ISAGEN Energía a su medida

CURSO DE PRESAS DE CONCRETO COMPACTADO CON RODILLOS (CCR)

Y PRESAS MIXTAS DE ENROCADO Y CCR

ASPECTOS DE DISEÑO, CONSTRUCCION Y SEGURIDAD DE PRESAS

Conferencista

PROF. DR. Miembro de ICOLD

YURI PETROVICH LIAPICHEV (RUSIA)

Medellín, 3 y 4 de Diciembre de 1998

TABLA DE CONTENIDO

2

PRESAS DE CONCRETO COMPACTADO CON RODILLO DE CCR A. ESTADO DE ARTE DE 1998

1. Definición del concreto compactado con rodillo (CCR) 2. Prehistoria e historia de CCR 3. Ventajas y problemas de las presas de CCR 4. Clasificación de los tipos de las presas de CCR y sus características

principales 5. Las presas de RCD 6. Las presas de CCR – 1 (“pobre”) 7. Las presas de CCR –2 8. Las presas de CCR – 3

B. CONCEPTOS EN DISEÑOS Y CONSTRUCCION DE PRESAS DE CONCRETO COMPACTADO CON RODILLOS (CCR – 3 o 2)

CLAVES PARA LA TABLA 1

A. Propósitos de presas de CCR B. Tipos de arenas C. Médodos de conformación de caras de presas D. Tipos de puzolanas

ANEXO 1

CONCRETO COMPACTADO

Informe del comité 207 – ACI (1987)

ANEXO 2 A PRESA DE SANTA EUGENIA

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PRESAS DE CONCRETO COMPACTADO CON RODILLOS (CCR)

A. ESTADO DE ARTE (1988)

1. Definición de concreto compactado con rodillos (CCR)

El CCR se define como la mezcla formada por agregado grueso, arena con finos materiales cementantes (cemento + puzolana) y agua. Se coloca en capas con equipo pesado y se compacta con rodillos lisos vibratorios. El CCR fresco posee consistencia suficientemente seca con un contenido de agua bajo y una relación entre los agregados, el cemento y el agua que permite la circulación de los rodillos vibratorios y el equipo pesado de construcción antes de que empiece a endurecer. El CCR deberá ser, por otra parte, suficientemente húmedo o tener una trabajabilidad tal que permita a la pasta (cemento + agua) llenar los vacíos de agregado y que el concreto fresco pueda compactarse.

2. Prehistoria e historia de CCR

La primera aplicación de CCR a gran escala fue el proyecto de Tarlela

(Pakistán, 1974). En este proyecto colapsaron por cavitación durante el cierre los 80 m de aguas arriba de uno de los túneles de carga y desviación. Este creó la necesidad de reconstruir la porción colapsada del túnel, de reemplazar la roca que falló como consecuencia del túnel y reemplazar el terraplén circundante. Se colocaron 340 mil m

3 de CCR justo antes de la iniciación del comienzo del

llenado del embalse, con un rendimiento máximo de 18 mil m3.

Posteriormente, entre 1977 y 1982 se colocaron más de 2 millones de m3 de

CCR en períodos de estiaje en diferentes reparaciones y obras adicionales, pero esta primera aplicación del CCR sería imposible sin aplicación de la nueva tecnología de la colocación de concreto convencional regido con bajo contenido de cemento (entre 110 y 150 kg/m

3) en dos grandes de gravedad: en

1964 - 1966 en la presa de Alpe Gera en Italia (H= 120 m, V= 1,7 millones de m

3 de concreto) y en 1968 - 1971 en la presa de Toktogul en la URSS

(H= 215 m, V= 3,6 millones m3 de concreto).

El autor trabajó durante la construcción de la presa Toktogul como subdirector del diseño de esta presa. Su situación geográfica geotectónica fue muy complicado, con alta sismicidad (0,45 g) y un clima continental muy severo, con

temperaturas extremas de 35C y de 40C. El transporte del concreto de fábrica hasta bloques en la presa se hace en camiones de 5 m

3, el extenido

con electrobuldozer en capas entre 50 - 75 cm, y el vibrado interno, con baterías de vibradores sobre buldozer; la superficie de los bloques es de 2000 a 2500 m

2, limpiándose cada junta horizontal refrigerando superficialmente con

agua fría. La elevación térmica alcanzada es de 5C a 8C, trabajándose con

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concretos puzolánicos y refrigeración. El coste fue de 25% inferior al concreto convencional. La primera aplicación de CCR en construcción de presas se llevó a cabo en 1980 en el Japón para la presa de gravedad de Shimijigawa (H= 89 m, V= 165 mil m

