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COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS XXVI SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS FOZ DO IGUAÇU – PR, 11 A 11 DE MAIO DE 2015

RESERVADO AO CBDB

1 XXVI Seminário Nacional de Grandes Barragens

COMPORTAMIENTO REGISTRADO POR LA PRESA DE REVENTAZÓN

DURANTE SU ETAPA CONSTRUCTIVA

ROY RUIZ Ingeniero Geotecnista, Diseñador – Instituto Costarricense de Electricidad SERGIO CARBONI

Ingeniero Geotecnista, Especialista en Diseño con Modelos Numéricos – Instituto Costarricense de Electricidad

EDUARDO AVILÉS Ingeniero Geotecnista, Diseñador – Instituto Costarricense de Electricidad

RESUMEN

En Costa Rica se construye el Proyecto Hidroeléctrico Reventazón con una presa tipo CFRD que presenta una altura de 130 m. Los rellenos de la presa están conformados por materiales aluviales provenientes del río Reventazón, así como por los materiales de las excavaciones de las obras asociadas, constituidos por conglomerados y brechas consolidadas mezcladas con las gravas aluviales.

Este artículo tiene por objetivo presentar el comportamiento mostrado por la presa durante la etapa de construcción, obtenido a través de la instrumentación instalada, y realizar una comparación con los resultados del modelo numérico utilizado en la etapa de diseño. Se modificaron los parámetros de entrada al modelo para obtener resultados acordes con los de la instrumentación.

ABSTRACT

The Reventazón Hydroelectric Project, which involves the construction of a 130-m high CFRD dam, is being built in Costa Rica. The dam fillers are composed of alluvial materials from the Reventazón River, as well as materials from the excavation of the spillway, consisting of conglomerates and consolidated breccias mixed with alluvial gravel.

This article aims to present the dam behavior during the construction stage based on the results provided by the installed instrumentation and to make a comparison with the results of the numerical model used in the design stage. The input parameters of the numerical model were modified to obtain results consistent with the results of the instrumentation.


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1. INTRODUCCIÓN

El proyecto hidroeléctrico Reventazón se localiza en la cuenca media del río homónimo, aproximadamente 8 km al suroeste de la ciudad de Siquírres, Costa Rica. El proyecto aprovechará el potencial energético de este río entre las cotas 265 msnm y 140 msnm.

La principal obra del proyecto es una presa tipo CFRD que tiene una altura de 130 m y un volumen de relleno de poco más de 8 millones de metros cúbicos, creando un embalse de regulación bimensual de 120 hm3 útiles. Los niveles normales de operación mínimo y máximo corresponden a las cotas 245 msnm y 265 msnm respectivamente.

La cresta tiene un ancho de 11,85 m y se ubica en la elevación 270 msnm. El talud aguas arriba tiene una pendiente de 1,5H:1V y el de aguas abajo 1,6H:1V. En la Figura 1 puede verse una vista en planta de los rellenos de la presa.

Figura 1: Planta de los rellenos de la presa.

Las obras de desvío están diseñadas para permitir el paso de una avenida de 3.700 m3/s, correspondiente a un periodo de retorno de 200 años. Estas consisten en dos túneles ubicados en la margen izquierda del río, en sección tipo baúl, con 14 m de diámetro de excavación. El túnel interno presenta una longitud de 667 m, mientras que el túnel externo tiene una longitud de 793 m. La ataguía es de enrocamiento con una geomembrana como elemento impermeable y un volumen de relleno de aproximadamente 460.000 m3. La cresta de la ataguía se ubica en la elevación 186 msnm. La contraataguía, ubicada aguas abajo del sitio de presa, tiene la cresta en la elevación 159 msnm.


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El vertedero de excedencias fue diseñado para una avenida máxima de 11.360 m3/s para un periodo de retorno mayor a los 10.000 años, con un volumen de excavación de aproximadamente 6 millones de metros cúbicos, que incluye brechas laháricas, brechas consolidadas y conglomerados en su parte inferior.

Los rellenos de la presa se iniciaron en la cota 140 msnm en Noviembre de 2012 y llegaron a la cota 266,70 msnm (fundación de los parapetos) en Diciembre de 2014. Actualmente se está en proceso de construcción de la segunda etapa de la losa de concreto y los parapetos. El inicio del llenado del embalse está programado para Noviembre del 2015 y tendrá una duración estimada de 4 meses.

