribos.Por consiguiente es importante registrar los movimientos que ocurran cercadel coronamiento tanto en el sentido longitudinal como en el t~ansversal..

Mediante la medidacalcular el módulo

trucción. Este ~slos enrocados.

de los asentamientos entre capas de enrocado, es posiblede compresibilidad del relleno de la presa durante su consun valor muy útil en la evaluación del comportamiento de -

Para las presas con cara de concreto, el módulo de compresibilidad proporcio-na una base para el calculo de los movimientos de losa bajo la carga del em-

balse. Para este tipo de presa, así como también para las presas con núcleo,el módulo de compresibilidad permite estimar los asentamientos después de construcción v si la magnitud de estos con el tiempo va a ser de consideración. -

En las presas con cara de concreto, además, de los asentamientos y deflexiones

del relleno, es necesario determinar los movimientos relativos sobre losas

I

4 5

adyacentes. También, en este tipo de presas, es conveniente determinar lasdeformaciones unitarias en el concreto, para así conocer los niveles de esfuer

zos de este y correlacionar las deformaciones con los movimientos de las jun~taso

cada uno.'

4.1 Piezómetros

Piezometro de tubo abierto

La medición de las presiones de tierra proporcionan datos de la manera como

se redistribuyen los esfuerzos en el enrocado po~ la transferencia de carga,

esto no solamente entre el núcleo y los espaldones de roca, sino también en-

tre uno y otro estribo, a través del valle.

El piezómetro de tubo abierto, ilustrado en la Figura 1, es el mas senci110 actualmente en uso. Fue desarrollado en los Estados Unidos, princi-

palmente por el doctor A. Casagrande (1949) a mediados de la década delcuarenta, y consiste esencialmente en un~ punta porosa enterrada y comu-

nicada con la superficie por medio de un tubo de pequeño diametro. Lapresión en los poros se mide por la altura del agua en el tubo, la cualse conoce haciendo bajar desde la superficie una sonda elé~trica y una

cinta métrica. Este tipo de piezómetro tiene la desventaja de requerirun tiempo demasiado largo para registrar un cambio en la presión intersticial, debido al volumen de: agua relativamente grande que debe desplazar-se para obtener e~uilibrio, por lo que son generalmente usados en mate-riales de permeabilidad media a alta. Este problema, sin embargo, pue-de aliviarse en parte 'proveyendo alrededor de la punta del piezómetro

cierto volumen de.material poroso (arena) que actua como colector.

Presiones de Tierra

Es conveniente registrar las ~resiones de tierra en puntos distribuidos, den-tro del relleno de la presa, con el objeto de descubrir zonas de esfuerzos

de compresión bajos (ó aún de tensión) y las sujetas a altas concentracibnesde esfuerzos. Estas medidas son ademas necesarias para poder efectuar un

análisis mas preciso de estabilidad y de los probables asentamientos y para

investigar mas completamente los dos problemas expuestos en el paragrafo an-terior.

Piezómetro hidraulico del circuito cerrado

Registros Sísmicos

Los piezómetros hidraulicos de circuito cerrado los utilizó por primera

vez el United States Bureau of Reclamation (USBR) (Daehm, 1962) en 1939con el fin de solucionar los prob~emas que causan las burbujas de aire

en los piezómetros de tubo abierto y también para lograr tiempos dereacción más cortos.

Con el fin de estudiar el efecto de los movimientos sísmicos sobre la presa

y su vecindad, deben instalarse acelerógrafos tanto en la fundación como enel cuerpo de la estructura en diferentes puntos. Este registro es particu-

larmente importante en zonas de actividad sísmica.

Una vez elaborado el diseño de la instrumentación y escogido el tipo de

ratos por instalar, el éxito de la instrumentación estriba en el diseñoprocedimiento de instalación.

apa-y

En este tipo de piezómetros la presión es transmitida desde la punta po-

rosa a un manómetro localizado a una elevación mas baja por medio de dostubos plásticos. Se requieren dos tubos con el fin de circular agua através del' sistema y así remover el aire atrapado antes de efectuar lalectura.'

3. INSTALACION

Los instrumentos que se localizan sobre la cara de concreto son protegidoscon estructuras metalicas o de concreto. Es práctica común qüe los cables

de conducción se extienden a través del concreto de las losas mediante tuberias de conducción.

Recientemente se ha introducido el uso de piedras porosas de cerámica con

un alto valor de aire de entrada (air entry value), para tratar de eliminar los proble~as asociados con la medida de la presión de aire inters-ticial en 105 suelos parcialmente saturados. En estos suelos, el aire

contenido en los vacios tiende a entrar en la punta porosa a menos que

los espacios vacios de esta sean 10 suficientemente pequeños para evitarlo (Bishop et.al,,1964). Si la punta porosa del piezómetro permite la

entrada de' aire, la 'presión que esta registra es la del aire en vez dela del agua y se obtienen así valores erróneos, más altos que los reales.

Los instrumentos localizados dentro del relleno de la presa y que se contro-lan desde centros remotos de observación generalmente se instalan dentro de

trincheras y son apoyados y cubieros por materiales clasificados y compactados en capas delgadas con equipos ligeros, hasta lograr un grado de compactadión similar al material circundante. Las tuberías se extendienden en for--

ma ondulada para evitar que las deformaciones del relleno las inutilicen.

No obstante el uso de piedras porosas de grano muy fino, algo de airepuede aún entrar al sistema por difusión y para removerlo se hace circu-lar agua desaireada; el aire se retira en una trampa de aire localizadaen la líneade retorno. -

4. INSTRUMENTOSDE MEDIDA

Piezómetros de diafragma

A continuación se presenta un resumen de los principales instrumentos de me-

dida, junto con una breve descripción del principio básico de operación deEstos piezómetros reaccionan rapidamente a cambios en la presión inters-

ticial, no presentan el problema de aire en los conductos de los piezó-

.

6 7

metros hidráulicos

a cualquier nivel,zómetro.

y es posible instalar el aparato terminal de medida

independientemente de la cota de instalación del pi~

presión intersticial en un manómetro colocado en el punto terminalde medida.

Normalmente basta, para dilatar el diafragma, una presión ligeramentesuperior a la existente alrededor del niezómetro. La diferencia en-

tre la presión que indica el manómetro y la intersticial existente

alrededor del piezómetro, se determina por calibración antes de ins-talar cada aparato.

a. Piezómetros eléctricos

En estos instrumentos, la presión ejercida contra U~ diafragma metá

lico delgado, montado dentro de la celda piezómetrica detrás de 1a-

piedra porosa, se mide determinando la deflexión del diafragma me-diante extensómetros de resistencia o de alambre vibratorio. 4.2 Indicadores de Movimiento

Los piezómetros electricos de diafragma con extensómetros de resis-

tencia fueron desarrollados en los Estados Unidos por R.W. Carlson

(Terzaghi, 1943) y en Holanda por Plan tema y Boiten (Plantema, 1953)

en la decada del cuarenta. Las compañías europeas 'faihak (Muhs,

1954) y Telemac desarrollaron en 1950 los piezómetros electricos conextensómetro de alambre vibratorio.

Indicadores de movimiento vertical

l. Puntos superficiales de referencia

El extensómetro de alambre vibratorio se basa en el principio de quesi un alambre a tensión es deformado, el cambio resultante en los esfuerzos altera la frecuencia natural de vibración del alambre.

Los puntos ,superficiales de referencia consisten en barras de acero

de 1.50 a 1.80 metros de 'longitud empotradas en concreto y protegidasdentro de tubos de hierro galvanizado. Los mojones se instalan usual

mente en los taludes y en la cresta de las presas sobre relleno debi-rlamente compactado. El diseño de los puntos superficiales sobre lostaludes implican un compromiso entre la distancia horizontal del bor-

de del talud en que es necesario instalarlos para cumplir el requisi

to anterior y la altura necesaria del mojón para que sobresalga del-talud.

En su forma más simple, el medidor como se ve en la Figura 2, consta

de un alambre tensionado entre dos soportes, y de un magneto perma-nente combinado con uno electrico. Cuando se envía un impulso a

traves de este, el alambre vibra en el camno del magneto permanentey con sus vibraciones induce una fuerza electromotríz alterna en las

espiras del electromagneto; esta fuerza cuya frecuencia es igual ala rlevibración del alambre, es transmitida por un cable a un fre-cuenciometro distante.

Tanto los movimientos verticales como los horizontales se determinan

mediante metodos topográficos convencionales.

2. Medidores de tubos deslizantes ~

En los piezómetros electricos con extensómetros de resistencia, ladeflexión del diafragma causa un movimiento del extensómetro adheri-

do a aquel por su cara posterior. El movimiento origina un cambioen la resistencia del extensómetro que se mide en el circuito de unpuente de Wheatstone previamente calibrado.

