5.3 The interviews, coding, dimensions building, and analysis
5.3.7 Dimension: Education
Generalidades
Las presas de enrocado con pantalla de hormigón son consideradas a nivel mundial como estructuras seguras con grandes ventajas técnicas, económicas y constructivas, en uso creciente con alturas superiores a 130 m y hasta 230 m. En el caso específico de Misicuni con primera etapa de 85 m y etapa final a 120 m de altura, son especialmente útiles como referencia las presas de Aguamilpa y Salvajina por haber utilizado materiales provenientes de depósitos aluviales en la conformación de su espaldón de aguas arriba. Los asentamientos máximos observados en este espaldón durante construcción fueron de 0,65 m y 0,30 m, respectivamente, con una deflexión máxima en la pantalla de hormigón de 0,15 m y 0,05 m, respectivamente. Los valores esperados para la presa de Misicuni serían sensiblemente esperadas en un rango similar a los de la presa Salvajina. Los anteriores precedentes han servido de base para adelantar el diseño de la presa Misicuni.
Zonificación de la presa
La presa de Misicuni es del tipo de enrocado con pantalla de hormigón de 85 m de altura en primera etapa y 120 m en etapa final. El cuerpo principal de la presa estará conformado por material procedente de los depósitos aluviales del río Misicuni, localizadas aguas arriba del
sitio de presa. Con el fin de poder utilizar la mayor parte del material existente en estos depósitos y al mismo tiempo asegurar que el espaldón de aguas abajo de la presa permanezca libre de agua, se implementó un filtro de chimenea, cuya localización dentro de los rellenos de primera etapa de la presa se definió teniendo en cuenta su extensión y localización en la presa final.
Con base en las características y la disponibilidad de los materiales antes mencionados se zonificó el relleno de la presa y ataguía. A continuación se resumen las características generales de cada zona, véase la Fig. 8.6 para identificar la zona especificada.
Zona 1
La Zona 1A, conformará el núcleo de la ataguía y estará compuesta por materiales fluvioglaciales o morrénicos con tamaño máximo de 150 mm. La Zona 1B, localizada en el sector inferior de la pantalla de hormigón tiene como función sellar cualquier grieta o apertura de las juntas en el sector de la losa que está sometida a las mayores presiones hidrostáticas. Este material podrá obtenerse de los depósitos aluviales y morrénicos de los ríos Misicuni y Sivingani, existentes inmediatamente aguas arriba de la ataguía y depositarse sobre la pantalla de hormigón en capas de 1,0 m de espesor, compactado con dos pasadas de bulldozer. La única restricción con relación a esta zona es la que se debe colocar a 1,0 m de la pantalla de hormigón material con 50% de contenido de finos limosos.
Zona 2A
Esta zona está ubicada inmediatamente aguas abajo de la junta perimetral y debe ser colocada de acuerdo con las especificaciones y dimensiones diseñadas. Su función es la de retener la ceniza volcánica que constituye el sello superficial de la junta perimetral, en caso de presentarse una filtración por una eventual falla en el sello de cobre y la cama de arena asfalto. Debe construirse con gravas y arenas procesadas de material aluvial o morrénico con tamaño máximo de 19 mm, compactados en capas de 30 cm con un compactador vibratorio de 0,5 t.
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Zona 2B
Esta zona tiene como funciones, recordando lo expuesto en el Capítulo 2:
o Suministrar un soporte uniforme y firme a la pantalla de hormigón.
o Proporcionar una permeabilidad relativamente baja para controlar eventuales filtraciones por ella, en caso de grietas en la pantalla de hormigón o a través de las juntas.
o Proteger la presa durante la construcción en caso de creciente. o Evitar vacíos entre el hormigón y el relleno de gravas del espaldón.