Este artículo se enfocará en describir el comportamiento de los rellenos de la presa durante la etapa de construcción por lo que no se presentan todos los detalles de los aspectos de diseño de la presa. En la referencia (Avilés & Ruiz, 2013) pueden encontrarse otros detalles de diseño de la presa.

2. DISEÑO DE LA PRESA

2.1 FUNDACIÓN

Desde el punto de vista geomecánico, tanto la brecha de la formación geológica Doán como el conglomerado de la formación geológica Suretka, que forman parte de la fundación de los rellenos, son rocas blandas formadas por clastos duros embebidos en una matriz de consistencia variable. La resistencia a la compresión simple promedio de la formación Doán es de 5,0 MPa y de la formación Suretka es de alrededor de 7,0 MPa. Como estos materiales no presentan un diaclasado sistemático, su comportamiento tiende a ser el de un material masivo, pero de alta deformabilidad y baja resistencia. Sin embargo, los conglomerados presentan una anisotropía relacionada con su origen sedimentario que se ha traducido en planos de debilidad paralelos a la estratificación.

Los módulos de deformabilidad de las brechas Doán inalteradas se encuentran alrededor de los 1000 MPa, mientras que los módulos de los conglomerados se encuentran alrededor de los 1200 MPa. Sin embargo, en ambos materiales se presentan profundidades de descompresión entre 30 y 40 m donde los módulos de deformabilidad no superan los 300 MPa.

Las lavas de la formación geológica Guayacán presentan el comportamiento típico de las formaciones de coladas de lava, comportamiento anisotrópico tanto en resistencia como en deformabilidad por la presencia de brechas, autobrechas y paleosuelos en los contactos entre coladas. Las lavas presentan resistencias a la compresión simple variables entre 45 y 110 MPa.

Los criterios adoptados para desplantar tanto el plinto como los rellenos de la presa se resumen en la siguiente tabla:


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Zona de la Presa Tipo de Roca Especificado para Cimentar

Plinto En roca sana: brecha con vp mínima de 1.600 m/s o conglomerado con vp mínima de 1.900 m/s.

2A (filtro) , 2B (soporte de losa), 3A (transición)

En roca sana: brecha con vp mínima de 1.600 m/s o conglomerado con vp mínima de 1.900 m/s.

3B (enrocado aguas arriba) Roca afectada por la descompresión: brecha, conglomerado (vp entre 800 m/s y 1.600 m/s) o aluviones compactos.

T (transición), 3C (enrocado aguas abajo), 4 (dren).

Roca afectada por la descompresión o alterada: brecha y conglomerado (vp entre 800 m/s y 1.300 m/s), aluviones compactos, suelos duros.

Tabla 1: Criterios adoptados para la fundación de las diferentes zonas de los rellenos.

En el contacto entre los conglomerados y las lavas existe una litología denominada como lava alterada, la cual posee muy baja calidad mecánica y presenta un buzamiento desfavorable para el deslizamiento de la presa. Adicionalmente, este contacto sirve de sello impermeable a un acuífero confinado que podría alimentarse con el llenado del embalse. Por lo anterior, investigar los problemas que puede causar este contacto ha sido el principal objetivo de los estudios y análisis geotécnicos realizados en la fundación de la presa.

Un análisis de estabilidad de la presa utilizando métodos de equilibrio límite fue realizado (ICE, 2009), (Ruiz, 2013) para estudiar la estabilidad de la presa considerando superficies de falla que pasaran por esta capa débil presente en la fundación. Estos análisis tuvieron como premisa que el acuífero debajo de la capa sello podría ser alimentado por el embalse.

La subpresión que se puede acumular bajo esta capa afecta la estabilidad de la presa, razón por la cual se optó por abatir dicha subpresión. La opción escogida para hacerlo incluye una cortina de impermeabilización a lo largo del plinto y en los estribos de la presa, una cortina de drenaje por debajo de la presa (mediante una galería a la elevación 125 msnm), y pozos de alivio localizados entre la presa y la contraataguía.

2.2 RELLENOS

El diseño de la zonificación de la presa se llevó a cabo de acuerdo con la disponibilidad de materiales en la zona y las recomendaciones de las últimas presas CFRD construidas a nivel mundial.