3 de CCR). En 1982 en lo EE.UU. la presa de Willow Creek se ha

construido (H=52 m, V=331 mil m3 de CCR) con muy bajo contenido de

cementante. Posteriormente, se ha construido hasta el año de 1998, 185 presas de CCR con alturas entre 12 y 155 m más alta y grande en el mundo es la presa Mijagase en el Japón, (H= 155 m, V= 1540 mil m

3 de CCR) que se ha

construido en 1996. En la tabla 1 se representa todas las presas de CCR, que se han construido hasta 1998. Estas están distribuidas así: 32 en el Japón, 30 en la China, 29 en los EE.UU., 19 en España, 11 en Africa del Sur y 8 en Australia, etc. Además de 30 presas de CCR se están construyendo en muchos países, especialmente en China, donde la más alta y grande de la presa de CCR de Longtan (H= 192 m, V1= 3 mil m

3 de CCR), se está construyendo.

Las presas han sido construidas para diversos propósitos: 20% para el control de inundaciones hidroeléctricas de irrigación o agua potable (multipropósitos), 40% para agua potable, irrigación y el control de inundaciones, 35% para hidroeléctricas, irrigación y el control de inundaciones, 20% para hidroeléctricas y control de inundaciones, 15% para el control de inundaciones y recreación. Otras aplicaciones de CCR pueden ser: 1. Protección de las crestas y taludes de aguas abajo de presas de tierra para

controlar y pasar crecida máxima. 2. Ataguías. 3. Reparaciones de vertederos de emergencia superficiales y presas antiguas. 4. Fundaciones masivas. 5. Protección de márgenes de canales, embalses en lugar del Rip-Rap. 6. Pavimentos etc. El CCR es una opción que se ha empleado con éxito en muchos países, en diversas obras de ingeniería, y que, en Colombia puede competir con las construcciones convencionales de presas de enrocado con loza de hormigón y con núcleo de arcilla. Además, muchos proyectos en diferentes países considerados previamente como poco factibles desde el punto de vista económico, pueden ser estudiados de nuevo a la luz de los recientes desarrollos de CCR. Sin embargo, las presas de CCR requieren unos estudios de diseño y construcción muy cuidadosos, más exigentes que la presa de concreto convencional o presa de enrocado con loza de hormigón, porque el CCR es un

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concreto específico, que sus propiedades y comportamiento dependen mucho de los componentes locales (como puzolana y ceniza volante y agregados), y métodos de colocación y compactación. También, debido a que el concepto de CCR es relativamente reciente, hay muchas mejoras y menorías aún por estudiar y resolver. Por eso esperamos que nuestro curso corte y el intercambio de información y experiencia moderna sobre presas de información y experiencia moderna sobre presas de CCR de gran utilidad para todos los participantes.

3. Ventajas y problemas de las presas de CCR.

Las mayores ventajas de CCR son la reducción en costos y el tiempo de construcción. En comparación con las presas de concreto convencional (CC), el uso del CCR resulta en un costo unitario inferior (de 30 - 50 % de costo de CC) por las siguientes razones: a) Uso de equipos de los mismos que en presas de enrocamiento, por lo cual

el tiempo de construcción es mucho más corto y una obra de gran tamaño (600 000 m

3) puede construirse en 10 - 12 meses y tamaño mediano (300

000 m3) puede construirse en 4 - 5 meses.

b) Por el tiempo rápido de construcción es posible reducir o eliminar el túnel de desviación y acepta vertidos en la fase de construcción.

c) Tomas y desagües a través de la presa. d) Reducción alta (en 2 - 3 veces) en el consumo de cemento. e) Reducción alta en el uso de formaletas, especialmente para los taludes de

agua abajo. f) Aliviaderos por coronación, con o sin compuertas. g) Reducción de la infraestructura de construcción, especialmente,

campamento. La relación entre el volumen de una presa de altura de 100 m de enrocado con núcleo de arcilla y aquel de una de CCR está entre 5 y 6 y la misma relación con presa de enrocado en altura de presas más que 100 m la diferencia será más. Esta circunstancia, junto con la velocidad rápida de construcción del CCR da como resultado períodos más cortos de construcción que los requeridos para presas de enrocado. También en regiones de alta pluviosidad, como en Colombia, las presas de tierra o de enrrocamiento con núcleo de arcilla (con presas altas de Guavio y Chivor) solo puede construirse durante los cortos períodos de estiaje. En este caso el CCR es la alternativa buena por considerar en el proyecto. En cuanto a la localización y construcción de las estructuras complementarias del proyecto, el CCR proporciona ventajas económicas adicionales, especialmente los requisitos para el vertedor, disipador de energía y estructura

