Vítejte na webu Ing. Otto Horský , CSc.

Investigaciones Ingeniero-Geolócicas para las Obras Hidrotécnicas


PRÓLOGO

El estudio Ingeniero-geológico y Geotécnico del lugar del emplazamiento de una presa y de embalse es una tarea progresiva y continua, y sin ninguna duda, muy seria e importante. Comienza por el análisis de la documentación y termina con la auscultación de la obra en servicio. La progresión de tareas comprende etapas bien definidas, correspondientes con etapas del proyecto de la obra.
Precisamente para las etapas iniciales, los que son de mayor importancia para el desarrollo del proyecto, se propone por este instructivo una sistemática de trabajo, definiendo en general las tareas que forman parte de cada etapa, estableciendo las premisas y pormenorizando cada investigación en particular.
Aunque este instructivo he terminado en el aňo 1983 y era impreso por primera vez por el Büró Geológico Checo, es decir, hay que calcularlo ya como el trabajo bastante viejo y en muchos sentidos superado, presentamos su nueva edición, agregando solamente algunos nuevos anexos. Es por la razón siquiente : los métodos y sistemática de trabajo de las investigaciones ingeniero geológicas y geotécnicas para las presas y embalses presentados en este libro son modernos e innovadores y no se han cambiado tanto. Lo que sí, lo que ha logrado mucho desarrollo gracias a la modernización de equipos y de técnicas de investigación, es la geofísica aplicada a la construcción.
Métodos modernos de las investigaciones geofísicas para las obras hidrotécnicas presentados en este libro en el anexo, lograron el desarrollo tan exitoso gracias a colaboración muy estrecha entre geofísico e ingeniero geólogo y geotécnico. En este lugar hay que dar mucho agradecimiento al Prof. RNDr.Pavel Bláha, DrSc y a la Empresa GEOtest Brno, s.a., ya que el primero con mucho entusiasmo ya más que 30 aňos está desarrollando estos nuevos e inovadores métodos en la estrecha colaboración con los geólogos e ingenieros geólos y el segundo, GEOtest Brno, s.a., ha creado las condiciones ideales para este desarrollo.
En el libro presentamos además de muchos ejemplos prácticos de las repúblicas Checa y Eslovaca también ejemplos de trabajos concretos de Cuba, de Espaňa y de otros países. Es por la razón, que el autor del libro trabajó tres aňos en Espaňa y cuatro aňos colaboró con los especialistas cubanos como el Asesor Principal del Ministerio de las Construcciones de Cuba y los cuatro aňos más como el jefe de las investigaciones para la Hidroacumuladora en el Escambray. También a la parte cubana hay que dar mucho agradecimiento, ya que crearon las condiciones ideales para que saliera la investigación para la Hidroacumuladora como muy exitosa, y seguro, como una de las más grandes y más complejas en su época en todo el territorio de America Latina.

En Brno, República Checa, el día 13 de Abril de 2003


INTRODUCCIÓN

Las presas de cualquier tipo son estructuras de comportamiento muy complejo. Esto implica que los métodos para analizarlos y diseňarlos hayan progresado tan lentamente y que se haya tenido que pagar, algunas veces, el alto precio de una falla catastrófica y en otras muchas ocasiones, quizás el menos espectacular pero también alto, de un diseňo muy con- servador.
En tiempos pasados se construyeron presas en sitios geológicamente ventajosos y su altura fue moderada. La necesidad de predecir con detalle su comportamiento fue muy grande, pues para su diseno y construcción era válido recurrir, en gran medida a la experiencia.
Sin embargo, al terminarse los lugares ventajosos, fue necesario construir también en condiciones de geología cada vez más desfavorables y complejas, dependiendo el comportamiento de la estructura de las condiciones geológicas mucho más que otras estructuras del mismo género. Finalmente fueron creciendo también las alturas de las presas y el valor de las zonas en que debían localizarse, por lo que los costos de la presa se incrementaron notablemente. Todo esto llevó consigo la necesidad de mejorar los métodos de análisis y disenos de estas estructuras. El desarrollo de la mecánica de suelos y de rocas, de las técnicas de investigación ingeniero-geológica, del análisis experimental de los esfuerzos, de los métodos de análisis numéricos y, por último, de las computadoras digitales aportaron sucesivamente su contribución a ese fin.
Pero todo método de análisis o de diseno debe ser válido o confirmado mediante su confrontación con observaciones experimentales, preferiblemente en escala natural. Para dar validez a los métodos más elementales de análisis de presas, enfocados principalmente en la estabilidad global de la cortina, pudo bastar con observar si el prototipo era estable o no. Por el contrario la confirmación de métodos más refinados, orientados para predecir esfuerzos, deformaciones y posible deterioro interno requiere instrumentar cuidadosamente los prototipos.
En la evolución del diseno de presas, el momento actual puede caracterizarse precisamente por el predominio de la necesidad de confirmar los desarrollos más recientes. Solo si se satisface esta necesidad, será posible construir grandes presas en las más diversas condiciones geológicas con costos y riesgos aceptables.
Para cumplir bien esta tarea muy seria e importante, la ingeniería geológica se fundamenta en los logros alcanzados por la mecánica de rocas y suelos, por la geofísica y otros métodos modernos, hasta el cálculo con método de los estados límites.
Los métodos matemáticos de cálculo necesitan datos, datos exactos sobre la estructura del maciso rocoso, caracterizando todo el sistema del ambiente estudiado por su deformabilidad, resistencia, permeabilidad y otros datos geotécnicos. Y aquí hay que tener en cuenta, que el maciso rocoso no lo podemos calcular como compacto, isotópico y elástico. La idealización del maciso rocoso como un medio compacto puede introducir grandes errores, aunque, en la práctica, cierta idealización, es decir simplificación del modelo del ambiente estudiado es necesaria, para que fuera posible utilizar un modelo matemático. Esto significa, en esencial, la división del maciso rocoso a bloques casi homogéneos y su característica por datos geotécnicos, necesarios para el cálculo del sistema cortina – fundamentos.


Capítulo I

Criterios de diseňo de una presa

I.1. Introducción

El proyecto o diseno de una presa consiste en la determinación de todos los detalles referentes a localización, geometría y constitución de la cortina y estructuras colaterales o accesorias. Todo el proyecto debe complementarse con un programa de ejecución y una estimación de costos.
Una presa en operación es en cualquier caso un sistema cuyos elementos están inter-relacionados y se afectan mutuamente. Su proyecto, por tanto, sólo puede enfocarse en conjunto. Sin embargo, en este trabajo mencionamos principalmente los aspectos relativos a la estructura de retención, el dique y su cimentación, la cual es, sin duda, más importante y no se discuten en detalle las estructuras colaterales como vertederos o las de toma.
La concepción general y los detalles de diseno de la cortina de una presa se deben determinar escogiendo entre las diversas alternativas de cortina y tratamiento de cimentación que se adaptan a las condiciones del sitio, aquella cuyo costo total es mínimo, sin correr riesgo de falla de la estructura.