Estos aparatos de medida, de uso común, fueron ideados nor el United

Stat~s Bureau of Reclamation (Earth Manual, 1963) y se ilustran enla Figura 4. Consisten en tubos de acero telescópico a los cuales

se anclan crucetas horizontales a intervalos verticales regulares.A medida que el suelo se asienta, arrastra consigo secciones de tubo

que luego son relocalizados en sus nuevas posiciones bajando nor ellos

una sonda provista de uñas retráctiles que se enganchan a su vez enla narte inferior de cada sección de tubo. Una vez medida la profun

didad a que se encuentra el extremo de cada tubo, las uñas se cierran

para que la sonda, pueda extraerse desde la parte superior. La magnitud de los movimientos verticales se obtienen hallando la diferencia

entre las elevaaiones medidas con la sonda y las establecidas origi-

nalmente al inst~lar cada sección. El objeto de la cruceta que se

ancla a cada sección vertical de tubo es asegurar que estos se asienten junto con el suelo circundante. -

~ b. Piezómetros neumáticos e hidráulicos de diafragma

Un piezómetro neumático de diafragma con sensor electrico fue usado

por primera vez por el United States Bureau of Reclamation (Muhs,

1954) en 1935. Sin embargo, este tipo de instrumento solo fue per-feccionado hace pocos años por A. A. Warlam (Warlam y Thomas, 1965)

v E. B. Hall (Hall, 1973) en los Estados Unidos y por la ComisiónFederal de Electricidad (CFE) (Marsal y Ramírez de Arellano, 1965)

en Mexico. Los piezómetros hidráulicos de diafragma fueron desarro

lIados en Europa por la Compañía Gloetzl (Lauffer v Schober, 1964)~

En este tioo de instrumento, que se muestra en la Figura 3, la pre-sión intersticial Que actúa sobre una cara del diafragma del piezó-metro se equilibra aplicando sobre la cara opuesta una presión cono-

cida de aire, nitrógeno o aceite. Cuando se logra el equilibrio hayuna dilatación milimetrica del diafragma que nermite un flujo de re-torno y cuando este se estabiliza en un valor determinado se lee la

Otro tipo de aparato para medir movimientos verticales fue ideado en

Alemania por el doctor K. Idel (Lauffer y-Schober, 1964) y por laBuilding Research Station en Inglaterra. Este consiste en seccionestelescópicas de tubo plástico y de discos metálicos anulares que secolocan alrededor de aquellos a intervalos regulares. Los discos nose anclan a las secciones de tubo y así son libres de moverse indepe~

dientemente de el. A medida que el suelo se asienta los discos

8

cambian de posición y son relocalizados por medio de una sonda eléc-trica que es basicamente un oscilador de radio - frecuencia. La

sonda se baja mediante un cable por las secciones de tubo plásticoy cuando esta pasa f.rente a cualquiera de los discos metálicos generauna señal que el cable, actuando como antena, transmite al exterior,donde es recogida por un radio receptor.

En esta forma se determinan las posiciones de los discos con refere~cia a una escala de distancia grabada en la cubierta del cable détracción.

3. Celdas hidráulicas de asentamiento ~.

Este tipo de instumentos ha sido de uso común en las presas con carade concreto. Consta basicamente de un vertedero comunicado con el

centro de observación mediante una manguera, a través de la cual sehace circular agua hasta restablecer el nivel del vertedero. El sis-

tema está dispuesto de tal forma que, ap~ovechando el principio de.los vasos comunicantes, el nivel del ver~edero sea resgistrado en el

centro de control, referenciado a una cinta métrica vertical. que asu vez es controlada topográficamente. En la Figura 5 se ilustran

los detalles de una celda de este tipo. El vertedero es protegido conuna caperuza de concreto prefabricado, y las mangueras son transporta-das a través de tubos de PVC.

Medidores de movimiento horizontal

l. Extensómetros de unselo punto

Este tipo de extensómetros registra el cambio en distancia entre dosplatinas separadas algunos metros por medio del cambio de resistenciaque sufre una bobina colocada entre las platinas. Este instrumentofue ideado en México DOr la Comisión Federal de Electricidad (Marsal

y Ramírez de Arellano: 1965) y en los Estados Unidos por S.D. Wilson(1967). Estos extensómetros, miden basicamente la deformación hori-

zontal en un solo punto, pero es posible instalar varios en un solositio para así medir deformaciones en diferentes direcciones. El cam

bio de distancia entre las platinas puede detectarse con una exacti--tud bastante alta, del orden de 0.01% de deformación unitaria.

2. Medidores de tubos deslizantes

Existen varios tipos de estos instrumentos, actualmente en uso. Uno

de ellos, mostrado en la Figura 6 fué ideado en Alemania por el doc-tor K.H. Idel y es idéntico al descrito en la sección de indicadores

para medir movimientos verticales, con la excepción de que las sec-ciones de tubo plástico se colocan horizontalmente. En los Estados

Unidos el California Department of Water Resources ideó un extensóme-tro que es basicamente igual al usado por el Bureau of Reclamation p~ro colocado horizontalmente (Wilson, 1967). La localización de las

crucetas, como puede verse en la Figura 5 se obtiene midiendo la lon-gitud de un alambre tensionado desde cada una de ellas al punto ter-minal de medida.

.

9

"

Junto con el extensómetro eléctrico Tdel, se puede usar una sonda hi

dráulica desarrollada en Austria por la Empresa de Energía del .Tiro!

(Lauffer y 5chober. 1964) con el fin de determinar e] perfil comple-

to de asentamiento~ a 10 largo de las secciones de tubo plástico.

F.] dispositivo, ilustrado en la Figura 6 se basa en el principio de

vasos comunicantes. La sonda, que es un recipiente con agua, va uni

da a un manómetro a través de una manguera y se hace circular por eg

tre los tubos plásticos por medio de un alambre que pasa por una po-

lea fija en un extremo. La sonda se puede detener en cualquier pun-

to para leer el nivel de agua en el manómetro v así obtener la eleva

.ción de !os diversos puntos.

~. Inclinómetros

Estos aparatos, se utilizan para medir la deformación de un tramo de

tubería, que es vertical o inclinada.

El sistema consta de tres partes: la sonda, la consola de control yla tubería de aluminio. La inclinación de la tubería es registrada

por dos servo-acelerómetros. Esta envía señales eléctricas, propor-cionales ~l grado de inclinación de la tubería, en dos direc~iones

perpendiculares; dichas señales son recibidas en la consola de con-

trol, donde son leídas en un medidor digital electrónico, calibradopara. proporcionar directamente el serio del ángulo. de inclinación.(Hall, 1972).

Se requiere efectuar un levantamiento inicial para anotar las desvia

ciones respecto a la vertical, o respecto a la posición inclinada original, observando tramos cortos de la tubería; los cambios en incli--

nación se determinan por levantamientos sucesivos, en los cuales esnecesario observar los mismos puntos que en el nrimer levantamiento.

Los cambios registrados se pueden integrar para obtener la deflexióntotal experimentada por la tubería entre dos series de lecturas.

La precisión no depende tanto de la sensibilidad del inclinómetro como de la condición de hacer todas las lecturas- con la misma orient~

ción del instrumento y observando los mismos puntos de la tubería. -Medidores de deformaciones en caras de concreto

l. Medidores de Juntas

Consiste en una tubería telescópica dentro de la.cual se halla

insertadb.un transductor de desplazamiento lineal. Asegurandolos extremos del aparato a losas advacentes de la cara de concre-

to es posible determinar movimientos relativos entre estas por me

dio de lecturas a través de una consola digital.

Las mediciones se llevan a cabo e~ tres direcciones perpendicula-

res, véase la Vigura 7:

1.

2.

junta para determinar su apertura o cierre.

losa de concreto para determinar su asentarnien

la losa perimetral.

Normales a la

Normales a la

to respecto a

10

3. Paralelo a la junta para determinar los. movimientos cortantes

en la junta en el planorde la cara de concreto.

2. Medi~ores de deformación unitaria

Los tipos más conocidos son aquellos que se basan en el cambio de

resistencia electrica.de bobinas internas que se produce al ocu-rrir el movimiento entre los dos extremos del aparato v las que

se basan en el principio de la cuerda vibrante, véase la Figura 8.

Las primeras permiten ademas obtener lecturas de la temperaturadel medio en que son embebidas.

.3 Celdas para medir Presión de Tierra

Existen ,muchos instrumentos para medir la presión de tierra pero no to-dos son adecuados Dara la medición de las presiones internas de una pre

sa .(esfuerzos en campo libre). La medida de presión existente dentro -de una masa de tierra se dificulta por el hecho de que cualquier difere.!!.

cia de compresibilidad entre la celda medidora y el suelo circundantese traduce en lecturas erróne.as.. Si la celda es demasiado rígida, sopo!.

tará una. parte mayor de la carga y si se deforma más que el suelo cir-cundante, la lectura será.deD1asiado baja. Hasta el momento no se ha

desarrollado ningún aparato capaz de dar cuenta estricta de esta dife-rencia, pues aunque los aparatos se construyen con una determinada com-presibilidad constante la del ~uelo varía con el nivel de esfuerzo.

Además, es dificil, si no imposible, colocar el relleno alrededor 'de lacelda de tal manera que quede con las mismas propiedades que el resto

del terraplen. La celda ideal., por consiguiente, ha de tener un diame-tro grande para ar,enuar las concentraciones locales de esfuerzos, y ser

muy delgada para minimizar la influencia de la rigidez.

Una nueva complicación se pre~enta cuando se trata de medir la'~resiónexistente en materiales granulares. como los ,que forman los espaldones

de presas de enrocado. En efecto, es"evidente que una pequeña celda

no puede colocarse directamente contra las piedras del enrocado, de grantamaño, porque registraría sólo cargas puntuales o simplemente el mate-rialse acomodaría formando arco por' encima de la celda. Estos inconve-

nientes pueden superarse, sin embargo, rodeando las celdas de material

más fino que el de la masa del enrocado o utilizando celdas de diámetrocinco o'seis veces mayor que las piedras más grandes circundantes. Es

obvio que este segundo metodo resulta sumamente costoso; pero el prime-

ro, que fue utilizado en la presa La Esmeralda en Chivor y en Salvajina,da resultados confiables.