Para las zonas de aguas arriba del eje de presa se utilizaron materiales de origen aluvial obtenidos de los bancos aluviales del río Reventazón.

Para la zona de aguas abajo del eje de presa se utilizaron materiales de menor calidad. En la zona T se emplearon mezclas de aluvión con materiales producto de las excavaciones tipo brechas consolidadas, mientras que para la zona 3C se utilizaron los conglomerados obtenidos de las excavaciones.

Por el empleo de materiales con mayor contenido de finos como lo son los conglomerados en la zona de aguas abajo, fue necesario introducir un dren vertical y horizontal en la presa.

En la Figura 2 se presenta la sección máxima de la presa. A continuación se presenta la descripción y características de cada una de las zonas que conforman los rellenos.


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Figura 2: Sección máxima de la presa del Proyecto Hidroeléctrico Reventazón.

La descripción de los materiales a utilizar en cada zona de la presa se muestra en la tabla siguiente:

Zona Función Descripción Procedencia Tamaño Máximo

(m)

Espesor de

Capa (m)

1A Protección de la

losa Arena limosa no cohesiva

Polvo de piedra (proceso de triturado del

aluvión)

0,0025 0,40

1B Protección y

confinamiento zona 1A

Relleno no seleccionado Excavaciones de

las obras 0,30 0,60

2A Protección de la junta perimetral

Filtro fino Depósitos aluviales

procesados

0,019 – 0,038

0,20

2B Soporte de la losa

de concreto Filtro semi- permeable

Depósitos aluviales

procesados 0,10 0,30

3A Zona de transición

entre zona 2B y 3B

Gravas aluviales Depósitos aluviales

0,25 0,30

3B Relleno de aguas arriba del eje de

presa Gravas aluviales

Depósitos aluviales

0,55 0,60

3B’ Relleno entre el

nivel 234 y la 266,70 msnm

Gravas aluviales y mezcla aluvión con

conglomerado relaciones 5:1 y 10:1

Depósitos aluviales y

excavaciones 0,55 0,60

T Zona de transición

aguas abajo del eje presa

Mezcla de aluvión con brecha consolidada en

una relación 2:1



3C Relleno aguas

abajo del eje de presa

Conglomerados excavados y gravas

aluviales mezcladas con brecha relación 3:1



4 Dren horizontal Gravas aluviales

procesadas Depósitos aluviales

0,30 0,80

Dren vertical 0,60

Rip Rap

Protección de la cara del talud agua abajo

Cantos rodados, lavas Sobre tamaños provenientes del

río. > 0,70 ---

Tabla 2: Descripción de los materiales utilizados en los rellenos de la presa.


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Los gráficos de granulometrías obtenidas para las zonas 3B, T y 3C son las siguientes:

Figura 3: Curvas granulométricas obtenidas para los materiales de la zona 3B.

Figura 4: Curvas granulométricas obtenidas para los materiales de la zona T.

Figura 5: Curvas granulométricas obtenidas para los materiales de la zona 3C.


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Un gráfico de control de densidades de las zonas 3B, T y 3C aparece en las siguientes figuras:

Figura 6: Registros de las densidades obtenidas para los materiales utilizados en la

zona 3B.


zona T.


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zona 3C.

2.3 LOSA Y PLINTO

El diseño geotécnico del plinto se realizó de acuerdo con el criterio de plinto interno, donde los requerimientos de ancho del plinto se cumplen en parte mediante la prolongación hacia aguas abajo del plinto, bajo el talud de aguas arriba de la presa. El ancho del plinto se dimensionó en función de las condiciones de erodabilidad (ICOLD, 2004) de la roca sobre la cual quedará cimentado. La porción del plinto aguas arriba de la junta perimetral se diseñó con un ancho de 4,5 m para facilitar las labores de inyección de la fundación.

Los anchos de plinto se pueden ver en la siguiente tabla:

Elevaciones de cada tramo (msnm)

Gradiente máximo recomendado

Ancho total del plinto (m)

Ancho del plinto interno (m)

MI 266 - 227 6 6,5 2,0

MI 227 - 189 10 8,0 3,5

MI 189 - 140 10 13,0 8,5

Cauce 140 10 13,0 8,5

MD 140 - 185 10 13,0 8,5

MD 185 - 231,5 10 8,5 4,0

MD 231,5 - 266 6 6,5 2,0

Tabla 3: Anchos del plinto para los diferentes puntos de inflexión.