I.2. Selección del lugar de construcción de una obra hidrotécnica

El desarrollo de la construcción de grandes presas provoca la necesidad de seleccionar bien el lugar para una construcción uniforme, para eliminar al mínimo las influencias negativas al ambiente de la naturaleza y de la vida y para desviar al mismo los riesgos provocados por el cambio de las condiciones originales y debe construirse en límites económicos favorables. Con estas razones el problema de la selección del sitio para la construcción de una presa está influenciado por factores de índole económico y no solamente técnico.
No existen lugares que sean exactamente similares, cada uno presenta su propia proble-mática particular, diferente desde el punto de vista ingenieril así como desde el punto de vista socioeconómico y cultural. Por ejemplo, para construir una presa en el río Nilo en Egipto, fue necesario proteger algunos objetos de valos histórico inmenso (Abu Simbel cerca de Asuán), para la construcción de algunas obras hidrotécnicas en el Danubio (presa de “Puertas de hierro” en la frontera entre Rumania y Yugoslavia) fue necesario discutir antes cuestiones de índole político-social entre ambos países. Esto radica en que la problemática de selección entre sitios alternativos se ha de resolver mediante la evaluación comparativa de las carac-terísticas físicas del lugar, de las implicaciones sociales, económicas, políticas, ideológicas y legales de la construcción del embalse.
La selección de la zona para una presa está regida por los propósitos de desarrollo de los recursos hidráulicos, la conveniencia física de los lugares disponibles para lograr esos propositos sin riesgos y en forma económica e sin afectar negativamente el ambiente de la vida y de la naturaleza. Los propósitos de desarrollo de los recursos hidráulicos pueden ser, entre otros, los siguientes:
a) Desarrollo de energía eléctrica
b) Almacenamiento y derivación del agua para uso industrial y doméstico
c) Almacenamiento y control de abastecimientos de agua para riego y para control de avenidas
d) Incremento del tirante hidráulico para navegación
e) Protección e integración al desarrollo de tierras bajas inundadas
f) Recreación
g) Control de sedimentos y cuerpos flotantes especialmente durante del tiempo de avenidas, lagunas de oxidación
Los propósitos mencionados, o mejor dicho, en la mayoría de los casos, algunas combi-naciones de ellos influencian la selección del sitio para una presa. La utilización o destino de los volúmenes de agua almacenados deberán conformarse al planeamiento integral de desarrollo de los recursos hidráulicos de la cuenca y a los objetivos nacionales de desarrollo regional. Las obras y embalses propuestos deberán satisfacer necesidades inmedia-tas, mediatas y a largo plazo. Sería erróneo satisfacer demanda de agua inmediata y olvidar necesidades futuras.
Los factores físicos más relevantes que afectan la selección del sitio para una presa son los siguientes:
a) Posibilidades de cimentación de la obra en las condiciones geológicas y morfo-lógicas del lugar sin riesgos y en límites económicos favorables
b) Condiciones de impermeabilidad de la cimentación y del vaso
c) Disponibilidad de los materiales de construcción
d) Cuantificación de afectaciones originadas por la creación del vaso
e) Relación del sitio con la obra beneficiada y valoración de los efectos advérsos ocasionados aguas abajo por el embalse
f) Disponibilidad de redes viales para la construcción y acceso al sitio
g) Comparación y disponibilidad de otros sitios alternativos
La decisión de utilizar un sitio especifico se basa en los factores de que se tenga conoci-miento en el momento en que se autorice el proyecto, y no exista referencia de que la solución adoptada continúe siendo la mejor. Las condiciones consideradas en proyectos anteriores cuya construcción se ha visto retrasada durante varios aňos habrán variado notablemente y quizás tendrán que seleccionarse otros sitios.
Tales variantes pueden consistir en avances técnicos, en el diseno y construcción de presas, cambios en los intereses de utilizar la tierra, nuevos desarrollos socioeconómicos (nuevas industrias, poblaciones, economías etc.) y otras circunstancias no predecibles. Existen muchos ejemplos donde el desarrollo de la técnica de investigación, proyección y construcción nos dio la posibilidad de construir una obra hidráulica en lugares antes pensados como desfavorables (p.ej. en la región de rocas sedimentarias tipo Flysch en el norte de Moravia en la República Checa).
Con pocas excepciones, los proyectos de embalses de agua siempre causan algún dano. Los lugares que en otra forma son satisfactorios pueden en forma adversa afectar a zonas agrícolas extensas o importantes, minas, vías férreas, carreteras, ciudades, zonas boscosas etc. Por el contrario, toda presa una vez construida, ejercerá sin duda una influencia considerable en el desarrollo futuro de la región.

I.3. Factores básicos que determinan la selección del tipo de la cortina

La selección del tipo de la cortina a construirse en un sitio previamente seleccionado está afectada directamente por las condiciones naturales del lugar, es decir:
a) Características del eje, cimentación y vaso
b) Características geológicas y sismológicas regionales
c) Disponibilidad y acceso a los materiales de construcción, su tipo, cantidad y localización
d) Clima y tiempo disponible para la ejecución
Además de lo mencionado afectan al diseňo de una presa factores indirectos, como son función de la obra, su importancia, duración de las obras requeridas, métodos de proyección y construcción actuales y requerimientos de materiales, maquinarias y mano de obra. Tales factores indirectos están influenciados, a su vez, por los antecedentes económicos, políticos y sociales del país.
Las condiciones antes mencionadas se encuentran estrechamente interrelacionadas y son tan complejas que se requiere depender de los criterios y juicios de especialistas con experiencia cabal en cuanto a la economía y seguridad de la presa.
En ningún caso la solución adoptada será independiente de factores subjetivos, como la experiencia y preferencias del proyectista, o su interpretación personal del comporamiento satisfactorio o indeseable de otras obras en condiciones similares.
El estado actual de la ciencia y la técnica nos da la posibilidad de construir una cortina de un tipo definido en condiciones geológicas muy difíciles y muy complejas, pero siempre hay que tener en cuenta la armonía de las características básicas, es decir, la necesidad e importancia de la obra y su carácter relacionado con el ambiente de la naturaleza y del macizo rocoso.
De aquí sale:
De la importancia de un análisis cuidadoso de todas las partes del proyecto y de una evaluación apropiada de las condiciones durante de la construcción pueden surgir modificaciones benéficas al proyecto original. Es evidente, de que cuanto más cuidadosa-mente se analicen los detalles del proyecto, menos será el número de imprevistos que provoquen las modificaciones del diseno durante la ejecución de la obra, pero éstas generalmente no podrán eliminarse del todo. En cualquier caso, dichos cambios deben producirse oportunamente y ser tales que puedan adaptarse al criterio general con que se elaboró el proyecto.

I.3.1. Aspectos geológicos y tectónicos para elegir la cortina

Los aspectos geológicos y tectónicos del eje son, sin duda, los más importantes para elegir el tipo de la cortina. Mientras que en las presas de gravedad éstas soportan las presiones del agua por su propio peso, en las presas del tipo bóveda las presiones se transmiten al macizo rocoso, primordialmente hacia los estribos. Esto indica que las fallas, grietas y otras anomalías son de gran consideración en el diseno de presas de arcos, y pueden impedir que se considere una cortina de este tipo, ya que esas condiciones pueden producir deformaciones excesivas o problemas de estabilidad y de drenaje bajo presión. Estos defectos estructurales han tratado de remediarse de suerte que no sean causa de rechazo del lugar, aunque eso puede implicar en algunos casos elevados costos de la construcción de arco y muchas veces es más económico buscar otro tipo de cortina (de gravedad, rock-fill etc.).
La tectónica y estratificación a lo largo de las líneas de empuje deben estudiarse cuidado-samente, en especial cuando representan posibles problemas de deslizamiento o inestabilidad.


Fig. 1: La transmisión de las presiones del agua embalsada a las laderas por medio del arco provoca la necesidad de estudiar detalladamente la estructura del maciso rocoso.