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de toma puede tener un impacto adverso sobre la economía de los proyectos con presas de tierra o enrrocamiento. Con una presa de CCR, el vertedero puede construirse dentro del cuerpo de la misma, eliminando así la necesidad del canal lateral de acceso al vertedero que involucra un costo de excavación significativo, además de los problemas relativos a la estabilidad de los taludes de esta excavación. Ahorros aún mayores se pueden obtener si el vertedero se diseña en escalones como son muchos recientes casos de presas de CCR (ver tabla 1). Los escalones disipan la energía hasta en un 70% a medida que el flujo desciende, reduciendo así la longitud del tanque amortizador, que también se construye con CCR. Las torres de toma, en lugar de ser estructuras aisladas de la presa, pueden anularse al parámetro de aguas arriba de la presa del CCR, lo cual también disminuye los costos de construcción de aquellas. En cuanto a la altura de la ataguía y la sección de las conductas de desviación, estas pueden deshacerse para crecientes con menores períodos de recurrencia, aceptándose así un riesgo mayor al corto período de construcción y la resistencia del concreto a la erosión en caso de ser sobrepasado por aguas. Estos junto con la menor longitud de los conductos índice favorablemente en los costos del proyecto. No obstante todas las ventajas mencionadas, en la definición de sí la presa de CCR es mejor alternativa, deben considerarse la existencia de fuentes de las puzolanas y agregados apropiados para el CCR con las distancias favorables de transportes de las puzolanas, cementos y agregados así como las características geológicas y tectónicas del sitio más o menos favorables para la presa del CCR, especialmente, de gran altura y volumen.

4. Clasificación de los tipos de las presas del CCR y sus características

principales. Hasta el presente no existe un concepto universalmente aceptado para el diseño de las presas de CCR, de un país y aún entre sitios diferentes. Por ejemplo, como se expondrá luego en el Japón se ha hecho investigaciones para el diseño de los componentes de la mezcla de CCR de tal manera que el CCR alcance las mismas características mecánicas del concreto convencional en lo referente a referencia de compresión, impermeabilidad y durabilidad. Por otra parte en el caso de la presa de Willow Creek (EE.UU.,1982) las proporciones de la mezcla se diseñaron para hacer uso al máximo de los materiales arenas y granulares naturales y así permitir un bajo (más que mínimo permisible) contenido de cementante (47 kg/m

3 de cemento y 19 kg/m

3

de cenizas volantes), que provocó el problema de permeabilidad y filtración de la presa. Por el contrario para la presa de Upper Stillwater (EE.UU., 1987) este concepto fue cambiado a favor de otro concepto, con una mezcla de alto contenido de

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pasta para mejorar la impermeabilidad y cohesión entre capas sucesivas de CCR. La experiencia del diseño y construcción de las presas de CCR en EE.UU. entre 1978 - 1988 fue analizado, generalizado y presentado en 1988 en forma de ACI Committee 207 Report en RCC (informe del Instituto americano sobre CCR). Este informe fue traducido a español completamente por el Dr. Tomás Ochoa el variante corte de esta traducción con gráficos principales se ha presentado en este curso como Anexo 1, con el permiso del Dr. Tomás Ochoa. En 1995 nueva versión del informe de ACI Committe 207 sobre CCR fue publicado, donde unos cambios en diseño y construcción del CCR en EE.UU. se han aprobado después 1988. En 1990 la Comisión Internacional de Grandes Presas (ICOLD) publicó su Boletín N75 sobre CCR donde la experiencia mundial en este campo se ha presentado. Durante los últimos 10 años han surgido tres conceptos diferentes para el diseño y construcción de presas de CCR, que se presentan a continuación. Ahora después de 20 años de la experiencia de diseño y construcción, casi 200 presas de CCR, en el mundo podemos aprobar estos tres tipos principales de CCR: Tipo 1- CCR pobre o con bajo contenido de materiales cementantes: cemento, más puzolana (ceniza volante). Tipo 2- CCR con mediano contenido de cementante. Tipo 3- CCR con alto contenido de cementante. Además, en el Japón después de construcción la presa de Shimajigawa en 1980, su tecnología específica de «Roller Compacted Dam (RCD)» se han utilizado ampliamente en este país.

5. Las presas de RCD. El método de RCD es diferente de los métodos de construcción de las presas de CCR usados en otros países del mundo. El concreto de RCD se coloca en capas de mayor espesor, cubre 0,5 m y 0,75 m y se cortan juntas en el concreto entre los paramentos de agua arriba y de aguas abajo, de tal forma que la estructura final es similar a la de una presa de gravedad construida en monolitas. El concreto compactado del interior de la presa se protege por medio de un muro o pantalla exterior (2 - 3 m de ancho) de concreto convencional consolidado mediante vibradores de inmersión, en cada junta se colocan sellos y tubos de drenaje.