La cara de concreto de la presa cuenta con un área (A) de 76.024,62 m2 y la carga hidráulica máxima (H) es de 127,50 m. La relación de la forma del valle, determinado por A/H2, es de 4,68 obteniendo como resultado un valle amplio (A/H2 ≥4). En la Figura 5 se presenta una vista en planta de la cara de concreto en donde puede apreciarse la forma de la losa.


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Figura 9: Planta de la cara de concreto de la presa.

El espesor de la losa fue diseñado con la expresión T = 0,30 + 0,002 H (H ≤ 100 m) y T = 0,005 H (H ≥ 100 m), donde H es la carga de agua sobre la losa en metros a partir de la cota 140 msnm. La losa se está construyendo en paneles de 15 m de ancho (con excepción de la losa 13 y 13’), acordes con la práctica usual para presas construidas con los mismos tipos de materiales y tomando en cuenta los resultados del modelo numérico realizado (SRK, 2012).

3. CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DE LOS MATERIALES DE LAS

ZONAS 3B, 3C Y T.

Para la caracterización geomecánica de los principales materiales que conforman el relleno de la presa (materiales 3B, 3C y T) se utilizaron tanto correlaciones como ensayos de oedómetro y ensayos de placa rígida que se realizaron en la etapa de diseño. Los resultados obtenidos para esta etapa sirvieron como base para el modelo numérico desarrollado por la empresa SRK Consulting, encargada del desarrollo del análisis dinámico de la presa.

El equipo de oedómetro tiene un diámetro de 0,5 m y para realizar los ensayos se construyeron muestras con granulometrías homotéticas (Verdugo & De la Hoz, 2005) tratando de alcanzar las densidades máximas posibles con el equipo de laboratorio. La principal ventaja del ensayo de oedómetro es que trata de reproducir el estado de esfuerzos que se produce durante la construcción de los rellenos, sin embargo, tiene la desventaja de que hay que producir una granulometría adecuada al tamaño de la muestra y además la energía de compactación algunas veces no reproduce bien el proceso llevado a cabo en el campo.

La información obtenida de los oedómetros fue la base de la información de entrada al modelo numérico utilizado (SRK, 2012), (Palma, Sfriso, & Carboni, 2014).


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Durante la construcción de los rellenos se realizaron nuevos ensayos de oedómetro cuyos resultados aparecen en la Figura 10 y sirven de referencia para corroborar los parámetros utilizados inicialmente en el desarrollo del análisis dinámico.

Figura 10: Resultados obtenidos para el módulo oedométricos sobre los diferentes materiales utilizados en la conformación de los rellenos de presa.

Los ensayos de oedómetro realizados durante la etapa constructiva arrojaron un comportamiento muy influenciado por el contenido de humedad presente en los materiales así como en los contenidos de limos presentes en su granulometría.

4. MODELO NUMÉRICO UTILIZADO

El análisis numérico de esfuerzos y deformaciones, estático y sísmico de la presa del PH Reventazón, fue realizado por la empresa SRK Consulting Chile (SRK), utilizando el programa de diferencias finitas FLAC3D. A partir de este modelo numérico se determinaron los asentamientos de la presa durante la construcción y llenado del embalse. También se efectuó un análisis dinámico, a partir del cual se definieron los desplazamientos que sufrirá la presa ante la ocurrencia de un evento sísmico básico operativo y un sismo máximo de diseño.

El modelo construido en el FLAC3D considera 200 m de materiales de fundación, por debajo del nivel basal de la presa. Esta profundidad se definió con el fin de asegurar una captura razonable del comportamiento de la fundación que influye en las deformaciones de la presa. La malla posee aproximadamente dos millones de elementos con tamaño máximo de 5,0 m en el cuerpo de la presa y 10,0 m en la fundación, con volumen mínimo de 1,0 m3.

Para los materiales de fundación se utilizó el modelo constitutivo de Mohr Coulomb, mientras que para los materiales del relleno de presa se definió el modelo Double


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Yield, el cual permite la simulación de deformación elastoplástica tanto por compresión proporcional como por corte. El modelo constitutivo Double Yield fue calibrado para que reproduzca el modelo hiperbólico de Duncan-Chang al corte. Se incorporaron únicamente los cuatro materiales principales (3B, T, 3C, drenaje) involucrados en la construcción de la presa. Se decidió no incorporar los demás pues se consideró que tendrían poca influencia sobre los resultados de la modelación numérica.