Si tales estructuras de rocas están orientadas de suerte que el empuje del arco las cierre, comprima o consolide, sus efectos pueden ser fácilmente incluidos en los cálculos para la deformación de la cimentación y, por consiguiente, del diseno de la presa. Si las juntas o fallas están orientadas de forma tal que los bloques de roca pudieran desplazarse por el empuje, esas condiciones deben reconocerse y tratarse según las circunstancias. De lo mencionado resulta que para la cortina de arco es indispensable estudiar muy detalladamente todos los sistemas de juntas, grietas, fallas y otras, apreciando como influyen éstas en la estructura de las rocas, la estabilidad de la excavación y de la cortina durante y después de construirla.


Fig. 1ª: Presa de hormigón tipo arco en el río Aguas Blancas en Espaňa, Granadá.




En las condiciones geológicas muy difíciles, con muchas fallas de peligro, donde no sea posible construir una presa de arco o solamente con economía desfavorable, podemos utilizar la presa de contrafuerte debido al comportamiento independiente de sus elementos y a la libertad de elección del espaciamiento entre ellos, lo cual permite salvar en muchas ocasiones zonas deficientes de la cimentación. Para estas presas es por lo general satisfactorio el subsanar las deficiencias estructurales de la cimentación, mediante medidas como sustituir alguna porción de una falla con concreto, atravesar una falla mediante un puente de concreto macizo reforzado y proporcionar una pantalla impermeable. De lo mencionado resulta que este tipo de presa necesita roca buena debajo de los pilares (contrafuerte) con resistencia al cortante satisfactoria ya que se calcula con alta concentración de esfuerzos de los pilares. También los módulos de deformación deben ser satisfactorios, para que no se provoquen asentamientos diferenciales de gran envergadura, los que pudieran afectar el elemento impermeable el que está unido con todos pilares.

Fíg. 2: La presa de contrafuerte en el río Sorbe en España. La altura es de 68 metros, la longitud de la corona es de 472 metros.

Desde este punto de vista soporta mejor la presa de gravedad donde los bloques de hormi-gón tienen un poco de mayor libertad y trabajan más o menos independientemente (en la presa de Žermanice en la República Checa en la región de Flysh surgieron entre bloques asenta-mientos de hasta 15 cm sin afectación a la estabilidad de la presa).
Es decir, una presa de gravedad que soporte las presiones del agua por su propio peso es la más segura, pero comparándola con presas de contrafuerte y de arco, es la más cara, ya que necesita hasta tres veces más hormigón.


Fig. 3: La presa de gravedad transmite las presiones del agua embalsada (H) a los cimientos gracias al peso de su cuerpo (G). La componente tangential T de la fuerza final R no debería aumentar las subpresiones V, para que no bajen las fuerzas activas de gravedad. Por esta razón las subpresiones (linea 1) las disminuimos con la ayuda de la cortina de inyección “i” y drenaje “d” (línea 2).












Fig. 3ª: Ejemplo de mal ubicación de presa de gravedad en el macizo rocoso afectado por falla tectónica. Presa Tous en el río Júcar, Espaňa. Por tal razón era necesario cambiar el proyecto y construir el dique combinado.

Generalmente podemos decir que de los distintos tipos de roca, las sedimentarias son las menos aceptables para la construcción de una cortina de arco o de contrafuerte y entre ellas las más cuestionables son los esquistos arcillosos, lutitas y areniscos. Las rocas que se des-componen o deterioran al exponerse al agua, la atmosfera o la presión son totalmente inaceptables.
Para tales regiones es conveniente construir presas de materiales sueltos o de “rock-fill” (enrocamiento), los cuales soportan mejor los asentamientos diferenciales y donde tenemos limitaciones esencialmente provocadas por infiltraciones y por falta de materiales de construcción.
En cuanto a las características de la cimentación de presas de tierra y enrocamiento, su compresibilidad y resistencia pueden obligar a aumentar las dimensiones de la cortina en la base para evitar asentamientos diferenciales o fallas por cortante. En una cimentación constituida por suelos granulares susceptibles de compactación o de pérdida de resistencia bajo efectos dinámicos, una parte muy importante del proyecto será el mejoramiento de las condiciones de tales depósitos bajo la cortina y en sus cercanías, particularmente en regiones de alta sismicidad.


Fig. 4: La presa de enrocamiento de la altura de 84 m en el río Guadalteba en Espaňa.


Cuando el problema más importante de la cimentación está ligado al flujo de agua a través de ella, su influencia en el proyecto puede ser también apreciable; por ejemplo, la posibilidad de que una pantalla impermeable de cualquier tipo pueda o no ser eficiente implica la necesidad de proporcionar un sistema de drenaje de la cimentación y del terraplén cerca del talud aguas abajo (filtros, pozos de alivio, galerías de drenaje etc.).
Generalmente podemos decir, que los detalles de geología (estratificación, fisuramiento), permeabilidad y compresibilidad son los básicos y determinantes en las condiciones de segu-ridad de toda la cortina o de la efectividad de ciertos componentes del proyecto. Principal-mente en lo que se refiere al control del flujo de agua a través de la cimentación de una presa, no debe entenderse su completa eliminación ni su reducción a cantidades pequenas, sino su manejo por el medio de pantallas impermeables o drenaje, de modo que no ponga en peligro la estabilidad ni el funcionamiento de la obra.
Cuando las propiedades mecánicas de la cimentación o el espesor de sus mantos con características desfavorables varían mucho en el sitio elegido, la economía resultante de la óptima localización del eje del dique, generalmente justifica estudios más detallados y el análisis de mayor numero de alternativas.

I.3.2. Aspectos geomorfológicos del eje.

Está claro que tanto las condiciones topográficas como las geológicas son factores que influencian la selección del tipo de la cortina en un grado mayor que cualquier otra condición natural. Las características topográficas que afectan la selección son la sección transversal del eje y las pendientes en ambas laderas. La primera tiene importancia en la determinación del volumen requerido de material en la cortina, en tanto que la última afecta pricipalmente la estabilidad de la presa.
Según la morfología del valle podemos pensar en forma orientativa, si el lugar es en esencial conveniente para la construcción de la presa. El eje lo ubicaremos, desde luego, en el lugar más estrecho, con pendientes bruscas y rocosas, ya que podemos suponer que este lugar ha soportado mejor la erosión, la denudación y otros procesos por tener rocas más resistentes que en el resto del valle, donde se encuentren pendientes poco inclinadas. Pero no siempre el estrechamiento del valle refleja el lugar más conveniente para construir una cortina, ya que puede suceder que estrechamiento fuera provodaco por un derrumbe. (Vea fig. 5).













Fig. 5: Perfil C – C´ en COROJO en Cuba, poco conveniente por presencia del deslizamiento de las calizas (6) en ambas laderas del eje. Calizas afectadas por el deslizamiento son además de eso muy permeables. 1 – tobas porfiríticas de la
serie COBRE, 5 y 6 – calizas de la serie Charco Redondo.

En general, se consideraría primero una cortina rígida de arco para un eje estrecho, rocoso, con pendientes bruscas, mientras que otros tipos de presas serían consideradas primero en el caso de sitios amplios. Debe considerarse la selección de presas de arco en aquellos sitios con relaciones cuerda – altura de la cortina “c/a” hasta 5, siempre y cuando la cimentación sea adecuada. En varios proyectos no se ha titubeado en disenar presas de arco para ejes con relación “c/a” hasta 10, cuando no se especifique el uso combinado de comportamientos artificiales (espolones, rellenos etc.).
La relación “c/a” de la presa Moulin Ribou en Francia (1955) es cercana a 8, la relación más alta de una presa en Méjico (Presidente Calles, 1931) alcanza 4. Se considera teórica-mente que, bajo condiciones adecuadas, una presa de arco con relación c/a igual a 12, requerirá el mismo volumen de concreto que una presa correspondiente de gravedad.