La Zona 2B debe construirse con gravas y arenas con tamaño máximo de 75 mm, con un contenido de finos no superior al 12%, y con los límites granulométricos que se muestran en la Fig. 8.7. Su permeabilidad es del orden de 10-4 cm/s. El material debe humedecerse antes de colocarse con cuatro pasadas de compactador vibratorio de 10 t. La zona 2B deberá extenderse aguas abajo del plinto sobre la superficie de fundación de los estribos con un ancho de 1,50 m, cubriéndolos hasta una distancia de 0,5 veces la altura máxima de agua en el embalse de la presa final.
Zona 3A
Esta zona tiene como función servir de transición entre la Zona 2B y la Zona 3B. Debe construirse con enrocados procesados bien graduados procedentes de los depósitos aluviales del río Misicuni, con tamaño máximo de 150 mm. Debe colocarse en capas de 45 cm de espesor y compactarse con cuatro pasadas del compactador vibratorio de 10 t. Esta zona deberá extenderse al igual que la Zona 2B aguas abajo del plinto, sobre la superficie de ésta, con un ancho de 1,50 m.
Zonas 3B y 3C
La Zona 3B conforma el espaldón aguas arriba de la presa y suministra el apoyo general a la pantalla de hormigón. Debe construirse con gravas procedentes de los depósitos aluviales del río Misicuni. Con objeto de minimizar la compresibilidad, en el espaldón de aguas arriba se ha previsto un tamaño máximo de 60 cm compactados en capas de 60 cm, con cuatro pasadas del rodillo vibratorio de 10 t.
La Zona 3C constituye el espaldón de aguas abajo de la presa. Los materiales para construcción de esta zona provendrán igualmente de los depósitos aluviales que cumplan con los límites granulométricos. Esta zona, por exigir menores requisitos de compresibilidad, puede construirse con tamaños máximos de 90 cm, compactados en capas de 90 cm con cuatro pasadas del compactador vibratorio de 10 t.
El talud de aguas abajo de la presa deberá protegerse con una franja exterior de dos metros de ancho con materiales aluviales de dimensiones superiores a 60 cm.
Zona 3D
La Zona 3D constituye el filtro de chimenea de la presa y estará constituido por gravas procesadas con tamaños comprendidos entre 30 cm y 1,2 cm, colocado y conformado según se muestra la Fig. 8.6 y 8.7.
Diseño de las zonas de filtros y de transición
La Zona 3A de la presa es una zona de transición entre la Zona 2B y la Zona 3B de gravas del espaldón de aguas arriba de la presa. Su propósito principal es el de tener un tamaño de vacíos limitado que asegure que el material de la Zona 2B no pueda ser lavado dentro de los mayores vacíos del relleno de gravas de la Zona 3B. De acuerdo con esto, la zona 3A
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fracción fina pueda migrar hacia aguas abajo dentro de los rellenos de gravas. Asimismo, la Zona 3B debe cumplir la misma función de filtro que impida la migración de la parte fina de la Zona 3A hacia aguas abajo. Para tal, fin la gradación de estas zonas, así como la de la Zona 3D, se diseñó de manera tal que cumplan, además de las funciones específicas anotadas anteriormente, los criterios de diseño de filtros establecidos por USDA SCS, 1986 y USBR, 1987, los cuales se resumen en el Cuadro 8.4. Los materiales por retener, o de base, caen en todos los casos dentro de la categoría 4, debido a que tienen un contenido de finos menor del 15%.
En el Cuadro 8.5 se presenta el cálculo del tamaño D15 que debe cumplir el material de
filtro para las diferentes zonas de la presa, en la que se verifica que las Zonas 3A, 3B y 3D cumplen los criterios de filtros para los materiales de las Zonas 2B, 3A y 3B, respectivamente.
Cuadro 8.4 Criterio para filtros (USDA. SCS, 1986; USBR, 1987) Categoría Descripción del suelo y porcentaje
pasa tamiz Nº 200 (0,075mm) (1)
Criterio del filtro (2)
1 Arcillas y limos finos; más de 85%
de finos. D15 9 x d85 (3) 2 Arenas, limos, arcillas y arenas
limosas y arcillosas; 40 a 85 % de finos.