En la Tabla 4 se presentan las propiedades geotécnicas de los materiales de

fundación de la presa, ordenados desde el nivel superior al inferior. El modelo

constitutivo empleado fue el de Mohr-Coulomb.

Material Peso unitario

(kN/m³) Módulo de

Young (kPa)

Relación de Poisson

Ángulo de Fricción

(°)

Cohesión (kPa)

Brecha 20,0 1.100.000 0,25 33 300

Conglomerado 21,5 1.300.000 0,25 36 400

Lava Alterada 20,0 700.000 0,25 18,5 50

Secuencia de lavas 22,0 3.600.000 0,25 45 970

Paleosuelo 20,0 700.000 0,25 25 70

Lava 2 22,0 3.600.000 0,25 45 970

Tobitas 20,0 700.000 0,25 25 70

Tabla 4: Propiedades de los Materiales de Fundación.

Para los materiales del relleno de la presa, se utilizó el modelo constitutivo Double

Yield. El ángulo de fricción interna se definió en función de la presión de confinamiento,

de acuerdo a la expresión de Leps (1970):

φ = 𝜑𝑜 − 6,6 𝑙𝑜𝑔 (𝑝

𝑝𝑎𝑡𝑚) (1)

Dónde:

p es la presión media y patm es la presión atmosférica.

El módulo de Young inicial es también función de la presión de confinamiento según

Janbu (1965).

𝐸 = 𝐸𝑟𝑒𝑓 (𝑝

𝑝𝑎𝑡𝑚)

𝑚 (2)

Dónde:

Eref y m son parámetros.

En la Tabla 5 aparecen las propiedades para los materiales de la presa.

Material Peso unitario

(kN/m³) Módulo de Young Eref

(kPa)

Relación de Poisson (*)

Ángulo de Fricción

(°)

Ángulo crítico

c (°) Exponente

m(-)

Relleno 3B 22,5 85.000 0,15 43,0 37,0 0,40

Relleno 3C 22,0 52.500 0,15 42,6 37,0 0,40

Relleno T 21,4 40.000 0,15 42,6 37,0 0,40

Dren 17,0 50.000 0,15 45,0 37,0 0,40

Tabla 5: Propiedades de los materiales del relleno de la presa.

(*) valores para modelo que incorpora dilatancia.


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La construcción de la presa se modeló mediante la colocación de capas de 5,0 m de

espesor. El asentamiento máximo durante la etapa constructiva fue de 1,3 m y se

presentó en la zona T, que corresponde a la zona de menor rigidez. En la Figura 11

se presentan los desplazamientos verticales obtenidos.

Figura 11: Asentamientos durante la construcción.

5. INSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO

5.1 CONCEPTO DE LA INSTRUMENTACIÓN

La instrumentación instalada en la presa es la necesaria para medir su comportamiento durante la construcción, el llenado y la operación. Se hizo énfasis en la medición del flujo de agua a través de la presa y de la fundación, así como en las deformaciones de los rellenos, sin embargo, también se incluyeron instrumentos para medir el comportamiento de la losa.

En general, se instrumentaron 3 secciones de la presa, pero se colocaron algunos instrumentos fuera de las secciones.

Una lista de los instrumentos instalados en la presa cuyo registro se realizará mediante un sistema automatizado de adquisición de datos aparece en la Tabla 6.


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Instrumento Cantidad Parámetro medido

Celdas de presión 33 Esfuerzo vertical y

esfuerzo normal a la losa

Celdas hidráulicas de asentamiento

41 Asentamientos internos

en el relleno

Piezómetros eléctricos 49 Presiones de poro en

fundación y en rellenos.

Medidores de deformación unitaria (en

arreglos de 3) 58

Medición de la deformación unitaria en el

plano de la losa para el cálculo de esfuerzos en el

concreto.

Medidores de desplazamiento normal a

la junta 15

Medición de abertura o cierre de juntas entre

losas.

Medidores de desplazamiento de juntas

en 3 dimensiones 10

Medición del desplazamiento relativo entre la losa y el plinto.

Clinómetros (medidores de rotación)

29 Medición de la rotación en puntos específicos de la

superficie de la losa.