Fig. 6: Eje de la presa Bromme para el arco con relaciones “cuerda – altura” de 2,5.





Otro factor de importancia en el diseňo de una presa es la forma del eje, suponiendo que la relación c/a sea adecuada. El factor de forma se define como la relación entre el perímetro de contacto de la cortina con la cimentación y la altura máxima de la cortina (p/a). Al comparar dos presas con la misma relación c/a, se observa que los ejes tienen relaciones p/a distintas y, consecuentemente, las cortinas presentan características diferentes, y los volúmenes de conc-reto requeridos por cada cortina son distintos.
La ausencia del tipo ideal de eje de forma “V” no excluye la posibilidad de adoptar una presa de arco. Tanto en los ejes asimétricos en forma de “U” o la forma de “V-U” compuesta y en eje abierto se pueden ubicar presas de arco eficientemente. Sin embargo, las irregula-ridades excesivas pueden requerir de una estructura compuesta por una cortina de arco, arcos múltiples y otros tipos de presas.
La consideración de presas en arco es apropiada en aquellos ejes que tienen una relación “c/a” adecuada – hasta 5 – y una relación “p/a” entre 2 y 3,5. La relación “c/a” mayor de 5 y una relación “p/a” mayor de 5 es apropiada para las presas de contrafuerte. Por ejemplo, las presas de Svarthalsforsen, Balforsen y Krangede en Suecia presentan relaciones “c/a” iguales a 5, 16.2, 17.5. Las presas Athens y Nevers de Estados Unidos presentan relaciones “c/a” iguales a 15.6 y 58.8. Las relaciones “p/a” en las presas de contrafuerte son generalmente mayores que la relación “c/a” correspondiente.


Fig. 7: Estructura compuesta por una cortina de arco en la base de un valle estrecho, el resto del cuerpo es de otro tipo.

Las presas de enrocamiento y de tierra son adecuadas para aquellos ejes, en los que las características topográficas son favorables para la estabilidad de sus parámetros aguas arriba y aguas abajo y para la operación efectiva de maquinarias pesadas durante el movimiento de los materiales. Estos tipos de presas son más económicos si las características topográficas favorecen la inclusión de la obra vertedora. De lo contrario, la presa es a menudo muy cara porque la obra vertedora tiene que ser construida aparte de la cortina y debe tener una capacidad adecuada para evitar el desbordamiento del embalse sobre la corona de la cortina.











Fig. 8: Esquema de la presa de arco - Susqueda, en el río Ter en los Pirineos,
Espaňa.

Los problemas constructivos serán muy diferentes en un eje angosto (estrecho) que en un amplio.
En cuanto a la estabilidad de la cortina, siendo iguales todas las otras condiciones, un eje estrecho será siempre más favorable, si bien el efecto de los cimientos es difícil cuantificar en forma confiable. En este caso siempre se trata de lograr el diseno más simple posible que permita una ejecución libre de problemas de circulación y de espacio de trabajo.
Por otra parte, los valles estrechos suelen ser desfavorables porque ofrecen cimientos con taludes irregulares o muy empinados, los que favorecen la aparición de grietas por asentamiento diferencial (vea fig. 9).
Estas circunstancias se reflejarán en las características y distribución de los materiales en la cortina, por lo que habrá que incluir suelos impermeables capaces de comportarse plásti-camente bajo grandes deformaciones, así como zonas granulares de transición de mayor espesor. El cuidado que se tenga en las condiciones de compactación en las zonas críticas deberá ser también mayor que el ordinario.


Fig. 9: Agrietamiento transversal por el asentamiento diferencial del terraplén en un eje irregular.


Finalmente, en un eje estrecho, las economías que resulten de un análisis de la estabilidad muy exacto (refinado) pueden ser insignificantes. En cambio, si se trata de una cortina de cualquier altura en un valle muy abierto, la minimalización de la sección del dique es de mayor importancia desde el punto de vista económico.
Por otra parte, de una manera indirecta, las características topográficas y geológicas del sitio pueden también afectar el diseno, ya que influyen en el manejo del caudal del río durante el período de construcción. En efecto, si el río es desviado por medio de túneles con el objeto de trabajar simultáneamente en toda la longitud de la cortina, o si se utiliza una sección de cierre, ciertos aspectos del diseno pueden ser diferentes.
Si se hace una sección de cierre, deben tomarse medidas especiales para evitar grietas por asentamientos diferenciales del terraplén. Por ejemplo, se requerirán materiales más plásticos (mayor índice de plasticidad o mayor contenido de agua de riego) en las zonas impermeables, y mayor espesor de filtros y zonas de transición, especialmente aguas arriba, para prevenir una falla catastrófica en caso de agrietamientos.












Fig. 10: Esquemas clásicos del buzamiento de las capas en el lugar de la presa

A – Buzamiento favorable de capas para un lugar de presa. Las capas pasan a través del valle y se hunden abruptamente contra el agua.
B – Cortina adecuadamente colocada en el ala de un anticlinal, ladeado contra el agua.
C – En caso de una inclinación suave de las capas contra el agua puede producirse un deslizamiento en la dirección del agua a lo largo del plano de una capa.
D – Colocación inoportuna de la cortina en el ala de un sinclinal ladeado en la dirección del agua.
E – En caso de un conjunto de capas tectónicamente alterado y ladeado suavemente a favor del agua , el agua puede penetrar las rocas permeables y a lo largo de las grietas.
F – El efecto de empuje baja, si debajo de la cara expuesta al agua está una capa impermeable (b). La colocación de la cortina (a), donde la cara expuesta al agua se basa sobre rocas permeables, es menos oportuna.

I.3.3. Factores climatológicos

Los factores climatológicos, aunque no de manera determinable, afectan la selección de la cortina de la presa. Los cambios de temperatura y temperaturas muy bajas afectan la selección del tipo de la cortina a causa de su relación con los esfuerzos de tensión que se generan en el concreto; la descongelación y el deshielo son particularmente importantes en el caso de una presa delgada, tal como una presa de contrafuerte, por el deterioro que pueda ocurrir.
En regiones de mucha precipitación, durante y después de la construcción, las presas de arco son más favorables que otros tipos de presas a causa de su gran capacidad para dar paso con seguridad a avenidas repentinas, sobre todo en el período de construcción. Para la const-rucción de presas de hormigón el clima puede afectar en menor grado la economía de la zona durante su construcción. Lo mismo no se puede decir construyendo las presas de tierra y enrocamiento, ya que las lluvias fuertes pueden afectar la calidad de los materiales de construcción y provocar la necesidad de proteger terraplenes compactados, y traen como consecuencia muchas más pérdidas de tiempo. También fríos excesivos (ternp. bajo cero, mucha nieve) complican las posibilidades de trabajo permanente.
Si el clima es muy lluvioso y el tiempo para la construcción muy reducido, la posibilidad de una cortina de altura media o grande, de sección homogénea, quedaría prácticamente descartado, por las dificultades para el control del contenido de agua de compactación y por la magnitud de las presiones de paso que se desarrollarían en el terraplén durante la construcción. En estas condiciones, una sección mixta con núcleo arcilloso delgado o una de enrocamiento con pantalla impermeable de concreto serían alternativas mejores.