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El contenido de material cementante está generalmente en el rango de 120 a 130 kg/m

3, con contenido de puzolana del 30%.

Todas las presas RCD se incluyen en la Tabla 1 y unas el se han presentado en figuras. El método de RCD aunque es más rápido y económico que el concreto convencional, pero resulta más lento (2 veces menor) que el CCR pobre o CCR-1 y que el CCR-2 y CCR-3. Su costo también es superior ya que cada junta se trata por medio de un mortero de cohesión (bedding mix), lo cual, por otra parte trae la ventaja de que la resistencia al corte o por cohesión en juntas horizontales en concreto compactado del orden alto de 20 - 30 kg/cm

2 y la

permeabilidad baja en el rango de 10 E-05 a 10 E-8 cm/s.

6. Las presas de CCR - 1 («pobre») El CCR - 1 tiene un contenido de cementantes entre 60 - 100 kg/m

3 y además

una membrana impermeable en el panel prefabricado, de hormigón para proteger el interior permeable de CCR -1 de la presa. El CCR-1 se coloca en capas de 0,3 m de espesor. Todas las presas del CCR -1 se incluyen en la Tabla-1. La preposición de puzolana ha variado entre 0 y 40% y algunas de agregados utilizados han tenido un alto contenido (10-12%) de finos (menor de 0,074 mm). La ventaja solo de CCR -1 que es el bajo costo de la mezcla. Es muy probable que se pierda debido a los problemas de segregación en las grandes capas por el bajo contenido de cementantes y a la necesidad de construir una pantalla o membrana impermeable de concreto convencional aguas arriba junto con un sistema de morteros de adherencia o cohesión (bedding mix) entre capas de CCR-1. Por otra parte, las características mecánicas de CCR-1 son relativamente marginales. En particular la resistencia al corte (cohesión), es muy baja entre capas de CCR-1 del 0 - 10 kg/cm

2 (en presas de Willow Creek, EE.UU.) y

hasta de 20 -30 kg/cm2 en presas de Uruguay en Argentina y Capanda en

Angola.

El ángulo de la fricción interna =42- 48 grados y él dependen solo del tipo de roca de los agregados gruesos. La resistencia a la tensión en las juntas y a la compresión varía entre 0 y 2,5 kg/cm

2 y 50 - 150 kg/ cm

2 respectivamente por

el tiempo de 90 días y el módulo elástico es de ( 120 - 250) mil kg/cm2.

La permeabilidad varía en el rango de 10 E - 3 a 10 E - 6 cm/ s, que es muy bajo y más menor al valor aceptado ahora como mínimo en las presas de CCR de orden de 10 E - 7 a 10 E - 9 cm/ s para prevenir la penetración del agua y minimizar la posibilidad de problemas de subpresión entre capas del CCR -1. Los bajos valores de resistencia al corte se derivan del bajo contenido de materiales cementantes, lo que a su vez implica una reducción de la cohesión en las juntas entre capas con el consecuente aumento en la permeabilidad.

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Por eso podemos recomendar las presas de CCR de altura menor que 50 m para construcción solo con las membranas impermeables de PVC o tipo de CARPY (Italia) y solo para los proyectos de recreación y rehabilitación en las condiciones naturales favorables.

7. Las presas de CCR -2. El CCR - 2 tiene un contenido de cementantes entre 100 - 150 kg/cm

3 y

además como el CCR-1 una membrana impermeable en el panel de hormigón prefabricado para proteger en interior semipermeable de CCR -2 de la presa. El CCR- 2 se coloca en capas de 0,3 - 0,4 m de espesor. Todas las presas de CCR -2 se incluyen en la Tabla 1. La proporción de puzolana ha variado entre 30 y 50% y los agregados utilizados no han tenido muchos finos (no más que 3 - 5 %). Las características de CCR- 2 son relativamente favorables. La resistencia a la tensión en las juntas y a la compresión varía entre 10 y 15 y entre 120 y 210 kg/cm

2 por el tiempo de 90 días y el módulo elástico es de (150 - 250) mil

Kg/ cm2. La resistencia al corte entre capas de CCR -2 es de 10 - 20 kg/cm

2

como mínimum en la presa de Riou (H=26m, Francia) y hasta 30 kg/cm2 en

la presa de Petit Sant (H =47m, Guana). La permeabilidad varía entre el rango de 10E - 6 a 10E - 8 cm/s que corresponde a los valores mínimum y permisibles para las presas de CCR.