Celdas con extensómetros de alambre vibratorio

Estas celdas de presión fueron desarrolladas en, Inglaterra por el

British Research Station y en Alemania por la Compañía Maihak. Tienen

un diámetro exterior entre 78 y 32 centímetros y un .espesor que oscilaentre 4 y 17.centímetros. Sus superficies de presión (superior o infe-rior) de 15 centímetros de diámetro, se apoyan sobre soportes rígidos.

Las deflexiones bajo carga de las superfi~ies de presión se 'detectanpor medio de extensómetros de alambre vibratorio calibrados previamente

I

para diferentes presiones de tierra.

Celdas con extensómetros de resistencia

Esta celda fué originalmente diseñada y construída por R.W. Carlson"en

los Estados Unidos. La presión de tierra es 'transmitida por medio de

superficies delgadas de presión a un pequeño diafragma al cual está adh~rido el extensómetro de resistencia. La presión del suelo se calibra co.!!.tra cambios en la resistencia del e.xtensómetro, los cuales a su vez sonmedidos en un puente de Wheatstone. Las dimensiones usuales de la celda

son 15 centímetros de diámetro y 3.5 centímetros de espesor, pero en la'presa Oroville se instalaron unidades hasta de 45 centímetros de diámetro.

Celdas neumáticas de diafra~ma

l. Celdas de presión tipo Hall

Estas celdas ideadas por E.B. Hall en los Estados Unidos tienen

siones que varían entre 40 y 80 centímetros en diámetro y e~tre

y 1.5 centímetros de espesor.

dimen3.5-

La celda mostrada en la Figura 9, funciona según el mismo principio

que el piezómetro neumático de diafragma y mide presiones ,totales.El cuerpo medidor, que es circular, encierra un diafragma de. acero,

inoxidable soldado, conectado a un tanque de nitrogeno por dos tubos

de nylon de 1/8 de pulgada de diámetro, provistos de camisas prot~ctoras para ser enterradas directamente en el relleno de la presa.

La presión exterior de tierra, transmitida a través de una superfi-cie rígida, es resistida por una capa de aceite especial contenida

en una cámara que está en contacto con el diafragma. La presión deaceite se mide haciendo pasar el nitrógeno por uno de los tubos de

nylon hacia un indicador de flujo. Cuando el flujo de nitrógenose ha estabilizado en el valor predeterminando,los empujes de la

tierra contra la celda son registrados en el manometro. Normalmente

basta una ligera presión para abrir, el diafragma, y el instrumento,lo mismo que los piezómetros neumáticos, requiere ser calibrado an-tes de su instalación.

4.4 Sismómetros

Acelerógrafos~~

Existen varios modelos con

se requiere que el aparatozontales ortogonales y una

diferentes características, pero en general

tenga tres componentes de medición: dos hori-vertical. . '

12

Sismoscopi-os

Estasunidades consisten en un péndulo c6nico libre, amortiguado magneticamente, y capaz de moverse en cualquier dirección horizontal. El movi~miento del péndulo durante un sismo se inscribe en un cristal ahumado.El aparato puede considerarse como el modelo dinámico de la estructuradond~ esté colocado y, ennso normal, el regÍstro inscrito durante un"sismo se utiliza para calcular la velocidad máxima alcanzada por ta e~-tructura durante su vibración.

5. LOCALIZACION DE LOS INSTRUMENTOS

La localización depende del tipo de presa, de su configuración, de su funda-ción, de la naturaleza de los materiales utilizados y de la zonificación deestos.

Los puntos superficiales de referencia se localizan generalmente a intervalosde 60-120 metros sobre los espaldones y a menor distancia a 10 largo deiacresta. Ya que la experiencia ha demostrado que en el coronamiento de laspresas altas suelen ocurrir grietas longitudinales y transversales despuésdel primer llenado del embalse, es aconsejable instalar líneas de monumentosa 10 largo de los dos bordes de la cresta para registrar movimientos relati-vos.

Para las demás medidas de deformación y para el registro de las presiones in-tersticiales y de tierra, es normal colocar una buena parte de los instrumentos en las secciones principales, de tal manera que los datos obtenidos pue~dan corre1acionarse para obtener el patrón general de comportamiento de lapresa. Estas secciones usualmente son la de la altura máxima y una longitu-dina1 a lo largo del eje. Otras secciones adicionales pueden localizarse,por ejemplo, 7n puntos de discontinuidad en estribos de pendiente ,fuerte.

Los indicadores de movimiento vertical se localizan generalmente en el núcleoy en los espaldones cerca al núcleo con el fin de determinar asentamientosdiferenciales. Así mismo, pueden localizarse indicadores verticales adicionales aguas arriba o aguas abajo del núcleo para poder discernir el patrón-genera1 de movimientos. En estribos de pendiente fuerte puede ser conveniente-10ca1izar10s adyacentes y paralelos a ellos con el fin de tener informaciónacerca de posibles deformaciones anómalas y zonas de tensión.

Los medidores de movimientodesde el talud del espaldónto impermeable de la presa:

horizontal se instalan a intervalos verticalesde aguas abajo v se llevan hasta cerca del elemen

núcleo o cara de concreto.

Las celdas para medir presiones de tierra en el interior de núcleos se colo-can junto con un piezómetro en puntos donde se desee conocer particularmentelos esfuerzos intergranulares, tales como en los estribos donde son probableslos esfuerzos de tensión, o cerca a la cresta, o en las zonas de contacto entre núcleo y espaldones donde las compresibilidades diferentes dan lugar a -transferencias de esfuerzos. Las celdas también se localizan a menudo cercade los puntos de intersección de los indicadores de movimiento vertical conlos horizontales, o en la parte media de la localización de celdas de asentamiento a fin de poder correlacionar deformaciones y esfuerzos en esos puntos.

13

También es importante instalar grupos de celdas orientadas en diferentes di-recciones para así poder determinar los esfuerzos principales y sus direcciones.

Los medidores de junta se instalan principalmente a 10 largo derimetra1, que está sometida a los mayores~ovimientos relativosde juntas cercanas a 'los estribos doride se reconoce que existendebido a los movimientos del relleno hacia el centro del cañón.

la junta pe-y a 10 largoextensiones

Los medidores de deformación unitaria generalmente,se instalan a lo largo delas losas principales poniendo especial énfasis en las losas centrales porser las "que estaran sometidas a mayores esfuerzos mecanicos. Generalmentp.se disponen en grupos de 3 instrumentos que permitan determinar el estado

.de deformaciones en los puntos de medida.

Los piezómetros se localizan generalmente a intervalos verticales en el cen-tro y en los bordes del núcleo con el fin de registar las presiones intersticiales altas que se originan durante la construcción y cerciorarse que su -disipación es suficientemente rapida para no comprometer la estabilidad dela presa. También es posible obtener con estos piezómetros las señales decualquier distribución anómala de las presiones intersticia1es durante elllenado y la operación del embalse. Aguas abajo del núcleo se instalan a me-nudo unos pocos con el fin de verificar que la línea freatica no se aproximapeligrosamente a la cara del espaldón y que las zonas de drenaje funcionanadecuadamente. Deben instalarse piezómetros en la fundación, pozos de ali-vio, y cortinas impermeables para confirmar su efectividad.

El comportamiento de las ores as de tierra v enrocado sometidas a cargas din!micas es complejo e incierto. Donde exista la posibilidad de este tipo decarga se deben instalar acelerógrafos en la roca de fundación, capaces de r~gistrar cualquier movimiento fuerte del terreno, y en varios sitios de lapresa para determinar el efecto de un sismo sobre ella. Estos instrumentosdeben estar sincronizados de tal manera que si uno de ellos entra en opera-ción, los otros hagan lo mismo instantáneamente v Que todos duren operandodurante varios minutos. Los acelerógrafos pueden complementarse muy conve-nientemente instalando algunos sismoscopios.

6. EJEMPLOS DE COMPORTAMIENTO DE PRESAS

6.1 Descripción de Proyectos

En las secciones siguientes se ilustraran ejemplos típicos sobre el pa-pel de la irlstrumentación, descrito en la sección anterior, en casosconcretos. Para ello se presentaran las experiencias obtenidas en laspresas La Esmeralda (Colombia), Areia (Brasil) y Sa1vajina (Colombia).A continuación se presenta una corta dQscripción de estos:

Presa La Esmeralda

Forma parte del complejo hidroeléctrico de Chivor. Presacon nGc1eo inclinado de arcilla. Tiene una altura de 237longitud de cresta de 310 metros y taludes exteriores con

de enrocadometros, unapendientes

CIO11'\....

14

promedio de 1.8H:1.0V. En la Figura 10 se muestra la sección máximacon las diferentes zonas de materiales. Entre el núcleo (Zona 1) y el

enrocado (Zona 3B, 3C y 3D) existen zonas de transición (zonas 2A, 2B,2C y 3A) que evitan la migración de los finos del núcleo a traves de los

materiales de los espaldones de aguas abajo yaguas arriba. El núcleose cimentó sobre roca, para 10 cual fue necesario excavar el lecho del

río en una profundidad de 50 metros, excavándose un total de 600.000 m3.

Presa de Areia

La presa de Foz de Areia forma parte del proyecto hidroeléctrico Governador Munhoz da Rocha Netto y fue construída por la Compañía Paranaense d;

Energía (COPEL) entre 1975 y 1980. La presa es de enrocado con pantallaimpermeable de concreto, con una altura de 160 metros, 828 metros decresta y un volumen de relleno de 14 millones de metros cúbicos, siendo

la mayor del mundo en su ti?o (Pinto, et.al., 1982). El enrocado está

constituído principalmente por las excavaciones del proyecto.