I.3.4. Aspectos sísmicos

No todos los países están afectados por el fenómeno de la sismicidad, o por lo menos los sismos no alcanzan un grado tal que pueda influir en el logro de la construcción.
Muchos otros países como Japón, Pakistán, Las Filipinas, Perú, Nicaragua y entre ellos también Cuba, especialmente en la región oriental, sufren por este fenómeno, aunque en escala diferente y hay que calcular en función de ésto el tipo de presa.
Cada tipo,de presa tiene diferente comportamiento ante este fenómeno y por esta razón la probable actividad sísmica que puede tener un sitio influencia en mayor o menor grado la selección del tipo de la cortina.
Las presas de arco no son recomendables en zonas de alta sismicidad aunque se construyeron algunas en Japón, California y Centroamérica, y no son conocidas hasta el momento catástrofes provocadas por sismos. Estas estructuras son incapaces para admitir desplomes en su cimentación.
Por otra parte, las presas de contrafuerte y presas de gravedad son más estables bajo la acción de las fuerzas sísmicas por el comportamiento independiente de sus elementos, lo cual permite que ocurran pequenos desplomes sin afectaciones considerables de la estructura. En el sentido longitudinal a su eje, su estabilidad es menor, por lo que en sitios con disturbios sísmicos es necesaria la utilización de elementos rigidizantes.
Por lo que se refiere a las características de sismicidad de la región, debido a que las posibilidades de análisis del comportamiento de una presa de tierra sometida a tensión dinámica son muy limitadas, generalmente el criterio de diseno en una zona sísmica es más conservador; pero las medidas necesarias para reducir los riesgos hasta niveles aceptables, son difíciles de cuantificar.
En general se deberá tener en cuenta, al adoptar dichas medidas especiales, el tamaňo y función de la presa, la ubicación del vaso, capacidad del embalse y la rapidez con que puede vaciarse en caso de emergencia.

I.3.5 Materiales de construcción

Los materiales de construcción para cortinas de hormigón deben tener la calidad necesaria para tales fines. Los parámetros geotécnicos de éstos están bien determinados según normas y generalmente no llevan problemas de gran envergadura.
Lo que se refiere de presas de tierra o de enrocamiento, cada cortina presenta sus pecu-liaridades, ya que siempre hay interés en construir con materiales locales o cercanos y cada lugar desde este punto de vista es diferente.
En general, cualquier material o conjunto de materiales no solubles y con propiedades estables puede servir para estos fines.
Sus propiedades mecánicas (resistencia, compresibilidad y permeabilidad) gobernarán la geometría de la cortina. Además, la cantidad y la colocación de los materiales disponibles afectarán la distribución y disminuciones de las diferentes rocas del dique.
En general, el diseno más económico de la cortina será aquel en que los materiales de menor costo se eligiesen en los mayores volúmenes, con uca distribución que permita satis-facer simultáneamente las condiciones de impermeabilidad y resistencia de la cortina.

I.3.6. Función de la obra

La función de la obra es un factor determinante de las dimensiones de la cortina y de las obras colaterales y también afecta las condiciones de diseno o tratamiento de la cimentación, de los empotramientos y las del talud aguas arriba, pricipalmente. En efecto las pérdidas de agua por flujo a través de la cimentación y de los empotramientos que son aceptables en un caso, pueden ser excesivos en otro, dependiendo de la finalidad de la presa (almacenamiento o derivación). Además, algunas veces se construyen cortinas, las cuales tienen como finalidad la protección de poblaciones o de la agricultura o de presas de recarga que sirven para alimentar el manto freático (p. ej. Paso Seco en Cuba).
La función de la obra, al determinar el régimen hidráulico de operación, influye en las medidas que han de adoptarse para el diseno del talud aguas arriba, en lo que respecta a su estabilidad durante y después del vaciado del embalse. Especialmente el régimen hidráulico de operación de las cortinas con estaciones de rebombeo e hidroacumuladoras, donde hay gran movimento del nivel del agua del vaso (diario, semanal etc.) puede provocar deslizamientos y derrumbamientos los que puedan afectar en gran medida el ambiente de la naturaleza o algunos objetos ingenieriles.

Capítulo II

Bases metodológicas para el desarrollo de las investigaciones ingeniero-
-geológicas

II.1. Introducción

El presente instructivo sobre las investigaciones ingeniero-geológicas para las obras hidrotécnicas se ha realizado con el fin de establecer el volumen y contenido necesarios para las mismas y para que nos aseguren a su vez la mayor calidad de éstas con un mínimo de gastos y de tiempo para la realización.
Este instructivo nos da la orientación básica en lo que serefiere a las investigaciones ingeniero-geológicas para las diferentes etapas de proyección y los diferentes tipos de diques, pues no corresponde a este libro analizar su entorno: embalse y las estructuras colaterales.
Además nos permite elaborar los volúmenes óptimos y representativos de las investiga-ciones, para dar una respuesta suficiente y precisa al proyectista y constructor en diferentes condiciones geológicas.

II.2. Generalidades

El desarrollo actual de las construcciones de obras hidrotécnicas ha provocado la necesidad de estudiar detalladamente las condiciones ingeniero-geológicas del macizo rocoso donde va asentada la construcción misma. Una de las orientaciones básicas de la investigación ingeniero-geológica es, por esta razón, el estudio del maciso rocoso como fundamento de las obras hidrotécnicas de diferentes tipos. Mientras que para las presas de tierra, presas de enrocamiento (rock-fill) y presas de hormigón gravitacionales la mayor carga representa la propia obra, en la presa de arco la parte esencial de la carga es la provocada por la cons-trucción misma y además por la presión del agua embalsada, trasmitida a los bordes del valle, ésto representa la mayor resistencia que el macizo rocoso debe soportar. De ésto resultan también los diferentes volúmenes de las investigaciones ingeniero-geológicas, ya que para una presa de arco la presencia de capas con diferentes compresibilidades, líneas tectónicas y otras heterogeneidades juegan un papel mucho más importante que para las presas del tipo de gravedad y se estudian con mucho más detalle.
El volumen y metodología de las investigaciones ingeniero-geológicas para las obras hidrotécnicas es una cuestión muy compleja que depende de las condiciones geológicas y morfológicas del lugar, tamano y tipo de la obra, objeto y empleo, importancia y de la etapa de proyección. Algunas veces, desde el punto de vista estatal, existen limitaciones en tiempo o en costos para las investigaciones, hay que respetar ésto, pero estas limitaciones no pueden influir esencialmente en la calidad de las investigaciones, para que no surjan después averías o catástrofes en la obra. La tarea del ingeniero-geólogo es encontrar para el dique, dentro de las limitaciones dadas, el lugar más conveniente, donde será la obra asentada en rocas poco compresibles, poco permeables y con la estabilidad suficiente. Durante las investigaciones hay que tener en cuenta los factores físico-geológicos desfavorables, los que puedan influir la obra negativamente, como son p. ej. deslizamientos y derrumbamientos, carso, zonas sísmicas activas etc.


Fig. 11: Geología muy complicada del eje ”El Bosque” en México. Hay peligro de las infiltraciones
del agua atrávés de dómo volcánico a los valles sepultados.