8.Las presas de CCR -3. Ese tipo de CCR fue desarrollado con finalidad de obtener el CCR de alta densidad y buena cohensia (adherencia) en las horizontales juntas entre capas sucesivas, lo cual es conducente a una baja permeabilidad, equivalente a la del concreto convencional (10E - 8 a 10E - 10 cm/s), y alta resistencia al corte (por cohesión) y a la tensión, con valores de 20 - 40 kg/cm

2 y entre 15 y

20 kg/cm2 respectivamente. El concreto se coloca en capas delgadas de 0,3 -

0,4 m de espesor y el contenido de material cementante es entre 150 - 300 kg/m

3 del cual 60 - 80 % es puzolana. Los agregados utilizados no han tenido

finos. Todas las presas de CCR -3 se incluyen en la Tabla 1. En las presas de gravedad de CCR- 3 la barrera impermeable la constituye el CCR- 3 del inferior de la presa siendo el CCR - 3 del exterior solo una pantalla durable de protección que aísla al concreto interno. No se requiere, como en los otros métodos, una pantalla del concreto convencional, ni morteros de adherencia, aunque este último puede incluirse para mejorar la resistencia al corte por cohesión en las capas de concreto. La resistencia a la compresión varía entre 200 y 320 kg/cm

2 y a la tensión en

las juntas es de 15 - 25 kg/cm2. La resistencia de CCR -3 al corte por cohesión

entre capas es de 20 - 40 kg/cm2.

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Los valores del módulo elástico de CCR -3 varían entre 200 y 250 mil kg/cm2 y

permeabilidad entre 10E - 8 y 10E - 10 cm/s, que corresponde a los valores de permeabilidad en el concreto convencional en las presas de gravedad.

B. Conceptos en Diseño y Construcción de Presas de Concreto

Compactado con Rodillos (CCR -3 ó 2)

Introducción

El rápido incremento que desde 1980 han tenido las presas de concreto compactado con rodillo o presas de CCR, como diremos por simplicidad, permite afirmar que se trata de una nueva tecnología de presas de concreto, de aceptación general. A finales de 1995 se habían terminado 165 grandes presas, construidas con este sistema y otros 30 proyectos de ejecución, a finales de 1998 se habían terminado 185 presas y otros 32 proyectos en construcción. Como objetivos complementarios se añadían la reducción del costo del curado del concreto, y la aproximación al concreto continúo, para evitar el costoso tratamiento de las juntas. Todos estos problemas se han venido abordando de forma semejante, pero no igual, según los países. No hay, pues, por momento, unos criterios de total coincidencia. Pese a ello, expondremos un resumen del estado actual de la nueva tecnología, señalando las tendencias diversas. De lo que no hay duda es de que hay consenso general a favor de las presas de concreto en cuanto a seguridad (posible paso de avenidas sobre la fábrica y mayor seguridad a las acciones sísmicas) y que, de los ensayos hechos hasta el momento, cabe deducir que las propiedades de CCR son comparables a las del concreto convencional, hasta el punto de que, como tal material, no se ve conveniente, en principio, en construir presas de gravedad de más de 200 m de altura o presas arco gravedad de más de 130 m de altura con CCR. Ha de transcurrir más tiempo, no obstante, para calificar definitivamente los límites de esta tecnología.

I. Conceptos de Diseño de las Presas de CCR.

1.1. Generalidades Cada uno de los conceptos de diseño expuestos tiene sus propios méritos económicos y técnicos. El método de CCR -2 o RCD ha sido efectivo en valles angostos y ha probado ser el que da los mejores resultados en cuanto a la adherencia entre capas. El método de CCR-3 se ha utilizado cuando el volumen por capas es alto y el costo de tratamiento de las juntas muy elevado.

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Debido a que el volumen alto de pasta en mezcla puede aumentar la generación de calor si se utiliza solamente cemento, es necesario reemplazar un porcentaje alto de éste (del 60% al 80%) por puzolana natural, o cenizas volantes. Además dada la finura de la puzolana o de las cenizas volantes, estas mejoran la trabajabilidad del concreto y llenan los vacíos entre los agregados mejorando su densidad. También se aumenta la resistencia a largo plazo y siendo el costo de la puzolana mucho menor que el del cemento, mediante su uso se derivan beneficios económicos. Para caso en particular se debe estudiar que método utilizar tomando en consideración cual es el propósito de la presa (control de inundaciones, energía, irrigación, etc.). Los requisitos de resistencia, impermeabilidad, durabilidad y economía. Este último factor es importante pero debe temperarse por la necesidad de contar con propiedades estructurales y de durabilidad adecuadas. El CCR para las presas altas, en donde los parámetros de resistencia al esfuerzo cortante y la permeabilidad para reducir la posible subpresión en las juntas son de importancia, debe diseñarse de modo que la estructura tenga propiedades al menos tan buenas como aquellas de una presa construida con concreto convencional. En esta forma es recomendable que los criterios de diseño del CCR sean tales que aseguren el cumplimiento de los siguientes aspectos: a. Que el CCR tenga suficiente cohesión entre capas para que resista, junto

con la componente friccionante, las cargas hidrostáticas impuestas con un factor de seguridad apropiado.