Acelerógrafos 5 Registro del movimiento en 3D durante sismos

fuertes.

Puntos de control topográfico en la cara de

concreto 51

Desplazamientos en la superficie de la losa.

Tabla 6: Instrumentos de registro automático instalados en la presa Reventazón.

Adicionalmente se instalaron otros instrumentos no automatizados en la presa los cuales aparecen en la Tabla 7.

Instrumento Cantidad Parámetro medido

Vertedor de aforo 4 Medición de flujo en el pie

de presa

Asentómetros magnéticos verticales

9 Asentamientos en los

rellenos de aguas abajo.

Puntos de control topográfico en superficie

50 Desplazamientos en la

superficie de los rellenos.

Piezómetros abiertos 6 Niveles piezométricos dentro de la fundación.

Tabla 7: Instrumentos de registro no automático instalados en la presa Reventazón.


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El la Figura 12 se presenta de manera esquemática la sección instrumentada del eje N°2 (estación 0+277,50) con la instrumentación instalada dentro del cuerpo de presa así como en su fundación.

Figura 12: Sección instrumentada de la presa (estación 0+277,50) con los instrumentos instalados en relleno como en fundación.

En la Figura 13 se presenta una planta con la instrumentación sobre la cara de concreto.

Figura 13: Planta con la instrumentación de la cara de concreto e instrumentación de los rellenos de presa.


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3.2 RESULTADOS OBTENIDOS DURANTE LA CONSTRUCCIÓN

En este artículo se dará prioridad a los resultados de desplazamientos registrados durante la construcción para poder compararlos con los resultados del modelo numérico.

3.2.1 Asentamientos

Los resultados de los asentómetros magnéticos se presentan en un gráfico asentamiento (eje vertical) y profundidad (eje horizontal) para una serie de placas imantadas (anillos en Figura 14) que recorren de forma vertical toda la columna de relleno que ha sido colocada, con una separación entre ellas de 1,5 m, lo que permite registrar el asiento para cada una de estas placas a lo largo del tiempo. La Figura 14 está elaborada usando el formato mencionado para el asentómetro X3.

Figura 14: Registro de asiento para los materiales donde está instalado el asentómetro X3.

Las tuberías de los asentómetros magnéticos estás instaladas en los rellenos de aguas abajo del eje de presa, esto permite captar mediante estos instrumentos los asentamientos de los rellenos de aguas abajo (zonas T y 3C).

Para captar los asentamientos de los rellenos en la zona 3B se deben utilizar las líneas de celdas de asentamiento eléctricas. Por motivos de fuerza mayor la instalación de las casetas donde se conectan las líneas de celdas de asentamiento no estuvo lista a tiempo para registrar los asentamientos que se dieron desde el momento justo que se instalaron las celdas, por lo que se contó con el registro de estos instrumentos cuando ya los rellenos se encontraron avanzados.

En la Figura 15 se presentan los asentamientos registrados para la celda en el tiempo para el nivel 185 msnm cuando los rellenos de aguas arriba se incrementaron desde el nivel 206 hasta el nivel 259 msnm.


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Figura 15: Asentamiento registrado sobre la celda de asiento CA-10 instalada en la zona 3B de los rellenos de presa.

3.2.2 Presiones de Relleno

Se presenta en la Figura 16 el incremento de la presión vertical registrado por la celda CP-09 asociada a la celda de asentamiento CA-10. Esta celda de presión muestra el incremento paulatino del esfuerzo vertical sobre la celda producto de la colocación de los rellenos de presa dentro de la zona 3B, constituida por gravas aluviales.

Figura 16: Esfuerzo vertical registrado sobre la celda de presión CP-09 instalada en la zona 3B de los rellenos de presa


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6. COMPARACIÓN ENTRE RESULTADOS Y MODELO NUMÉRICO

Con el fin de comparar los resultados del modelo numérico con los desplazamientos

registrados en el campo durante la colocación del relleno de la presa, se definieron

una serie de puntos de captura de historias de desplazamientos en el modelo. Estos

puntos se colocaron intentando reproducir la ubicación de las líneas de asentómetro

X2, X3, X8 y X9.