La construcción y explotación de la obra hidrotécnica lleva consigo, generalmente, un cambio en las condiciones ingeniero-geológicas e hidrogeológicas originales. Desde este punto de vista hay que estudiar, por esta razón, la influencia positiva o negativa sobre la naturaleza de la obra hidrotécnica.
La tarea básica de la investigación ingeniero-geológica para una obra hidrotécnica es, pues, ofrecer los datos ingeniero-geológicos básicos que nos den la posibilidad de seleccionar la mejor variante para ubicar la obra y sus objetos (aliviaderos, toma de agua etc.), ofrecer los datos necesarios para la elaboración del proyecto de una obra racional y segura y elaborar un pronóstico de los cambios de las condiciones naturales originales, causados por la intervención de la construcción misma.
Partiendo de estas tareas básicas, la investigación ingeniero-geológica debe satisfacer las siguientes necesidades:
a) Los resultados de las investigaciones ingeniero-geológicas deben ser suficientes para apreciar objetivamente las condiciones del lugar donde se va a construir la obra hidrotécnica. El proyectista debe obtener datos suficientes para que pueda apreciar las diferentes variantes de ubicación del hidroconjunto con sus objetos de obra, incluyendo la proyección de los métodos de trabajo de la construcción.
b) La investigación ingeniero-geológica tiene que ofrecer las características físico-mecánicas y de filtración principales del macizo rocoso, que nos den la posibilidad de elaborar un proyecto de la obra óptimo y seguro, en las condiciones naturales existentes. Los resultados de la investigación ingeniero-geológica tienen que ofrecer además la base necesaria para proyectar medidas de seguridad durante la construcción y durante la explotación de la misma.
c) Los resultados de la investigación tienen que ofrecer los datos que aclaren los posibles cambios en las condiciones ingeniero-geológicas, hidrogeológicas e hidrogeoquímicas durante y después de la construcción y para apreciar la posibili-dad del desarrollo de fenómenos físico-geológicos en el área de la obra, embalse y sus alrededores.
d) La investigación tiene que asegurar una cantidad suficiente de materiales para la construcción de la obra. Desde este punto de vista hay que utilizar también los materiales de las excavaciones que pudieran ser utilizados racionalmente para la construcción de la obra.

II.3. Principios básicos de la investigación

El éxito de las investigaciones ingeniero-geológicas de una obra hidrotécnica depende de la utilización correcta de los procedimientos metodológicos durante la organización, realización y evaluación de éstas.
Actualmente se realiza la investigación ingeniero-geológica de las obras hidrotécnicas en varias etapas, lo que está de acuerdo con la necesidad de realizar un proyecto óptimo, racional y seguro. Este procedimiento de trabajo nos da la posibilidad de una transición progresiva, desde la solución de las cuestiones más generales referente a la ubicación del eje de la presa y otros objetos de la obra, elección del tipo de obra, su tamaňo, ubicar las obras principales y el NAM (nivel máximo del agua), hasta la solución de cuestiones complejas y concretas relacionadas con el cálculo de los elementos básicos de la construcción misma y del embalse.
El pricipio de la realización de los trabajos por etapas, suele ser así una condición indispensable para realizar una investigación económica y de buena calidad. La misma importancia la tienen los principios de complejidad de la investigación ingeniero-geológica y la economía en la realización de los trabajos.

II.3.1. Principio de las etapas

La solución exitosa de las tareas complejas que surgen durante la proyección y construcción de una obra hidrotécnica depende de una estrecha coordinación y colaboración del ingeniero geólogo, proyectista e inversionista. Por eso es necesario e importante que la investigación ingeniero-geológica y la proyección formen un único procedimiento tecnológico, dividido en las etapas correspondientes de la proyección y de la investigación. Durante estas etapas el proyectista presenta sus tareas a resolver y el ingeniero-geólogo las solucione, e influye positiva y activamente en la proyección de la obra. La solución exitosa de cada etapa de investigaciones y proyección y la formulación de las tareas que hay que resolver, son la base indispensable para pasar a otra etapa más alta.
La magnitud y metodología de las investigaciones deben ser relacionadas con el carácter y fines de la etapa correspondiente.
Todos estos trabajos hay que realizarlos con el objeto de servir como parte de la investigación de la etapa siguiente. La magnitud de las investigaciones en general no debe sobrepasar los fines de la etapa, utilizando en la mayor escala posible los trabajos de inves-tigaciones ingeniero-geológicas realizados anteriormente.
Según la necesidad, las etapas se pueden dividir en subetapas o fases, a su vez, si hay razones de peso, o si se trata de un lugar con condiciones ingeniero-geológicas simples y bastante investigadas anteriormente, es posible unir las etapas y realizar los trabajos en una sola etapa. Esta rectificación no debe afectar la calidad de las investigaciones ingeniero-geológicas.

II.3.2. Principio de complejidad

La aplicación del principio de complejidad debe asegurar el óptimo empleo de todos los métodos existentes de la ingeniería geológica para terminar con éxito una tarea definida. En el mismo momento debe ser asegurada la utilización compleja y efectiva de todos los costos destinados a la investigación y el empleo complejo de los resultados obtenidos.
Para que los resultados obtenidos sean representativos hay que asegurar una colaboración muy estrecha de los especialistas, principalmente del ingeniero-geólogo con el hidrogeólogo, geotécnico, geofísico, geoquímico y eventualmente con otros especialistas.
Los resultados de la investigación deben ser aceptables también para otras ramas de la ciencia, por ejemplo como base para el levantamiento geológico o hidrogeologico en las investigaciones de yacimientos etc. El principio de complejidad investigativa hay que mantenerlo en todas las etapas.

II.3.3. Principio económico en la investigación

El cumplimiento consecuente de las etapas de investigación constituye un importante y básico eslabón para alcanzar el aprovechamiento efectivo de los costos y los resultados obtenidos. Para que la investigación sea económica hay que aprovechar todos los datos de archivo, trabajos anteriormente realizados, por ejemplo, con otros fines, y evitar la duplicidad de los mismos. Durante la realización de los trabajos hay que asegurar un control regular, lo que nos da la posibilidad de influir activamente en el desarollo de los trabajos ingeniero-geológicos para que sean efectivos, racionales y correctos. Durante la investigación hay que utilizar todos los métodos modernos, los que harán más efectiva la investigación y posibilitarán mejor calidad en el trabajo.

Capítulo III

Técnica de exploración ingeniero-geológica

III.1. Introducción

Las técnicas de las exploraciones ingeniero-geológicas para obras hidrotécnicas aquí recomendadas no podemos tomarlas como normativas o standard. Estas representan sola-mente el conjunto de métodos que utilizamos durante las investigaciones ingeniero geológicas y pueden servir al ingeniero-geólogo o geotécnico como guía u orientación metódica.
Las tareas de investigaciones ingeniero-geológicas para obras hidrotécnicas es posible representarlas esquemáticamente de la siguiente manera:



























 

El esquema presentado tiene solamente validez orientativa y limitada y no se puede considerar como una norma para la sucesión de las actividades sin cambiar su orden numérico. La función No 7 hay que confrontarla después de terminar la investigación con las funciones No 1, 2 y 3, e si es necesario, en otra etapa se resolverán los problemas no aclarados (pendientes).

III.2. Elección del método de investigación

El conjunto de métodos que utilizamos para la investigación ingeniero-geológica lo representamos en la tabla N⁰.4 . Para elegir el método más conveniente, hay que tener en cuenta tres factores básicos:

a) Modo de usar la construcción concebida:

Una diferente necesidad de un volumen determinado de las investigaciones y elección del método de investigación conveniente la tiene una obra aislada (aliviaderos, toma de agua, hidrocentral), otra la tiene una obra lineal (túneles, carreteras) y por fin otra necesidad la tiene una obra de grandes dimensiones superficiales (investigación de un embalse, conjunto hidráulico, préstamos, traslado de zonas urbanas).

b) Condiciones naturales del área o lugar de la construcción:
 

 Es decir, condiciones geográficas y carácter morfológico, condiciones geológicas, hidrológicas y climáticas. En base a estos factores mencionados distinguimos tres categorías de complejidad ingeniero-geológica (tabla N⁰ l).