b. Que el concreto pueda transportarse y colocarse con un mínimo de

segregación para lo cual es conveniente limitar el tamaño máximo del agregado a 1 1/2 ó 2 pulgadas.

c. Que el concreto, una vez compactado, tenga una permeabilidad igual o

menor que 10E - 8 cm/s, para prevenir la penetración del agua y minimizar los problemas de subpresión entre capas.

d. Que existe buena adherencia entre capas sucesivas de CCR para poder

contar con una resistencia alta a la tensión en la junta que contrarreste los efectos dinámicos del sismo de diseño.

1.2 Los criterios principales de diseño Los criterios existentes para el diseño de presas de gravedad en concreto convencional proporcionan la base para el diseño estructural de las presas de gravedad construidas con CCR. La presa se diseñan para asegurar su estabilidad contra el volteo y el deslizamiento bajo cargas estáticas y

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dinámicas. La resistencia a la compresión del concreto no es generalmente un factor limitante. Sin embargo, hay importantes diferencias que se deben tener en cuenta durante el diseño, entre el comportamiento estructural de una presa de gravedad construida con concreto convencional y otra con CCR. Las presas construidas con CCR pueden ser o no comportarse monolíticamente, dependiendo de la unión entre todas las juntas horizontales entre capas sucesivas de CCR. En esta forma, el diseño debe ser tal que se asegure que los métodos de construcción, los materiales por utilizar y la mezcla de cómo resultado final una estructura que se comporte en la forma supuesta en el análisis. De aquí la importancia de la componente cohesiva de la resistencia al corte entre las capas sucesivas de CCR, especialmente en presas altas y en aquellas con taludes de fuerte pendiente aguas abajo. Por otra parte el diseño de las presas de gravedad esta controlado básicamente por las condiciones geotécnicas de la fundación. Históricamente el modo de falla de las presas de concreto ha sido por deslizamiento o falla por cortante de la roca de fundación. Con el objeto de asegurar la estabilidad de la presa contra el volcamiento, la sección de ésta se debe diseñar para que se presenten esfuerzos de compresión en toda la base y en cualquier plano horizontal de la misma.

1.3 Las características mecánicas del CCR para el diseño.

La resistencia al esfuerzo cortante del concreto sigue la ley de falla de Mohr - Coulomb. Es así como esta resistencia entre las capas sucesivas de CCR y entre éste y la fundación, tiene una componente friccionante y otra cohesiva. La resistencia al corte entre capas de CCR es menor que aquella de la masa del CCR a menos que se tomen precauciones especiales, tales como limitar el tiempo de exposición entre capas sucesivas, limpieza de la superficie de cada capa, morteros de adherencia, y/o aumento del contenido de pasta en la mezcla. Para propósitos de diseño preliminar el valor del ángulo de fricción, que es independiente del contenido de pasta en la mezcla, puede tomarse entre 45º y

55º (tg =1.0 - 1.4), dependiendo de la calidad de los agregados pétreos. La componente cohesiva que sí es función del contenido de pasta puede variar entre 10 y 40 kg/cm

2 dependiendo del diseño de la mezcla y del tratamiento

que se dé a las juntas. Un valor inicial de 10 kg/cm2 es prudente. Los factores

de seguridad por utilizar son de 1.4 - 1.5 para la parte friccionante y de 3 a 4 para la componente cohesiva. Para incrementar el factor de seguridad de la parte friccionante se puede especificar que las capas de concreto se coloquen con una pendiente de 20.0 H: 1.0 V en el sentido de aguas arriba hacia aguas abajo. Las variaciones que se puedan presentar en el factor de seguridad de la

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parte cohesiva son dependientes del tipo de mezcla y del cuidado que se observe con los procedimientos de construcción para reducir la segregación y para lograr una buena adherencia entre las capas sucesivas. Los parámetros de resistencia por usar en el diseño final deberán estar basados en pruebas con los materiales que realmente se van a usar, preferiblemente sobre muestras de CCR tomadas de terraplenes de prueba ejecutados con anterioridad a la construcción de la presa.