El objetivo de esta comparación era el de calibrar las propiedades de los materiales

para obtener resultados similares a los desplazamientos medidos en el campo. De

esta forma se tendría un modelo capaz de predecir con bastante confiabilidad los

desplazamientos que se producirán en la presa durante el llenado del embalse. Esta

información será útil para poder proporcionar valores de comparación al equipo

encargado de la auscultación de la presa durante el proceso de llenado del embalse.

De esta forma se podría detectar de manera oportuna cualquier comportamiento

anómalo y potencialmente peligroso que se presente y amerite detener el proceso de

llenado.

Adicionalmente, el proceso de calibración, al darle mayor confiabilidad al modelo

numérico, permitirá repetir el análisis dinámico efectuado para poder obtener

resultados más confiables.

Finalmente, esta comparación, al permitir afinar los modelos de los materiales, será

importante para los proyectos futuros en lo que se utilicen materiales similares. Se

contará con modelos numéricos que reproducirán el comportamiento de los materiales

de una mejor manera.

En el modelo Double Yield, implementado para los materiales de la presa, se obtienen

las propiedades plásticas a partir de unas tablas de fluencia volumétrica (deformación

volumétrica plástica vs presión media) que han sido construidas a partir de los

módulos de elasticidad de cada material. Las propiedades elásticas se pueden

calcular a partir de las plásticas y un factor constante R=5.

Para generar las tablas de fluencia volumétrica se parte de los ensayos oedométricos,

a partir de los cuales se puede obtener la presión media vs deformación volumétrica.

Los módulos oedométricos se estimaron mediante la siguiente ecuación:

𝐸𝑜𝑒𝑑 = 𝐾. (𝑝

𝑝𝑎𝑡𝑚)

0,4 𝑀𝑃𝑎 (3)

Dónde:

p es la presión media. patm es la presión atmosférica. K es una constante para cada material (K=Eref/1,8).


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En el modelo original las tablas de fluencia volumétrica se construyeron a partir de los

ensayos oedométricos realizados por el ICE en los materiales de la presa. Para

calibrar el modelo se interpretaron los datos de campo (resultados de los

asentómetros) para construir nuevas curvas oedométricas y así volver a calcular la

constante K. En la Figura 17 se presenta la curva oedométrica original para el material

3C y la curva definida a partir de los datos del asentómetro X2.

Figura 17: Curvas oedométricas para el material utilizado en la zona 3C.

Ajustes adicionales del parámetro K fueron necesarios para llegar a resultados

satisfactorios del proceso de calibración de las curvas. En la Figura 18 se presenta un

gráfico en el cual aparece el desplazamiento medido en cada uno de los anillos del

asentómetro X2, para tres elevaciones distintas del relleno de presa: 200 msnm, 220

msnm y 238 msnm. También se colocaron en el gráfico los resultados obtenidos del

modelo numérico para puntos que representan uno de cada seis anillos de

asentómetro. Estos datos se obtuvieron luego del proceso de calibración o corrección

arriba descrito.


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Figura 18: Curvas de asentamiento (en trazo continuo los resultados de campo y en

línea punteada los resultados del modelo numérico).

7. CONCLUSIONES

El asentamiento registrado tanto por los asentómetros como por las celdas de asiento

para los diferentes materiales que componen el cuerpo de la presa, hacen prever que

los niveles teóricos de asentamiento originales obtenidas del modelo numérico

elaborado por medio del FLAC 3D no se alcanzarían, resultando en valores de

asentamiento durante el periodo constructivo mucho menores.

De acuerdo a la comparación con los resultados obtenidos de la instrumentación

instalada en la presa, el modelo numérico estaba reportando deformaciones mucho

mayores a las reales. Esto hizo necesario un proceso de calibración en el cual se

intentó volver a generar las tablas de fluencia volumétrica a partir de la interpretación

de los datos de campo, tratándolos como si fueran nuevos ensayos oedométricos. Sin

embargo, al final se requirió de un proceso iterativo, para poder obtener resultados de

la modelación que realmente fueran similares a los registrados en el campo.

8. PALABRAS CLAVES

Presa – Asentamientos – Calibración – FLAC3D


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9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Avilés, E., & Ruiz, R. (2013). Diseño geotécnico final de la presa de enrocado con cara de

concreto. Siquirres: ICE.

ICE. (2009). Informe de Factibilidad PH Reventazón. San José: ICE.

ICOLD. (2004). Concrete Face Rockfill Dams - Concepts for Design and Construction. París:

ICOLD.

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