La zonificación de la,presa se ilustra en la Figura 11. Ella obedeceal criterio de hacer el mejor uso de los materiales disponibles de acuer

do con sus propiedades, teniendo como objetivo principal el minimizar -las deformaciones del relleno, que afectan la losa de concreto, debidasa la presión hidrostática del embalse. En el cuadro de materiales de

la Figura 11 puede observarse que el espesor de las capas de enrocadoaumenta hacia aguas abajo con el fin de obtener los materiales menos de-formables en las áreas cercanas a la cara de concreto.

Vresa de Salvajina

Forma parte del proyecto Salvajina a~tualmente en construcción en el Departamento del Cauca por la Corporación Autónoma Regional del Cauca,

CVC. El proyecto tiene por objeto regular el río Cauca y generar210.000 Kw.

La Presa es de gravas y enrocado con cara de concreto y tiene una alturamáxima de 147 metros desde la fundación, una longitud de cresta de 311

metros y un volumen total de 3.900.000 m3. El talud de la cara de con-

creto es 1.5H:1.0V y el de aguas abajo 1.4H:1.0V. En la Figura 35 semuestra la sección máxima con la distribución de materiales dentro del

cuerpo de la presa.

La cara está apoyada sobre un materíal bien gradado de tamaño máximo 9

cms distribuidos en una zona de 5 metros (zona 1). Las gravas confor-man todo el espaldón de aguas arriba y parte del de aguas abajo y los

enrocados; provenientes de las excavaciones del rebosadero y casa demáquinas, conforman la parte más exterior del espaldón de aguas abajo.Se proveyó de un filtro chimenea para evitar niveles de aguas altos en

el cuerpo de la presa en el caso de que 'se presenten filtraciones a traves de las losas. -

6.2 Módulo de deformación de los materiales granulares

El concepto del módulo de compresibilidad, de los enrocados es esencial

para evaluar su compresibilidad. Las deflexiones en las losas de las

presas con cara de concreto (medidas normales al plano de la cara) son

inversamente proporcionales al módulo del enrocado y para un mismo mó-

dulo las deflexiones aumentan con el cuadrado de la altura de la presa

.

1

\

\

i5

(Cole" 1982). Basados en este principio resulta de gran importancia,instrumentar loa enrocados mediante celdas hidr4ulicas con el propósito

de determinar los asentamientos y estimar los módulos de compresibilidad

durante construcción y el llenado del embalse. Las presiones del relle-

no ejercidas en la localización de las.--celdashidráulicas deasentamien-

to pueden 'determinarse bien sea midi~ndolas directamente mediante la instalación de celdas de presión total o mediante el metodo propuesto por -Poulos v Davis. 1973.

La Figura 12a indica el valor de los módulos de compresibilidad del enro-

cado de la presa de Areia al finalizar la primera etapa de construcción(Pinto,et.al., 1982). Es importante notar que, a pesar de la buena cali-dad de la roca, los módulos son bajos debido a las características granulometricas del basalto. Esta información, obtenida durante construción,

hizo posible revisar el diseño de la junta perimetral para reforzar elsistema de l~s sellos que impiden el paso del agua a traves de la junta.En esta forma, además de los sellos de cobre y de PVC y del relleno de

Igas en la parte superior qe adicionó un cilindro de neopreno de 5.0 cmde diámetro que penetrara en la 'junta en ~l caso de presentarse movimien

tos de tal magnitud, como se ilustra en la Figura 12b (Pinto, et.al., -1982). Este ejemplo ilustra uno de los beneficios de un adecuado siste-ma de control durante construcción.

i

l

Mediante el uso de inclinómetros adheridos a las losas de la cara de concreto o mediante celdas hidráulicas de asentamiento instaladas dentro delrelleno en las cercanías de aquella es posible determinar las deflexiones

de la losa causadas por la carga hidrostática. Con este valor y suponien

do que la presión del agua es transmitida a la fundación a traves de co--lumnas de enrocado normales a la losa es posible calcular el módulo de

compresibilidad del enrocado. Datos de las observaciones en presas comoCethana en Australia, (Fitzpatrick, et.al., 1982), Alto Anchicayá en Co-

lombia, (Acres International Ltda., 1975), Areia en Brasil (Pinto, et.al., 1982)'Hackintosh y M~rchison en Australia (Cole, 1982) han demostra

do que bajo la acción de la carga hidrostática el enrocado se comporta -como'sí su módulo de compresibilidad fuera mayor que aquel que se deter-

mina a partir de los asentamientos que ocurren durante construcción.En la Tabla 1 se presentan valores de los módulos calculados a partir delas deformaciones' causadas por el peso propio del relleno (durante cons-

trucción) y por la carga hidrostatica (durante el llenado del embalse)

para las presás mencionadas. Puede observarse que en todos 105 casosel méduio de deformación transversal (bajo carga hidrostática) es de dos

a tres veces mayor que el módulo de deformación vertical (bajo el peso

propio) observado durante construcción.

Las observacionés presentadas en los parráfos anteriores han proporciona-do una base firme para el diseño de presas cada vez más altas y han com

probado resultados cualitativos obtenidos mediante análisis numéricos -(Sigraldason, Benson,et. al., 1975).

...:

6.3 Transferencia dé esfuerzos en presas de sección compuesta

Toda estructura compuesta o cimentada sobre materiales que exhiban carac-

terísticas de esfuerzo - deformación disímiles experimentará los efectos

de la interación entre 'los diversos materiales. En el caso de presas

16

de sección compuesta puede presentarse transferencia de carga dentro delter,raplén, como resultado de movimientos diferenciales de los mat,eriales

que '10 ,integra~, o entre ~stos y la fundación, 10 que a su vez conducea la generación de zonas de concentración de esfuerzos en los límitesentre zonas de diferente rigidez relativa: La consecuencia de esta in-

teracción es el desarrollo de zonas de tensión y de zonas plaS;,tificadasdentro del cuerpo de la presa, además de la formación degríetas por .fracturamiento hidráulico. ' _

A continuación se present~un estudio de fenómenos de este tipo ocurri~

dos en la presa La Rsmera~da de la Central Hidroeléctrica de Chivar, ac-

tualmente en operación. Parte de la instrumentación instalada en la presa se hizo en el espaldón de aguas abajo, a 10 largo de las abscisas _

242 Y 290 en las cotas 1138 y 1200 respectivamente, como Se ilustra enla Figura 10. A lo largo de estas líneas se instalaron grupos de celdas

para la medición de esfuerzos totales; éstas fueron localizadas en las

vecindades del límite de aguas abaio del núcleo, en las ZOnas de transición 2C, 3A y en el enrocado 3C. A 10 largo de las mismas abscisas se

instalaron también sondas tipo Idel para medir movimientos horizontales

y verticales en un plano vertical, perpendicular al eje de la presa; e~tas sondas se extendieron desde las proximidades de la zona 2C hasta eltalud de aguas abajo.

Transferencia de carga a los estribosdentro del relleno de la presa

En la Figura 13 se ilustran para el final de la construcción en octubre,1975 v 7 años más tarde y sobre las elevaciones 1138 y 1200 la distribución de la diferencia entre la presión vertical teórica y aquella re--gistrada por las celdas de carga, expresada como un porcentaje de la

primera. Mediante esta comparación es posible evaluar la relación entrela magnitud de los esfuerzos teóricos y los medidos y así inferir si

existe interacción entre las zonas de la presa o entre esta y los estri-bos.

Se puede observar que la relación mencionda es positiva entre el límite

de aguas apajo del nucleo y la sección 570 y, por consiguiente, en tal

sector la presión vertical teórica es mayor que aquella medida por mediode las celdas de carga; esto, a su vez, indica un efecto de arco en la

zona mencionada con la consiguiente transmisión de carga a los estribos.La interacción disminuye hacia el talud de la presa, debido al ensan-

chamiento del cañón y a la tendencia reconocida del enrocado a desplazar

se hacia aguas bajo y hacia el centro del valle. Este movimiento del eErocado hace, a su vez, que los esfuerzos existentes aguas abajo de lasección 570 sean mayores que los teóricos, como 10 demuestra la celda

de presión No.8 en la Figura 13a. Como era de esperarse y 10 compruebanlos datos obtenidos por medio de las celdas instaladas en la cota 1200y presentados en la Figura 13b, la transferencia de carga a los estribos

es menos acentuada en las elevaciones superiores debido al ensanchamien-

to del cañón. La transferencia de carga hacia aguas abajo no ha aumentado substacialmente durante la operación del embalse.

La Figura 13b ilustra la distribución de la diferencia entre los esfuer

zos verticales teóricos y medidos a 10 largo de la abscisa 290 cota 1200.

Esta distribución alcanza valores negativos en las zonas 2e y 3A adyacentes al núcleo como lo indican los puntos bajo las celdas No. 10 y 11. -

.

17

En esta forma se puede concluir que existe transferencia de carga entreel núcleo y las zonas granulares cercaras a éste. Ahora bien, si secomparan 'los valores de la.relacióri de esfuerzo en las zonas exteriores

del espaldón de aguas abajo, en las cotas 1138 y 1200, para las eleva-ciones superiores existe una mayor transferencia de carga, en la dirección aguas arriba ~. aguas abajo, de. las zonas centrales a las exterio~es;

tal comportamiento es debido a que en las partes altas el cañón ofrece

meho~conffriamiento' en Ya dirección anotada y así el enrocado es más li-

bre de moverse. Puede decirse que en la porción central de la presa secrea una zona de extensión, mientras que las zonas de compresión. Vale

anotar que a través del cañón, a 10 largo del eje de la presa existe elmismo efecto.