1.4 Perfil transversal de la presa del CCR. La sección de las presas de gravedad en CCR es la misma que la utilizada para presas en concreto convencional. El paramento de aguas arriba es usualmente vertical en toda su altura o buena parte de ella, aunque cierta inclinación (1.0 H: 10.0 V) hacia aguas arriba cerca de la base puede incorporarse para mejorar la estabilidad o la resistencia al volcamiento. El talud del parámetro de aguas abajo varía normalmente entre 0,65 H: 1.0 V y 0,8 H: 1.0 V o más tendido y usualmente intercepta la cara de aguas arriba en algún punto cerca de la cresta. El ancho de esta varía entre 4,5 m y 9,0 m y su parámetro de aguas abajo cae verticalmente hasta encontrar el talud. En esta intersección puede agregarse un chaflán para suavizarse la superficie y reducir la posibilidad de concentración de esfuerzo que pueda presentarse por sobrecarga durante movimientos sísmicos. El talud de aguas abajo se diseña con pendiente constante en zonas de alta sismicidad a fin de eliminar por completo la concentración de esfuerzos, y para reducir el incremento en el volumen de concreto se puede reducir la pendiente sin que se presenten cambios substanciales en la estabilidad de la estructura.

1.5 Los materiales de CCR

EL CEMENTANTE

El cementante es cemento portland, mezclado con los elementos de naturaleza puzolánica, a saber: cenizas volantes, escorias de alto horno o puzolanas naturales. Las escorias y las puzolanas raramente se añaden en la obra. Son las cenizas volantes las que usualmente se utilizan por su mayor facilidad de manejo (la figura de molido está asegurada por su naturaleza). En definitiva, en más del 90% de los proyectos conocidos, el conglomerante es una mezcla de cemento y cenizas volantes bajas en cal. Además de la reducción del calor de hidratación, la incorporación de cenizas volantes presenta las siguientes ventajas:

Reducción del coste (menor contenido de cemento).

Mejora de la docilidad del concreto.

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Aumento del volumen de sólido en la pasta, permitiendo usar menor cantidad de agua al sustituir el agua que no se combina y actúa solo como lubricante (en concreto convencional de 200 kg. de cemento y 0.55-0.6 de relación A/C, de los 120 l de agua, la mitad no se combina). Por último:

Resistencias análogas a partir de lo 90 días. Ya hemos comentado esto al tratar los concretos convencionales.

ÁRIDOS O AGREGADOS Los áridos para las presas de CCR pueden tener, en líneas generales, análoga procedencia y tratamiento que para las de concreto convencional, es decir, pueden proceder del machaqueo de una cantera, de un yacimiento natural o gravera y también tener procedencias y procesos mixtos. Sus peculiaridades, por lo que respecta al CCR, son las siguientes:

Tamaño máximo - Se ha discutido mucho el tema y pretendido utilizar en el CCR los tamaños máximos clásicos (M.S.A.) de 150 ó al menos 120 mm.

Con excepción de los japoneses (RCD), que mantienen dicha tendencia, puede decirse que para la tongada generalizada alrededor de los 30-35 cm se considera que un M.S.A. del árido superior a los 100 mm producirá segregaciones en el proceso de transporte y extendido, mientras que M.S.A. menor de 50 mm no lo producirá. Por ello, la tendencia actual es fijar el M.S.A. tal como sea, entre dichos límites. Un objetivo, no siempre alcanzable en la práctica, serían los 75 mm.

Áridos finos- Llamado árido fino al conjunto de tamaños inferiores a los 5 mm puede decirse que la proporción necesaria suele estar alrededor del 35% del peso total de áridos.

El CCR es muy sensible a las variaciones de granulometría, por lo cual las

exigencias para cualquier tamaño suelen establecerse en variaciones de 5% fuera de los cortes teóricos. Esto es fundamental en la porción de árido fino. A su vez, la trabajabilidad del concreto es muy sensible a la composición interna del árido fino, por lo que actualmente se tiende a exigir un corte intermedio entre 0 y 5 mm (normalmente 1,6 ó 1,8 mm), o recombinar arenas de distintas procedencias, para lograr una granulometría adecuada.

Número de tamaño de áridos - En un principio hubo la tendencia a no cuidar en especial el árido del CCR. Si se trataba, como objetivo, de reducir costos, se llegó a decir que el árido utilizado en la construcción local corriente era suficiente.

La tendencia actual muy clara: Se recomienda usar 5 tamaños, es decir, 3 tamaños superiores a 5 mm y las arenas separadas en 2 tamaños (como orientación señalamos: 70 - 25 / 25 - 10 / 10 - 5 / 5 - 1,8 / 1,8 - 0,08 mm o bien:

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70 - 40 / 40 - 20 / 20 - 5 / 5 - 1,8 / 1,8 - 0,08 mm), o a la alternativa antes citada de dos arenas de distinta procedencia que una vez recombinadas permitan lograr un uso adecuado.