  Tab. No 1: Categoría del lugar según la complejidad ingeniero-geológica.

c) Condiciones externas:

Son las limitaciones del tiempo para las investigaciones, posibilidades de acceso al terreno, limitaciones económicas, posibilidades del organismo que realiza la investigación y categorías de las obras según sus características técnicas (tabla No 2)



Tabla No 2: Categoría de las obras según sus características técnicas

La utilización del lugar de construcción y las condiciones externas deben ser consultadas con el inversionista y el proyectista ya que forman la base de elaboración del programa de trabajo.
Sobre los métodos que serán utilizados, la cantidad y profundidad de calas(perforaciones) y de calicatas, cantidad de ensayos de laboratorio y de campo, todo ésto lo decide el ingeniero geológico responsable de la investigación de acuerdo con las necesidades del proyectista e inversionista.
La forma y volúmenes de las investigaciones se seleccionan de tal manera para que se obtengan los conocimientos sobre la estructura geológica y las características geotécnicas y que sirvan como base suficiente para realizar un proyecto seguro, económico y para realizar los trabajos de construcción sin cualquiera dificultad. Los métodos que utilizamos para estos fines los podemos dividir en los siguientes grupos:
a) estudios geológicos, b) estudios geofísicos, c) perforaciones (calas), excavaciones (calicatas, tricheras, corte de ladera) y trabajos subterráneos (galerías), es decir laboreos de excavación, d) pruebas de campo, e) trabajos de laboratorio, f) trabajos especiales (carotaje, mediciones dentro de las calas etc.), g) trabajos topográficos y f) trabajos de gabinete.
Los grupos mencionados no representan todos los trabajos utilizados durante las investigaciones ingeniero-geológicas para las obras hidrotécnicas. El orden de éstos es así generalmente, pero no reflejan el orden de su importancia. Con respeto a las diferentes posibilidades de estos métodos, es siempre asunto del ingeniero-geólago que elija las necesidades de investigación ingeniero-geológica por una parte y las posibilidades de estos métodos en segundo lugar, para resolver el problema en el ambiente geológico existente.

III.3. Incorporación de las investigaciones ingeniero-geológicas a otras investigaciones

Las condiciones geológicas del lugar a veces son tan complejas que para apreciarlas desde el punto de vista de los objetivos ingenieriles es muy importante la incorporación de otras disciplinas ingenieriles semejantes y el nivel profesional del especialista.
Una larga experiencia en las investigaciones ingeniero-geológicas para obras hidrotécnicas, obtenida por la experiencia de desastres, pérdidas de vidas etc., nos indica que algunas calas o calicatas hechas mecánicamente no pueden reemplazar la rica experiencia del ingeniero-geólogo que, al partir de un profundo conocimiento geológico y geomorfológico del lugar, puede formarse una idea de los procesos que tuvieran lugar durante la modelación del relieve y a base de ésta puede elaborar un programa de trabajo útil y racional, de las perforaciones y exploraciones y de otros trabajos de investigación.
La responsabilidad en la obtención de resultados correctos y exactos en las investigaciones ingeniero-geológicas la tiene, sin dudas, el ingeniero geólogo que debe elaborar los resultados de tal forma que sirvan al proyectista, constructor y colaboradores. De lo expuesto resulta que el ingeniero-geólogo debe orientarse no sólo hacia la geología, petrografía, tectónica, geología estructural y regional, sino también hacia la geofísica, mecánica de rocas y suelos, geoquímica, mineralogía de las arcillas, sismología y otras disciplinas.

Capítulo IV

Etapas de las investigaciones ingeniero-geológicas

Como definimos en el capítulo II.3.1, las investigaciones ingeniero-geológicas las realiza-mos por etapas de proyección.
Las investigaciones ingeniero-geológicas están orientadas a dar respuesta a todas las interrogantes planteadas. En la primera etapa hacemos el análisis ingeniero-geológico, generalmente, a base del estudio de los afloramientos y la morfología (levantamiento ingeniero-geológico), utilizando investigaciones geofísicas en perfiles alternos con algunas calas de apoyo. Después de elegir el eje definitivo (o supuesto), profundizamos la investigación realizando trabajos superficiales (labores de exploración como calas, calicatas, trincheras) con un uso amplio de los métodos geofísicos y nucleares. Los ensayos de labora-torio y las pruebas de campo las hacemos ya en la estructura geológica propuesta como lugar de construcción de la obra hidrotécnica. Los resultados de estas pruebas nos dan no solamente datos técnicos, sino también nos ayudan a precisar la interpretación de la estructura geológica.
Finalmente, durante la construcción de la obra misma, continuamos los trabajos de documentación de los afloramientos y de las excavaciones, utilizándolos para profundizar los conocimientos sobre la estructura geológica del lugar y para hacer posible alertar a tiempo sobre posibles riesgos.
Esta documentación profundiza nuestros conocimientos sobre el lugar de la construcción, además es importante por las siguientes razones:
a) nos ofrece una documentación de los factores geológicos que afecten toda la estructura ingenieril y nos da la posibilidad de rectificar los fines de la construcción;
b) los datos obtenidos y la experiencia adquirida ofrecen datos muy valiosos para la proyección de construcciones parecidas en condiciones naturales análogas;
c) los datos obtenidos sirven como aporte para el fondo de datos ingeniero-geológicos a la geología local y regional.
Para las obras hidrotécnicas es deseable hacer inspecciones ingeniero-geológicas después de terminada la obra. Esto nos da la posibilidad de evitar a tiempo el surgimiento de factores indeseables o riesgosos desde el punto de vista de la explotación de la obra.
Actualmente las investigaciones ingeniero-geológicas las hacemos en tres etapas de investigación:

IV.1. Etapa de tarea de proyección

Es la etapa de anteproyecto, sirve para la selección del eje y de los objetos de obra del conjunto hidráulico. El objetivo de la misma es ofrecer los elementos ingeniero-geológicos necesarios para realizar la evaluación técnico-económica más conveniente de las variantes estudiadas por parte de los proyectistas e inversionistas. Conjuntamente se estudian las posibilidades de materiales de construcción en forma preliminar. Algunas veces realizamos una subetapa (fase) anterior, que es la evaluación de las condiciones ingeniero-geológicas de la cuenca del río desde el punto de vista de las posibilidades para la construcción de la obra hidrotécnica.

IV.2. Etapa de proyecto técnico

Es la etapa de proyecto que sirve para obtener todos los materiales necesarios en la selección definitiva del lugar de ubicación del conjunto hidráulico, así como la proyección de todas las obras en los límites del área de la construcción, para el trazado del aliviadero y el embalse.
Conjuntamente se estudian en forma muy detallada los materiales de construcción.

IV.3. Etapa de proyecto ejecutivo

Es la etapa de proyecto en la que se realizan los trabajos de investigaciones especiales, determinados por el desarrollo del proyecto y definidos por el proyectista de acuerdo con el ingeniero geólogo.
Desde el punto de vista del proyecto, para aquellas presas que tengan una carga hidráulica de hasta 20 metros de altura cimentados en roca y de hasta 15 metros de altura cimentada en suelos (categoría IV) podemos en condiciones ingeniero-geológicas simples (categoría A) unir todos los trabajos en una sola etapa de investigaciones ingeniero-geológicas. En esencia eso significa regiones con la estructura geológica y geomorfologica simple, donde en conjunto las rocas son homogéneas y sin complicaciones, con ausencia de tectónica disyuntiva, con ausencia, en una escala importante, de fenómenos físicos geológicos (carso, deslizamientos) y que las aguas subterráneas yazcan en capas litologicamente homogéneas y con un quimismo también homogéneo. No existen filtraciones, empantanamientos e inundaciones del área por encima de la altura del embalse ni erosión de las orillas importante desde el punto de vista económico.
De incumplirse los requisitos antes expuestos, la investigación ingeniero-geológica aumenta de categoría y se realiza por etapas.