I

El análisis de los estados de esfuerzos en estas dos elevaciones indica-

ron que 'la dirección de los esfuerzos principales mayores coincidían

practicamente con la vertical, (Hacelas y Ramírez, 1977) y por consiguiente prevalece un est~do activo de esfuerzo alrededor de las, zonas donde e;tan ubicadas las celdas. Esto corrobora la existencia de una zona de ex-

tensión 'en la porción 'central.de la presa. Además, los vectores resul--

tantes de los desplazamientos del espaldón de aguas abájo, a lo largo dela cota 1138, que ~e presentan en la Figura 1ü confirman que la componente vertical del movimiento es mayor que la horizontal. El análisis teó-

rico de los estados de esfuerzos a 10 largo de la elevación 1200 indicanla ocurrencia de esfuerzos principales menores de tensión, (Hace1as y R~

mírez, 1977). A pesar de que los materiales de la presa no pueden sopo~tarsin agrietarse esfuerzos de tensión de asa magnitud, las mediciones

de los desplazamientos horizontales ~y verticales tomadas a 10 largo dela abscisa 290 y que ilustran en la Figura 15 indican cualitativamentela posibilidad de un esfuerzo de tensión prácticamente horizontal y ac-

tuando sobre un plano paralelo al eje de la presa, localizado en la ve~tical de la prominencia rocosa de la cimentación, en la sección 525.

f

f

Desarrollo'de zonas plastificadas en el relleno de la presa

Se ha definido como zona plastificada aquella donde existe un estado de

esfuerzo tal que la relación entre los esfuerzos principales imperante

GIl y (13 es igual a la relación de dichos esfuerzos en la falla (Alb~rro, 1977).

Por medio de los grupos de celdas de presión No.5, 6 y 7 instalados a 10

largo de la abscisa 242, cota 1138, en las zonas 2e, 3A y 3D de la pre-sa fué posibleestab}~cerla evolución de los esfuerzos en dichas zonas

y localizaciones durante construcción. Así, suponiendo que prevalece unestado de deformación plana en la sección de la presa que pasa por la

abscisa 242 y conociendo la magnitud de los esfuerzos en las direccio-nes a 45°,90° Y 135° registrados por las celdas, se calcularon los es

fuerzos principales, c-l y (13, para ciertas fechas durante la construcción. Las curvas de esfuerzos resultantes para los grupos de celdas -mencionados se presentan en la Figura 16 en función de q vs. p. Enesta figura y para cada zona estan también dibujadas las líneas rectasde la condición de falla (línea kf) determinadas por medio de ensayostriaxiales drenados sobre muestras representativas de los materiales delas zonas 2e, 3A y 3D. Como se discutió anteriormente, el alto nivel

.

18 19

de esfuerzos que prevalece en la zona 2C es debido a la transferencia de

carga ya discutida. Este comportamiento es característico de una presa

de sección compuesta y revela la interacción entre zonas de compresibilidad diferente.

Movimientos durante la construcción

En la cota 1250 sobre el eje de la presa, se instaló dentro del núcleo v

de estribo a estribo un registrador de movimientos tipo Idel, de características semejantes a aquellos instalados en el espaldón de aguas abajo~

en las cotas 1138 y 1200.

Los rellenos granulares de grava o enrocado se construyen en capas suce-sivas con determinado espesor y cada una de ellas recibe cierta compacta

cióri mediante pasadas repetitivas de rodillos vibratorios. El asentamiento de cada capa es proporcional a la carga vertical sobre ella y a el e~-

.pesor de relleno debajo de la misma. En esta forma el agentamiento deuna capa de enrocado es nulo al momento de extenderla y luego va aumentan

do por el proceso de compactación, por el peso del material encima de ella

y por' la compresión de las capas subyacentes. La distribución de los ase~tamientos dentro del terraplen es aproximadamente parabólica, con el máximo asentamiento ubicado a la mitad de la altura, como se indica en las -Figuras.17 y '18'que representan los asentamientos medidos mediante IIcross-arms" en Chivor. . Las curvas mostradas indican los asent.amientos registrados en diferentes fechas y es interesante notar que sobre el talud hay -asentamiéntos adicionales a medida que se construye la porción central

dél:relleno, coma 10 indica la cruceta superior de los instrumentos RMV-8

y RMV-10. La cruceta inferior de estos mismos indica asetamiento del m~terial aluvial de la fundación, mientras que la del ~~-2 no indica movi

mientos por estar fundado en roca.

Deslizamiento del núcleo eñ el contacto con el estribo

El propósito de este instrumento era registrar los movimientos horizonta

les y verticales a 10 largo del eje y así definir las zonas de extensi6nadyacentes a los estribos y la zona central de' compresión. Además se de-

seaba poder calcular con cierta precisión las deformaciones unitarias deextensión y así poder predecir la formación de grietas.

Con el fin de proveer al instrumento de un punto terminal donde llevar a

cabo las lecturas, se excavó una galería en el estribo derecho de la pre

sa. La galería aflora en el a traves de una pequeña ventana de 1.20 me~tros de alto por 0.70 metros de ancho, por la cual pasa el tubo terminal

del instrumento, y donde el núcleo de la presa es claramente visible.Así, esta ventana se convirtió en un sitio ideal para observar los movi-mientos del material del núcleo exactamente en su contacto con el estribo.

Los movimientos verticales van siempre acompañados de movimientos horizo~

tales. Las Figuras .14 y 15 muestran los vectores resultantes de los movi

mientos ver.ticales y horizontales registrados mediante sondas Idel insta-

'ladas en las cotas 1138 y 1200, dentro del espaldón de aguas abajo deChivor, con puntos de control espaciados 6 m entre sí. Las figuras tam-

bién indican la configuración del relleno de la presa para algunas de

las' fechas de lectura, la forma del estribo y el espesor del material alu

vial de fundación sobre la roca.

El instrumento se instaló en abril, 1975 y un mes mas tarde se detectóuna zona de extensión que se prolongaba tres metros dentro del núcleo apartir del estribo. Naturalmente y debido a las grandes deformaciones

de corte que se presentaron en la zona adyacente al contacto el instru-mento falló. Sin embargo, 10 más importante fue poder observar, en con-traposición con otros autores (Wilson, 1977 - Wilson, 1973), que sí exis

te deslizamiento en el contacto del núcleo con los estribos. La magnituddel movimiento al final de construcción fue del orden de 50 centímetros.

Es posible que una de las causas de que en La Esmeralda se hava presentado este deslizamiento más no en otras presas, sea la fuerte p~ndiente del

estribo que en la zona de observación es de 0.65H:1.0V.

Por medio del análisis e interpretación de los datos obtenidos a través'

de parte de la instrumentación instalada en la presa La Esmeralda se ha

clarificado y explicado, al menos cualitativamente, ciertos fenómenos deinteracción entre la presa y su fundación y entre los materiales que in-tegran el relleno de la estructura.

El registro de movimientos de la Figura 14 corresponde de la sonda Idelinstalada en la cota 1138. Puede observarse que los asentamientos máxi-

mos se presentaron inicialmente cerca a la sección 530 en correspondenciacon la zona de la presa de mayor altura en la fecha de lectura (31 mayoZ4). Posteriormente los asentamientos máximos se fueron movilizando con

el progresar del relleno hacia la parte media del espaldón, coincidiendo

siempre con la altura mayor del relleno y con el mayor espesor del mate-rial aluvial de la fundación. Se anota, además, que la disminución en

la magnitud de los ,asentamientos hacia aguas arriba tambien se debe alestrechamiento del ~añ6n que origina un efecto de arco entre los estribosdel mismo.

).4 Deformaciones internas y externas

Los vectores de movimiento de la Figura 14 demuestran en terminos gener~

les el predominio de los asentamientos sobre los movimientos horizontales.El asentamiento máximo durante construcción iue de 2.75 m y el movimien-

tohorizontal correspondiente fue de 0.40 m.

Mediante la medida de los asentamientos v deflexiones, no solo en la eres

ta y los taludes de una presa, sino tambien en el interior de la misma -es posible obtener una idea de la magnitud y distribución de los movimien

tos internos y deformaciones, y de sus causas V consecuencias. Estos mo~vimientos son producto de la compresión del relleno por su peso propio

y por la carga del embalse y de las deformaciones plásticas.

A partir de los desplazamientos horizontales relativos entre los puntosde medida (espaciados 6 m entre sí) se calcularon las deformaciones uni-tarias entre ellos y así fue posible definir dos zonas: una de exten-

sión aguas arriba de la sección 580 y otra de compresión aguas abajo dela misma. En esta forma, como consecuencia de estos movimientos, se com

prueba que el estado de esfuerzos dentro del espaldón es variable.

20

La magnitud de los movimientos verticales depende primo~dialmente'de la

compresibilidad del enrocado mientras que la magnitl1~ rle los movimientoshorizontales depende no solo de la magnitud de los primeros, sino, t~m-

bien de la forma y pendiente de los estribos. Estas relaciones quedaronplenamente demostradas por los registros de movimiento que se presentan

en la Figura 15, en donde se aprecia un asentamiento diferencial del or-den de 1.5 m entre las secciones 525 y 575 debido a la gran diferencia

en el espesor del relleno por la configuración del estribo entre talessecciones. Por la forma y pendiente del estribo, también se presentaronen esta zona los máximos movimientos horizontales registrados y que fue~ron del orden de 1.0 m.