D15 0,7 mm
3 Arenas y gravas limosas y arcillosas;
15 a 39% de finos. D0,7 mm) / (40-D15 (40-A)(4 x d1585) + –
0,7 mm (4)(5) 4 Arenas y gravas; menos de 15% de
finos. D15 4 x d85 (6)
NOTAS:
(1) La denominación de la categoría del suelo que contiene partículas mayores que el tamiz No 4 ( 4,75 mm)se determina a partir de la curva de gradación del suelo ajustándola al 100% pasando el tamiz No 4.
(2) El filtro debe tener un tamaño máximo de partícula de 75 mm, un máximo de 5% pasa tamiz No 200 (0,075 mm) e índice de plasticidad cero. El PI debe determinarse sobre el material pasa tamiz No 40 de acuerdo con ASTM - D - 4318. Para asegurar suficiente permeabilidad, el filtro debe tener un D15 igual o mayor
que 4 ×d15 pero no menor que 0,1 mm.
(3) Cuando 9 ×d85 es menor que 0,2 mm, use 0,2 mm.
(4) A = porcentaje pasa tamiz No. 200 ( 0,075 mm) después del ajuste. (5) Cuando 4 ×d85 es menor que 0,7 mm, use 0,7 mm.
(6) En la categoría 4, el d85 puede determinarse a partir de la curva de gradación
original del suelo sin ajuste para partículas mayores que 4,75 mm.
(7) La relación del tamaño máximo a mínimo para un porcentaje dado menor o igual a 60, deberá ser menor o igual a 5.
(8) Un filtro fino adyacente a un relleno impermeable o fundación fina debe tener un tamaño máximo de 1/2" a 3/4” (12,7 mm a 19 mm), con el 55 a 80% pasando tamiz No. 4. El material debe ser bien gradado con un porcentaje de finos (pasa tamiz No. 200) no mayor de 5%. Una gradación alternativa es la del agregado fino para hormigón.
Cuadro 8.5 Diseño de filtros
Suelo a retener Criterio de filtro
Zona D85,mm Zona D15 ZONA mm D15 FILTRO mm
2 B 16,8 3 A 4,76 – 0,59 <67,2
3 A 25,4 3 B 33,8 – 0,56 <102
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Resumen de zonas
Zona Función Descripción
Tamaño máximo (mm) Espesor de capa (m) Equipo de compactación Número de pasadas Volumen (m3)
IA Núcleo ataguía Morrenas y
fluvioglacial 150 0.30
Vibratorio
10 t 6 17000
IB Protección pantalla Excavaciones y morrenas 500 1.00 Dozer 2 26300
2A Filtro de protección del plinto
Arena y grava procesada 19 0.30 Vibratorio 0.5 t 2 800 2B Filtro semi-permeable y base de la pantalla de hormigón Arena y grava procesada 75 0.275 Vibratorio 10 t 4 67000
3A Zona de transición Enrocados procesados 100 0.275 Vibratorio 10 t 4 76000
3B Relleno espaldón aguas arriba y ataguía
Enrocado y arenas aluviales
600 0.60 Vibratorio 10 t 4 670000
3C Relleno espaldón aguas abajo
Enrocado y arenas aluviales
900 0.90 Vibratorio 10 t 4 657000
3D Filtro de chimeneo Enrocado procesado 300 0.60 Vibratorio 10 t 4 48200
Ataguía
La ataguía debe conformarse con materiales procedentes de los depósitos aluviales o morrénicos del río Sivingani, con las características y especificaciones indicadas en el Plano 2.1-11. En el contacto de la fundación con los rellenos del espaldón de aguas arriba, deberá colocarse una capa de 1,0 m de espesor de material de la Zona 1 A. Además, la parte inferior del talud de aguas arriba deberá protegerse con un enrocado de dos metros de ancho, compuesto por fragmentos rocosos superiores a 0,50 m.
El Anexo A-7 complementa con el plano de ubicación.