Tabla No 3: Recomendación de etapas de investigación según la categoría y complejidad geológica.
Leyenda: A - Poca complejidad , B - Mediana complejidad, C – Compleja

Los autores J.Cajus et al. (1982) recomiendan para las diferentes etapas de la investigación la siquiente progresión de estudios y de tareas geotécnicas correspondientes a cada etapa-ver Tab. No 4.

Tab. 4: Progresión de estudios y de tareas geotécnicas correspondientes a cada etapa.

El trabajo completo consiste de varios capítulos, ver el sumario:


SUMARIO
Prólogo 3
Introducción 5
Capítulo I –Criterios de diseňo de una presa 7
I.1. Introducción 7
I.2. Selección del lugar de una obra hidrotécnica 7
I.3. Factores básicos que determinan la selección del tipo de la cortina 9
I.3.1. Aspectos geológicos y tectónicos para elegir la cortina 9
I.3.2. Aspectos geomorfológicos del eje 13
I.3.3. Factores climatológicos 18
I.3.4. Aspectos sísmicos 19
I.3.5. Materiales de construcción 19
I.3.6. Funcion de la obra
Capítulo II – Bases metodológicas para el desarrollo de las investigaciones
ingeniero-geológicas
II.1. Introducción 21
II.2. Generalidades 21
II.3. Principios básicos de la investigación 23
II.3.1. Principio de las etapas 23
II.3.2. Principio de complejidad 24
II.3.3. Principio económico en la investigación 24
Capítulo III – Técnica de exploración ingeniero-geológica 25
III.1. Introducción 25
III.2. Elección del método de investigación 26
III.3. Incorporación de las investigaciones ingeniero-geológicas a otras invest. 28
Capítulo IV – Etapas de las investigaciones ingeniero-geológicas 29
IV.1. Etapa de tarea de proyección 29
IV.2. Etapa de proyecto técnico 30
IV.3. Etapa de proyecto ejecutivo 30
Capítulo V – Tarea técnica y programa de las investigaciones 32
V.1. Tarea técnica 32
V.2. Confección de programa de investigaciones 33
Capítulo VI – Tareas fundamentales a realizar las investigaciones del
Conjunto Hidráulico 35
VI.1. Estudio ingeniero-geológico regional 35
VI.2. Estudio ingeniero-geológico detallado 37
VI.3. Itinerarios (marcharutas) 39
VI.4. Levantamiento ingeniero-geológico 41
Capítulo VII – Investigaciones hidrogeológicas 48
VII.1. Estudio hidrogeológico regional 48
VII.2. Estudio hidrogeológico detallado 51
VII.2.1. Proyecto técnico 51
VII.2.2. Proyecto ejecutivo 54
Capítulo VIII – Laboreos de exploración 55
Capítulo IX – Investigaciones geofísicas
IX.1. Selección de los métodos geofísicos 59
IX.2. Tareas principales de geofísica en las investigaciones de las obras
hidrotécnicas
IX.3. Tareas de geofísica para el levantaminto ingeniero-geológico del embalse 6 611
IX.4. Tareas de la geofísica en la investigación del cierre 64
IX.4.1. Macizo rocoso con rupturas y sistema de grietas muy desarrollado 65
IX.4.2. Macizos rocosos poco agrietados 68
IX.4.3. Formaciones recientes poco consolidadas 69
IX.4.4. Macizos rocosos heterogéneos y rocas volcánicas 70
IX.4.5. Cambios de las características geotécnicas en el macizo rocoso
en el tiempo 70
IX.5. Investigaciones de las deformaciones en los taludes 73
IX.6. Estudio de la sismicidad del área 75
IX.7. Investigación durante la construcción de obra y en su explotación 75
IX.8. Investigación del agua subterránea 76
Capítulo X – Documentación completa ingeniero-geológica y geotécnica
de los laboreos de exploración 81
X.1. Documentación completa de galerías y calicatas 81
X.2. Documentación de pozos de exploración 91
X.3. Índice de calidad de la roca RQD 94
Capítulo XI – Estudio de mecánica de rocas 98
XI.1. Introducción 98
XI.2. El macizo rocoso y su análisis estructural 100
XI.3. Objetivo de las investigaciones de las propiedades mecánicas del
Subsuelo de las obras hidrotécnicas 107
XI.4. Métodos básicos para investigar las propiedades mecánicas del subsuelo 108
XI.4.1. Ensayos de laboratorio 109
XI.4.2. Pruebas de campo 110
XI.4.3. Instrumentación 110
XI.4.4. El método de analogía 110
XI.5. Tipos básicos de pruebas de campo 111
XI.6. Condiciones generales para realizar pruebas de campo 111
XI.7. Selección de lugar y cantidad de pruebas de campo 112
XI.7.1. Selección del lugar de la prueba 112
XI.7.2. Cantidad de pruebas 114
XI.8. Principios de preparar lugar de prueba de campo 114
Capítulo XII – Resistencia a la compresión 116
Capítulo XIII – Ensayo de resistencia al cortante 118
Capítulo XIV – Ensayos de deformabilidad 124
Capítulo XV – Criterios de permeabilidad de la roca y problemas
relacionados con la cortina de impermeabilización 128
Capítulo XVI – Movimientos de las laderas en las áreas del estudio
de obras hidrotécnicas 136
XVI.1. Introducción 136
XVI.2. La estabilidad de las laderas 136
XVI.3. Clasificación de los movimientos de las laderas 139
XVI.3.1. Tipos básicos de los movimientos de tierra 140
XVI.3.2. Otros criterios de clasificación de los movimientos de las laderas 142
XVI.3.3. Ejemplos de movimientos de tierra 143

Bibliografía relacionada 161

ANEXOS:

Anexo I - Confección de los programas de investigaciones 169

Anexo II – Normalización de investigaciones ingeniero-geológicas
para las presas 177

Anexo III – Empleo de métodos geofísicos para el estudio del lugar
de presa en las etapas preliminares
(Pavel Bláha, Otto Horský, Martin Vlastník, 2002) 193

FOTOGRAFÍAS 209

GRUPO GEOFÍSICO DE GEOTEST BRNO 243

La Sociedad Geotest Brno se presenta (P. Bláha) 245

Ejemplos de la utilización de los métodos geofísicos en distintos
tipos de obra (P. Bláha) 249

Figuras acompaňantes de los distintos métodos geofísicos y de las
investigaciones geofísicas para los distintos tipos de obra en cuestión 269
(P. Bláha)

Palabras claves sobre el autor del libro 289

Título:

Otto HORSKY

INVESTIGACIONES INGENIERO GEOLÓGICAS
PARA LAS OBRAS HIDROTÉCNICAS

Publicado e impreso por GEOtest Brno, a.s.
Copyright: 2003 Otto Horsky
Título original en la lengua espaňola
Todos los derechos reservados
Edición segunda
(Edicion primera 1983, publicada por el Büro Geológico Checo)
Corrección: Ing. Mašek František
Fotografías: Otto Horský
Diseňo de la cubierta: Otto Horsky
289 pg inclusive de los anexos

ISBN 80-239-1679-3

Todo el libro se puede conseguir en el Geotest Brno o en la dirección del autor del libro (ver KONTAKT)

Knihu lze také získat na DVD u autora nebo v Geotestu Brno.

El libro se puede conseguir tambien en forma de DVD o como el libro electrónico:

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PRESAS - Investigaciones Ingeniero Geológicas para las Obras Hidrotécnicas

Primera edición como el libro electrónico

 © Lukáš Vik, 2015

La edición ampliada y complementada

ISBN del formato PDF: 978-80-87749-88-3

La conversión a formatos electrónicos: WEB Diseňador y Conzultor Lukáš Vik

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