Durante la construcción de la presa de Chivor fue necesario suspender lacolocación del núcleo de la misma en las temporadas de invierno, lo cual

brindó la gran oportunidad de estudiar los movimientos superficiales de

este mediante el control periodico de mojones de concreto embebidos den-tro de el. Una de estas oportunidades ocurrió en la cota 1200" entreabril y noviembre, 1974. Se instalaron 22 puntos de control repartidos

en tres líneas coincidentes con las secciones ~60, 470 y 480; cada mojón

consistía ,de una varilla de 1 1/2" de diámetro, cuyo tope se tomó comoreferencia, embebida en un bloque de concreto de 45 cm de alto, 80 cm debase. En correspondencia con cada una de las líneas se instalaron puntosde referencia en roca sobre cada uno de los estribos.

Cada conjunto de lecturas, que se tomó mensualmente, constó de ,nivelación,

chequeo ~e alineamiento en cada una de las tres secciones y medida de lasdistancias entre mojones desde las referencias en los estribos. De estos

datos y basados en las lecturas iniciales se calcularon asentamientos, de~plazamientos perpendiculares y paralelos al eje de la presa, y deformacio-nes unitarias de tensión y compresión entre puntos. El error probable en

las nivelaciones fue de + 1 rom, mientras que en la media entre mojonesfuede + 5 rom. -Los' datos obtenidos se presentan en la Figura 19. En ella se muestran losvectores resultantes de los movimientos horizontales y las deformaciones

unitarias paralelas al eje de la presa. La tendencia predominante de losmovimientos norizontales hacia el centro del cañón, producto del confina

miento ejercido por los estribos, y hacia aguas arriba, como consecuencIa

no solo de la carga que ejerce sobre el núcleo inclinado la cufia de enro-cado de aguas arriba, sino tambien como reflejo de los asentalllientosdada

la inclinación del núcleo. La última tendencia, que se observó inicial-mente en todos los mojones, tuvo su excepción en los desplazamientos re-

gistrados posteriormente en los mojones 11 y 12 de la sección 470 y 18,19 y 20 de'la sección 480. La configuración cóncava del estribo izquierdo

restringió el desplazamiento hacia aguas arriba de la porción de núcleocomprendida entre la parte central y el estribo izquierdo dando como re-sultado que en 'esta zona predominara la' componenente del movimiento ho-

rizontal paralela al eje de la presa. La otra porción del núcleo, com-

prendida entre la parte central y el estribo derecho, no tuvo restricciones dado que la configuración del estribo en planta es divergente hacia-

aguas arriba y así las componentes del movimiento paralelas y perpendic~lares al _eje de la presa fueron similares. Al analizar conjuntamente es-

tas dos tendencias puede deducirse en primera instancia que ellas originaron el movimiento observado hacia aguas abajo de la cuña central de nú- -

cleo limitada por los mojones 4, 11, 12, 18, 19 y 20.

.

1

I

21

F.n la.parte inferio~ de la Figura 19b se presentan las deformaciones uni-

tarias longitudinales de extensión y compresión a lo largo de cada una

de las tres líneas de puntos superficiales de referencia V calculadas para la últiina lectura en agosto 27, 1974. Como era de esp~rarse se apre-=-

cian zonas de tensión adyacentes a los estribos y de compresión en la par

te central. Del total de la longitud del núcleo en la elevación 1200 qu;

es de 192 metros, una porción de 91 metros, qúe corresponde al 47% de su

longitud se encontró en estado de tensión. La zona de tensión adyacenteal estribo derecho tuvo una longitud promedio en las tres secciones estu

diadasde 30 metros, mientras que la adyacente al estribo izquierdo fue-de 61 metros. Las deformaciones unitarias de tensión fueron mayores con-tra el estribo derecho que contra el izquierdo, siendo las primeras en

promedio 0.9% y las segundas 0..5%.

El comportamiento descrito esta de acuerdo con los estudios teóricos (Co-

varrubias, 1973). Esto es, se esperaba que siendo mayor la pendiente delestribo derecho (0..6H:l.0V) que la del izquierdo (1.lH:l.0) la zona de

tensión derecha fuera mas corta que la izquierda y la magnitud de las de-

formaciones unitarias fuera mayor contra el estribo derecho.

Las observaciones anteriores confirman la formación de zonas de extensión

adyacentes a los estribos y de compresión en la zona central en forma si-milar a la descrita en párrafos anteriores con resp~cto a los movimientos

horizontales del enrocado, en dirección perpendicular al eje de la presa.Las zonas de extensión advacentes a los estribos revisten importancia en

la cresta ,de la presa, ya que allí se pueden formar grietas transversales

para deformaciones del orden de 0.01 cm/cm. Estas grietas permanecenabiertas solo si la resistencia a la compresión inconfinada del material

es tal que las paredes de la grieta pueden permanecer abiertas sin soporte

alguno.

Movimientos durante el llenado del embalse

'Durante el primer llenado del embalse, la saturación de los materiales

que integran el espaldón de aguas arriba hace que haya un aumento marcadoen la magnitud de los asentamientos. Pueden distinguirse cuatro efectos

sobre la presa,causados por la carga hidrostatica del embalse:

l. La presión del agua sobre el núcleo causa movimientos horizontaleshacia aguas abajo y movimientos verticales.

2. La presión del agua sobre la fundación origina movimientos horizonta-les hacia aguas ay~iba y movimientos verticales.

3. El efecto de sum~rgencia origina una reducción en el peso del material.

4. Al saturarse el enrocado de aguas arriba, este sufre una compresión

adicional por su humedecimiento Y tal compresión es mayor cuanto ma-

yor sea el nivel de esfuerzos dentro del en~ocado.

Debido al último efecto mencionado el espaldón de aguas arriba sufre may~res asentamientos que el núcleo v que el espaldón de aguas abajo.

La Figura 20 ilustra los movimientos superficiales. Puede observarse

N'"....

22

que el espaldón de aguas arriba se mueve en tal dirección y hacia el centro del cañón, con la tendencia a separarse del núcleo y reduciendo la -presión sobre este en su parte superior. El núcleo a su vez, exhibe mo-vimientos hacia aguas arriba y hacia el centro del valle cerca a los es-

tribos, mientras que en el centro de este los movimientos son hacia aguasabajo, como 10 son ,también los de este espaldón.

En cuanto a las deformaciones unitarias del núcleo en sentido longitudinal,Figura 21, puede decirse que estas continuan con la misma tendencia obser

vada durante la construcción y descrita en el numeral anterior. La magnitud de las deformaciones de extensión aumenta por efecto del llenado del-embalse.

La distribución de los asentamientos y de los movimientos horizontales d~rante el llenado del embalse es muy diferente a la observada durante cons

trucción. La Figura 22 indica como los asentamientos máximos tienen lu--

gar a 10 largo de los taludes de la presa, mientras que durante construc-ción estos se presentan hacia la parte media de la altura del relleno.

.5 Desarrollo de las Presiones de poros en el núcleo de la presa La Esmeralda

El material para el núcleo de la presa La Esmeralda se obtuvo de un depó-

sito de arcilla ubicado 11 Km aguas arriba de la pr~sa y pertenecientea un derrumbe antiguo. Las investigaciones de la zona de préstamo revela

ron la existencia de un material de-características homogéneas con un co~tenido de humedad promedio de la fracción menor que el tamiz No.4 de 20%

y una plasticidad media (Wl de 4~ y Wp de 20%). La granulometría enco~

trada era bien gradada con un 30% de fragmentos mayores de 15 cms, (Ing~tec, 1975). El contenido de humedad óptima determinado mediante el ens~vo Proctor modificado fue de 13%, 7% en promedio menor que el contenidode humedad natural.

Las características granulometricas del material especificado para el nú-cleo de la presa se muestran en la Figura 23a. No se aceptaron tamañosmavores de 15 cms con el objeto de evitar la segregación. El contenidode humedad máximo de colocación se estableció en 21% por ser este el lími

te a partir del cual se obtenían menores densidades de campo para un con~tenido de gravas determinado, según se estableció mediante la ejecución

de un terraplén de prueba y la experiencia obtenida durante la construc-ción de la ataguía. Los parámetros de resistencia empleados en los aná-

lisis de estabilidad de la presa se obtuvieron de ensayos triaxiales noconsolidados - no drenados y consolidados - no drenados en muestras de6.4 cm de diámetro preparados con el contenido de humedad natural y unarelación de vacios correspondiente al ensayo Proctor modificado. En esta

forma se consideró el desarrollo de presiones de poros durante construc-ción en forma implícita. El contenido de gravas no considerado en estas

pruebas mejora las propiedades mecánicas del material. El espesor de ca-

pa especificado fue de 25 cm compactado con 8 pasadas de un compactadorvibratorio de 13 Ton o alternativamente un compactador de llantas de 50Ton.

De los piezómetros neumáticos colocados

locados en las eleyaciones 1060, 1137 Y

de presión total, Figura 24, por 10 que,

en el núcleo de la presa, los co-

1199 se instalaron junto a celdas

permiten establecer un precedente

I

23

respecto a las magnitudes de las presiones de poros registrados en un pro

toti,podiseiiadobajo los criteriosanteriormentedescritos. -

Los contenidos de humedad de colocación de la arcilla colocada en las

elevaciones 1060 y 1137 fueron del orden de 21% limite de lo especificado,y en la elevación 1199 fue del 18% Figura 23b. En la tabla 2 se muestranlas relaciones presiones poros, - presiones totales verticales obtenidas

para diferentes etapas de construcción y operación del embalse.pará las zonas del núcleo colocadas con mayores contenidos de humedad

las máximas relaciones de presiones de poros registradas durante el perío

40 de construcción alcanzaron hasta un 54%. La etapa más crítica ocurri6durante el primer llenado del embalse cuando las relaciones alcanzaronvalores de 57% en la elevación 1060 y 70% en la elevación 1137,. La pre-

sa se construyó con éxito y ha estado sometida a varios ciclos de llena-

do y vaciado del embalse mostrando un comportamiento satisfactorio.1<;1diseño llevado a cabo mediante análisis convencionales permitió dise-

ñar una estructura segura con el uso de los materiales disponibles en suestado natural. La instrumentación de este caso ha permitido evaluar

factores considerados, en forma implícita en el diseño.