Instrumentación Generalidades
El sistema de instrumentación de la presa Misicuni se diseñó con el propósito de determinar el comportamiento de la fundación, del relleno y de la pantalla de hormigón durante las etapas de construcción, primer llenado y operación del embalse.
El control del comportamiento del relleno y de la fundación se proyectó realizarlo mediante la medición de los siguientes parámetros:
a) Presiones intersticiales desarrolladas en el relleno y en la fundación (piezómetros de alambre vibrante y piezómetros de observación).
b) Desplazamientos verticales internos del relleno (celdas de asentamientos).
c) Desplazamientos horizontales y verticales superficiales (puntos de control superficial). d) Presiones totales del relleno (celdas de presión).
e) Infiltraciones de la presa y su fundación (vertedero de aforos). f) Aceleraciones sísmicas (acelerógrafos).
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a) Movimientos de la junta perimetral y de las juntas de la losa principal cercanas a los estribos (medidores de juntas).
b) Control de movimientos superficiales de la losa (puntos de control superficial).
Instrumentación en el cuerpo y en la fundación de la presa
Las secciones instrumentadas propuestas coinciden con las secciones longitudinal y transversal máxima, sección 500 y abscisa 250. Con el objeto de cubrir toda el área de la presa también se propone ubicar aparatos en las secciones longitudinales 420, 450 y 480 (aguas arriba del eje) y 545 (aguas abajo del eje), y en las secciones transversales de las abscisas 190 (estribo izquierdo) y 310 (estribo derecho). Los instrumentos dentro del cuerpo de la presa se agruparon en tres niveles principales con el propósito de tener un control completo de las variables de interés durante la construcción y operación de la estructura. De esta manera se escogieron las siguientes elevaciones: 3690 msnm, 3710 msnm y 3730 msnm. Los terminales de lectura de los instrumentos se localizaron en tres casetas ubicadas en estas mismas elevaciones sobre el talud de aguas abajo. Los criterios de diseño y la descripción de los instrumentos se presentan a continuación.
o Piezómetros de observación
Con el propósito de determinar los niveles de agua en el relleno de la presa, dentro del espaldón de aguas abajo, se deben instalar a lo largo de la sección transversal máxima, dos piezómetros de observación (tubo abierto), conformados con tubería de PVC y tres piezómetros adicionales sobre la vía de acceso al portal de la galería, en el espaldón de aguas abajo.
o Piezómetros de alambre vibrante
Con el fin de determinar las subpresiones que se generen bajo la presa durante la construcción y operación del proyecto, se localizaron 10 piezómetros de alambre vibrante en la fundación de la presa. Estos están distribuidos por pares a lo largo de la sección transversal máxima y otras dos secciones diferentes. En cada sección se localizó un
piezómetro en las proximidades de la superficie de la roca de fundación y el otro a 10 m de distancia del primero.
La punta de los piezómetros deberá ser de cerámica de alta permeabilidad al aire con sensor de acero inoxidable y capacidad para medir hasta 1470 kPa (15 kgf/cm2) de presión positiva y exactitud del 0,1% sobre el rango total. Los piezómetros deberán ser para trabajo pesado con diámetro mínimo de 38 mm. Los huecos para su instalación en la roca de fundación deberán tener un diámetro no inferior a 6 pulgadas, el piezómetro deberá quedar rodeado de arena sobre la cual deberá colocarse un sello de bentonita, según se ilustra en los planos.
o Celdas de asentamiento de alambre vibrante
Para la medición de los asentamientos internos del relleno, desde un punto de medición remoto, se localizaron 18 celdas de asentamiento distribuidas en las elevaciones 3690 msnm, 3710 msnm y 3730 msnm. El rango de las celdas deberá ser mínimo de 1,5 m con respecto al nivel de referencia, con sensor de alambre vibrante de 1,5 mm de sensibilidad y 0,5% de precisión sobre el rango total, con circuito para recircular agua desaireada y con sistema manual de desaireación de agua.