MedÍ<:!ntéel análisis de los resultados de los 38 piezómetros instalados,

Figura 24, se estableció que el patrón general del desarrollo de presiones de poros de núcleo de la presa estuvo determinando por el procedimien

to de construcción, el contenido de humedad de colocación del material, -acorde con e! estado de esfuerzos desarrollado e influenciado por la lo~

g~tud'de drenaje, determinada por la distancia de cada punto del núcleodisminuían hacia aguas abajo, por 10 que consecuentemente las presiones

de poros desarrollados durante la construcción tuvieron igual tendencia,ver Figura 25. La reconocida tendencia del relleno a moverse hacia elcentro del cañón hizo Que las presiones de poros registradas a una mismaelevación fueran mayores en el centro que cercanas a los estribos, (Hace

las, et.al., 1975). Aún no se ha generado un flujo establecido en la -presa luego de siete aiios de operación. Una comparación de las condici~nes de flujo teóricas v reales registradas por los piezómetros se muestraen la Figura '28, (Amaya, et.al" 1981). El comportamiento de la estruct~raha estado influenciado por un flujo no establecido gobernado por las

presiones de poros desarrolladas durante construccióri.

Existen puntos de medición que ponen de presente comportamientos conspi-

cuos, difíciles de interpretar. F.n la elevación 1137, Figura 26, por

ejemplo, se prese~tan esfuerzos efectivos nulos, lo cual implicaría laocurrencia de fisuras ~qternas en este caso paralelas al eje de la presa

si la hipótesis de deformación plana es correcta. En la misma elevación

el incremento de pres~ón de poros durante el primer llenado del embalseno estuvo de acorde con el incremento de presiones totales, 10 que puede

deberse a un aumento de los esfuerzos paralelos al eje para cuyo regis-

tro no se,'instaló ningún instrumento y a un aumento de los esfuerzos co~tantes por interacción con las zonas adyacentes;- los cuales a su vez enforma indire~ta producen incrementos en las presiones de poros.

6.6 'Fundación del Espaldón de aguas abajo de la presa La Esmeralda

.

1

25

El diseño de la presa contempló la exaavación del material aluvial del

lecho del río con el objeto de cimentar el núcleo sobre roca sana, en un

área que cubría el núcleo y las zonas de transición adyacentes, Figura 29.La adopción de este esquemá de construcción fue producto de metiCulosas

exploraciones de campo y ensayos de laboratorio en el material que con-formaba el lecho del río (Ingetec, 1973).

de la presa y valores estables de la presión d~'Doros. En la Figura 32se ilustran los asentamientos registrados en' el asentómetro ~edlant~

controles topográficos. Se considera que los asentamientos re~istrados

a partir de diciembre, 1974 no son representativos pues no son acordes

con las presiones tot~les rev.istradas por las celdas de presión que fun-ciQnaban correctamente. Rstos asentamientos se atribuyen a arrastres tan

to de la tubería telescópica como de la tubería conectada a la platina -por el relleno circundante, debido a desviaciones de estas con la vertical,

para alturas mayores de 113 metros de relleno, fenómeno detectado con todaprecisión en todos los instrumentos de tubería (inclinómetros y "cross-arms") instalados en la presa. Calculando el módulo de deformación del

limo para las condiciones de carea v deformación detectadas en diciembre,

1974, su valor es de 112 K/cm2, despreciando la deformación de las gravasque 10 subyacen. Estos resultados permitieron corroborar y cuantificarla ocurrencia del efecto de arco, evaluar las propiedades de. compresibili-dad del estrato del limo de la fundación, determinar los bajos valores de

las presiones de poros v comprobar el funcionamiento correcto de la estru~tura.

Las investigaciones llevadas a cabo durante la etapa de diseño de la pre

sa (Ingetec, 1974) permitió identificar que los materiales del lecho -del río estaban compuestos por un material fino, limoso, gris oscuro, de

20 metros de espesor supra y subyacido por estratos de arenas, gravas y

bloques grandes de 20 y 15 metros de espesor respectivamente.

Las exploraciones de campo permitieron establecer que el estrato del limose extendía en forma continua hasta 80 m aguas abajo del eje de la presa.

Basados en los resultados de ensayos "in situ" y en el laboratorio enmuestras tomadas en el limo expuesto en los cortes de la excavación del le

cho, se concluyó que este estaba compuesto por intercalaciones de estratos

delgados de arenas medias finas y limos arcillosos. Las capas de limo arcilloso variaban de 0.6 a 7.5 cms. El contenido de humedad del limo era-

de 42% y tenía una relación de vacios de 1.4. El material era altamente

compresible y mostraba alguna sensitividad. Los estratos de arena se pr~sentaban en estado semidenso a suelto. El contenido de humedad variaba

entre 19 y 35% v las densidades de muestras compuestas de arena y limotenían un valor promedio de 1.4 Ton/m3. El módulo de deformación del li-

mo estimádo de ensayos de consolidación fue de 176 Kg/cm2, (Ingetec, 1973).

6.7 Erosión Intérna

Se efectuó una revisión de la estabilidad de la presa (Ingetec, 1973) em-

pleando el metodo de cuñas, teniendo en cuenta el efecto tridimensionaldel cañón y suponiendo una resistencia al corte nula en el estrato de li-

mo. Los factores de seguridad obtenidos para el caso estático y dinámicobajo condiciones de embalse lleno demostraron qae la estructura era segu-

ra (factores de seguridad mínima considerando fuerzas dinámicas de 1.5).Los cálculos de deformaciones mostraron que el limo se comprimía 1.9 me-tros considerando que se presentara un 50% de arqueo, tenido en cuentaen virtud de la evidente ~strechez del cañón (21 metros), Figura 30. Se

consideró que esta deformación era aceptable para la presa v que esta laabsor~ería sin poner en peligro el comportamiento del núcleo. Con el ob-jeto de aumentar la seguridad contra posibles fisuras en el núcleo porestas deformaciones se amplió el ancho del filtro de aguas abajo de 5 a7 m. En resumen, se decidió dejar el estrato de limo aguas abajo del nú

cleo como consecuencia de su estado confinado (no se prolongaba haciaaguas abaja más alla de 80 m) y de que los resultados de la revisión dela estabilidad y la deformación de la presa fueron favorables.

Como parte de las obras llevadas a cabo para la exaavación del materialaluvial del lecho del río se proyectó y construyó una galería de drenaje

que comunicaba el área de excavación en la elevación 1080 y el río Batá

aguas abajo del área de la presa, (Ingetec, 1974). El objeto de la gale-ría era drenar la excavación por gravedad. La ubicación de la galería

respecto al estrato limoso de la fundación se ilustra en la Figura 29.Cuando se comenzaron los rellenos de la presa toda la superficie expuesta

del limo fue protegida con un filtro invertido y el portal de la galería

protegido con una reja.. La galería permaneció sin acceso hasta antes delprimer llenado el embalse cuando se construyó un pozo para tal efecto.

Dentro de la galería se instalaron vertederos para medir las filtracionescolectadas en ella. Cuando el embalse alcanzó la elevación máxima durante

su primer llenado en diciembre de 1976 las filtraciones provenientes dela fundación de la presa v colectadas por la galería alcanzaron un valor

de 70 lt/seg. El agua colectada estaba libre de arrastres 10 que hacía

presumir un comportamiento normal hasta ese momento. Tres meses m~s tar-de,. luego. de un período en que la galería no pudo ser inspeccionada (en-tre febrero y marzo de 1977) debido a una inundación total de esta causada

por la descarga del rebosadero, se notó que el agua de filtración prove-niente de la fundación, tal como pudo .ser determinado de un análisis de

los sedimentos. La magnitud de las filtraciones no variaron y la canti-

dad del arrastre fue estimado en 0.6 m3/.día de sólidos.

Para conocer el.comportamiento de la fundación se instalaron en el estra-

to de limo 3 piezómetros neumáticos, 3 celdas de presión neumáticas que

detectan presiones verticales del relleno y un asentómetro consistente en

una platina apoyada sobre el limo y conectada a la superficie del rellenopor medio de secciones de 3 metros de un tubo de 2.54 cm de diámetro pro-te~ido de los movimientos del relleno por una camisa con uniones telesc~picas, Figura 30. En la Figura 31 se ilustran los resultados obtenidosde las celdas de presión y los piezómetros, que indican un arqueo respe~

to a la presión geostática del orden del 82% al final de la construcción

En la Figura 31 puede verse la reacción de los instrumentos instalados enel limo en esta epoca. Las presiones de poros permanecieron estables y

se presentó una descarga registrada por las t~s celdas de presión, causa-

das por un desarreglo del filtro invertido que dejó de trabajar correcta-mente y permitió la migración de finos. La solución ado~tada consistióen construír un tapón de concreto en el portal con el objeto de evitar el

flujo hacia la galería y obligar a que este ocurriera hacia aguas abajotal como ocurría cuando el río corría normalmente por su cauce. Se regis-

traron, por la construcción del tapón, aumentos en las presiones de poros

26

y en. las celdas de presión debido a la restricci6n del flujo hacia la ga-

lería. Los instrumentos luego de 5 años de regist,ros muestranpiveles de

agua y 'presiones de tierra estables, ¡¡ue permiten establecer que el dre-

naje de estas aguas en direc,ción del río ocurre sin contratiempos.

7. DISrnO DE LA INSTRUMENTACIONDE LA PRESA SALVAJINA

7.1 Instrumentación de la cara de concreto, Fi~ura 33

Con el objeto de medir movimientos en la junta perimetral y en las juntasde la losa principal cercanas a los estribos se dispusieron 34 medidores

de junta distribuidos en 14 grupos de 1 a 3 instrumentos que permiten de-tectar, en la disposición mas general, movimientos normales y paralelos

a las juntas y normales a la losa de concreto. Nueve de los grupos selocalizaron a lo largo de la junta perimetral, que se preve estara sometida a los mayorp~ movimientos por ser la conexión entre la losa de estri-bo, cimentada sobre roca, y las losas princioales apoyadas directamentesobre el relleno de la presa.

Los cinco restantes grupos se distribuyeron en las juntas de las losas

principales más cercanas a los estribos por ser en estas zonas donde sedetectan extensiones por el movimiento comprobado del relleno hacia elcentro del cañón. '

Para detectar las deformaciones unitarias sufridas por las losas de concreto debido a esfuerzos mecanicos, se instalaran 49 medidores de deformación

unitaria del tino cuerda vibrante. Rstos instrumentos se han dispuestoen grupos de 2 y 3 instrumentos, estos últimos con el objeto de determinar

el estado de deformación unitaria en el punto de medida. Estos instrumen-tos conforman 18 grupos, 8 de los cuales estaran ubicados en la losa

central que será la que soportará mayores esfuerzos de compresión. ~~os

grupos restantes están distribuidos en un par de losas cercanas a cadaestribo con el objeto de tener una visión general del comportamiento detoda la cara. Con el objeto de medir seoaradamente las deformaciones causadas por efectos diferentes a causas mecánicas se instalaran 3 celdas -de "no esfuerzo" en la losa central. Estas celdas suministrarán datos de

deformaciones causadas debido a esfuerzos termicos y cambios de volumenautógeno del concreto.

Para el control de movimientos suoerficiales de las losas se tienen pro-

yectados 25 puntos de medida distribuidos en toda el área de la cara deconcreto.

7.2 Instrumentación del relleno, Figuras 34 y 35

Los planos principales instrumentados coinciden con

longitudinales y transversales de la presa. Celdascionales se han instalado en planos secundarios con

determinar el patrón de desarrollo de asentamientosla oresa.

las secciones máximasde asentamiento adi-

el objeto de ooderen el interior de

Piezómetros

Seis localizaciones fueron escogidas en la fundación del relleno para ins-talar piezómetros neumáticos que permitan gbtener información sobre los

nive~es de,1agua en el cuerpo d~ la presa. Se escogieron tres seccionesdonde se instalaron en pares en la parte inferior y superior del materialaluvial de la fundación,

Celdas de asentamiento

Se oroyectó la instalación de 47 celdas hidráulicas de asentamiento en cua

tro niveles ubicarlDs cada 30 metros desde la fundación del relleno. -Veintidós instrumentos están orovectados en las secciones orinciDales.

Enfasis especial se ha dado e~ la medición de asentamientos en el espaldónde aguas arriba.

Celdas de presión

En un total de 10 localizaciones se medirán presiones totales del relleno

mediante la instalación de 46 celdas de orpsión neumáticas. Rn seis puntosdel espaldón de aguas arriba y en uno del de aguas abajo se instalarán

grupos de cuatro celdas que permitirán el cálculo de la magnitud y direc-ción de los esfuerzos princip~les y la estimación de la relación de Poisson

bajo hipótesis de deformación plana. Rn tres localizaciones sobre el ejede la presa se colocarán tres'grupos de seis celdas de presión que permi-

tirán estimar el estado de esfuerzos en dichos ountos, y conocer el efec-to tridimensional del cañón sobre el desarrollo de esfuerzos.

La relación entre las deformaciones registradas por las celdas de asenta-

miento y los esfuerzos registrados por las celdas de ore~i.on permitirán

el calculo de módulos de deformación verticales y su correlación con elestado de esfuerzos.

Monumentos superficiales

Un total de 30 monumentos superficiales permitirán el control de deforma-

ciones en la cresta y talud de aguas abajo.

7.3 Control de filtraciones

En 1 a flRta del talud de aguas abajo

tal' los cambios ~n las filtracionesno. .

se construira un verfedero para detec

que puedan ocurrir a traves del relle

11'\\O....

AcresInternat:i,~nal J.td,.. 0,975), "AltoOperation". Corporación Autónoma

Report. Colomb~.

Anchicaya Dam - First Year of

Regional del Cauca, CVC. Interna]

\

\

I

29

AGRADECIMIENTOSREFERENCIAS

Los autores agradecen en forma especial al Dr. Uriel Salazar, Subdirector

Tecnico de ISA dueña del Proyecto Chivor y a los Drs. Guillermo Regalado

y Ornar J. Guerrero, Subdirector Técnico y Jefe de Proyecto respectivamen-

te de CVC,dueña del Proyecto Salvajina, por permitir el uso de gran parted~ la información consignada en este artículo.

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(LOCALIZACION ETAPAS DE CONSTRUCCION U OPERACIONINSTRUMENTOS

EN EL NUCLEO ETAPA 1 ETAPA 2 ETAPA 3 ler LLENADO

EL.l060- A. Arribo 47 40 30 57

EL.I060- Centro 54. 51 37 49

EL.I060- A. Abajo 42 46 33 40--

EL.1l37 - A. Abjo - 53 55 70

EL.1199- A. Abajo - - 30 2..1.

Nivel hasta el cuo.1se levon-ro lo cubierto después de co-

locado el tubo paroso ~ :Cas quillo de caucho blondo :.

ubo Norton poroso de 24"e largo, grado fino o medio¡ómetro exterior 11/2';d.i.10"

Sello de n eopreno No.5o de caucho_ ....

LÍmite de hinca ~e lo cUbiertoJ ',-- Fondo del pozo lavado

Cubierta de 2" de diómetrointerior (min). Pieza de fondode lO' sin lo zapata de hin-ca ni su acoplamiento

Tubo plóstico sin juntas(d.i, 1/2", espesor 1/16")

Tapón de arena

Bolas de bentonita de aproximado-mente 1/2" de diómetro y consisten-c ia pnstosa compactodos por capasde 3'"

Tapón de arena

Sello de bentonita como el anterior

Arena bien graduada

Arena de Otawo u otra equivalentevertido en el pozo lleno de agua

Alambre vibratori

Arena limpia

.

Superficie

Cable' electrico

Magnetos recolectoresy de excitaciónDiafragma

piedra poroso

Fi~2..,DISPOSICION ESQUEMATICA DE UN PIEZOMETRO

Fi~I-P I EZOMETRO CASAGRANDE DE TUBO VERTICAL

(SEGUN A. CASAGRANDE, 1949)

'.ElECTRICO DE DI.AFRAGMA, TIPOMAIHAK

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J::J Cinta métrico de acero de 5116")ta de referencia

Ranura

Argolla de lacinta

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rCinta métrica de

i~ aceroEslabÓn olratorio

Cruc~ar: 3"x3']TuBo corriente 1.1/2"

._ "'ilEstopa

lO'Entre centrosde crucetas

s'

i'J..W/'

ell8í'oOapisonado a manoEnvoltura de estopa amarroda

o los tubos con alambreLechado de mortero de cemento ~

- Punto de medida -Agujero de 0 4" mino

Pestillo de placa

¡-Pu.

n10cero de lo--L-. cinta

Uñas Uñas

o = I 3/S"

FiO.4-Equipo ideado por el Bureau of reclomatian de los Estados Unidos para medirlos asentamientos dentro de las presaso) Disposicion de los puntos de referencia de los crucetosbyc) Cortes y alzados del torpedo medidor (Seoun el Bureou of reclomotion, 1963)

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con tubo vertical

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Sonda hidroulico

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GRA DADO, TAMAÑO 4 PASADAS EN LA CAPA1 1 1I B MAX. 6", CA PAS DE 4 PASADAS SOBRE EL.

TRANSICION 0.40 M, TALUD ASCENDIENDO.

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Terminación etapa 3(Moyo 10 de 1975)

Terminacion instrumento

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SECCION 686

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HORIZONTALE'S - NUCLEO COTA 1200

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NUCLEO COTA

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LONGITUDINALES1200

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DEL MATERIAL DEL NUCLEO

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1- FEB.- 1977

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APUCACION DE METODOS NUMERICOS PARA

ANALlSIS DE FLUJO A TRA VES DE PRESAS

Carlos E. Molano C.

División de Hidrogeologíil-INGEOMINAS

RESUMEN

Se presenta una descripción de las técnicas numéricas de düerencias -finitas Yde elementos fini-

tos para el análisis de flujo a través de medios porosos. La versatilidad de estas técnicas numéricas

permiten analizar el flujo subsuperficial a través de presas, diques, taludes, y en general en cual-

quier otro medio permeable en condiciones heterogéneas Y anisotrópicas, tal como sucede en un

medio físico real.

Esta metodología permite conocer la distribución de cabezas piezométricas o presión de poros Y

su cambio con el tiempo ocasionado por cambios de factores externos (niveles de embalses, preci-

pitación, evapotranspiración.

Se presentan algunas simula~iones efectuadas en INGEOMINAS para casos hipotéticos (que pue-

den ser reales) y otras simulaciones efectuadas en otros países.

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