o Celdas de presión de alambre vibrante
Los esfuerzos totales serán medidos mediante 20 celdas distribuidas en 10 grupos de dos celdas ubicadas en el sitio aledaño a las celdas de asentamiento para poder utilizar las mismas zanjas para la conducción de los cables y causar una menor interferencia con la colocación de los rellenos. Las celdas deberán estar llenas de aceite con sensor de cable vibrante, de nueve pulgadas de diámetro y ½ pulgada de espesor, con capacidad máxima de 1470 kPa (15 kgf/cm2), precisión de ±0,25% del rango total y resolución de 0,1% del rango total, con sensor de temperatura.
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o Puntos de control superficial y mojones de referencia
Con el fin de evaluar los movimientos superficiales del relleno (talud de aguas abajo) y de la pantalla de hormigón (talud de aguas arriba), tanto horizontales como verticales, se debe instalar un sistema de mojones que mediante el control topográfico, permitan determinar movimientos superficiales confrontando localizaciones planimétricas y altimétricas sucesivas. El control topográfico debe realizarse con equipos topográficos de alta precisión, desde puntos fijos de control (mojones de referencia), localizados en lugares donde no tenga influencia la presa (roca de fundación en los estribos). Se ha previsto la instalación de 14 mojones sobre la cresta y el talud de aguas abajo y de 42 mojones sobre la pantalla de hormigón.
o Acelerógrafos
A fin de registrar sismos de gran magnitud que pudieran tener efecto en el comportamiento de la presa, se ha previsto instalar dos acelerógrafos, uno en la cresta de la presa y otro en la galería de acceso a la cámara de válvulas, en una zona alejada de la interferencia que pudiera tener la presa misma.
Con esta distribución y, dado que éstos se encuentran interconectados, se espera registrar las aceleraciones de la roca de fundación y la amplificación que éstas puedan experimentar en la cresta de la presa durante la ocurrencia de un sismo.
El rango de los acelerógrafos deberá ser de ±1g y la frecuencia de 0 Hz a 100 Hz, deberá estar provisto de reloj o cronómetro que permita determinar el tiempo de llegada de las ondas con una precisión no menor de 0,1 segundos y que incorpore escala de tiempo en los registros. En el momento de la instalación los acelerógrafos deberán estar previstos de memoria en el estado sólido de mínimo 500 Kb.
o Vertedero
En la parte final del talud de aguas abajo de la presa se debe instalar un vertedero de aforos con el fin de medir las eventuales filtraciones que se puedan presentar a través de la presa.
Instrumentación en la pantalla de hormigón
o Medidores de juntas
Con el objeto de medir los movimientos en la junta perimetral, en las juntas de la losa principal cercanas a los estribos y en la junta de construcción horizontal, se localizaron 19 grupos de medidores de juntas de 2 y 3 instrumentos que permiten detectar movimientos normales y paralelos a las juntas y normales a la losa de hormigón, 10 de los grupos se localizaron a lo largo de la junta perimetral, que se prevé estará sometida a los mayores movimientos por ser la conexión entre el plinto, cimentado sobre roca y las losas principales apoyadas directamente sobre el relleno de la presa. Los nueve grupos restantes se localizaron en las juntas de las losas principales más cercanas a los estribos por ser en estas zonas donde se detectan extensiones por movimiento del relleno hacia el centro del cañón y en la junta de construcción horizontal (Elevación 3710 msnm).
Los medidores de juntas deberán estar constituidos por sensores de desplazamiento de alambre vibrante con terminales embebidos para monitorear las juntas, deberán tener una longitud mínima de 40 cm, un rango de medida hasta de 10 cm, una sensibilidad de 0,002% y una exactitud de 0,1% del rango total de lectura. Deberán estar provistos de unidades automáticas de adquisición de datos en las casetas y los paneles terminales deberán estar protegidos contra rayos. El Anexo A-7 complementa con el plano de ubicación.