DISEÑO DE MEZCLAS

La mezcla de CCR deberá diseñarse con el criterio de lograr máxima densidad con los agregados disponibles. La selección adecuada del contenido de agua es de vital importancia, ya que un exceso de ésta no permite la compactación con rodillo vibratorio y si ésta es insuficiente el mortero no podrá fluir para cubrir todo el agregado, o el cemento no podrá hidratarse completamente. Así el contenido de agua se debe determinar con base en consideraciones de manejabilidad, compatibilidad y la necesidad de obtener la máxima densidad. La relación pasta (cemento + agua + aire): mortero (pasta + agregado fino) deberá ser del orden de 0,43 para lograr un contenido de aire en los vacíos muy bajo, alta cohesión entre las juntas y baja permeabilidad. Conviene elaborar un programa de ensayos de Laboratorio para la prueba de las mezclas estudiadas. Siguiendo los mismos requisitos de ensayos que para una estructura de concreto convencional. Debido al método de construcción de CCR en capas sucesivas y con altas tazas de colocación debe ponerse énfasis en los ensayos de tensión directa y corte directo para determinar la resistencia entre capas. Es conveniente anotar que los resultados de los ensayos de laboratorio solo sirven para el diseño preliminar y de guía durante la construcción. Los resultados de laboratorio deberán verificarse con aquellos que se hagan sobre muestras obtenidas en un terraplén de prueba por ejecutar antes de la construcción y preferiblemente durante el período de diseño. El diseño de mezclas se hace con programas preparados para ello que relacionan las resistencias a distintas edades con las relaciones agua / cementante (W / F + C) y ceniza / cementante (f / f + C). Suele partirse del criterio de proyecto en cuanto a la resistencia exigida a tracción (entre 10 y 20 kg. / cm

2). Con ello y las experiencias comparables

pueden hacerse una estimación preliminar como la siguiente: Arido grueso...............................1.400 Kg/m

3

Arido fino..................................... 700 Kg/m3

Cemento portland........................ 100 Kg/m3

Cenizas volantes.......................... 150 Kg/m3

Agua............................................. 110 ___________ 2.510 Kg/m

3

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Así suele establecerse la hipótesis de oferta en un Concurso. En caso de adjudicación, y antes de empezar la construcción, hay que desarrollar un programa de ensayos de mezclas en varias fases. De las propuestas que se presenten se fabrican las correspondientes losas o tramos de ensayo con anticipación suficiente al comienzo de la obra.

II. Conceptos de Construcción de las Presas de CCR

2.1. Mezcla

La calidad y la capacidad del equipo de mezcla son probablemente los aspectos más importantes en la construcción de CCR. Estos están relacionados con otras dos consideraciones de importancia: la sincronización y el suministro. Se han utilizado hormigoneras convencionales por cochadas así como también el tipo de molinos de amasado (pugmill) de alimentación continua. Las mezcladoras continuas se usan particularmente en grandes proyectos dada su alta tasa de producción y bajo costo, especialmente cuando están acopladas con bandas transportadoras para el concreto. Con este sistema se han llegado a tener tasas de producción de más de 750 m

3 de CCR / h.

Los requisitos técnicos por tener en cuenta son principalmente la capacidad del mezclador dadas las altas tasas de colocación, y la mezcla de los ingredientes para obtener un concreto de calidad uniforme. Con el CCR debe ponerse especial cuidado en la uniformidad de la mezcla, ya que los contenidos unitarios de agua y cemento son comparativamente pequeños. La exactitud y uniformidad de la dosificación del cemento han sido el mayor problema con las mezcladoras para el CCR.

2.2. Transporte de CCR

El mejor medio para el transporte de CCR es mediante bandas transportadoras de alta velocidad (300 m / min.). Utilizando una banda móvil sobre la presa y otra principal para alimentarla, se puede suministrar el CCR rápidamente desde la mezcladora a la presa sin utilizar camiones. Para grandes proyectos éste es el método más económico, así como también en cañones estrechos donde la excavación de vías de acceso es problemática. Un sistema alterno, es el uso conjunto de una banda transportadora desde la planta de mezclas al sitio de presa que descargue directamente sobre los camiones. A medida que la presa se va construyendo, la banda transportadora se va elevando. En esta forma los camiones nunca dejan la superficie de lado. En esta forma los camiones nunca dejan la superficie de la presa y así se evita la contaminación de CCR.

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El tiempo de duración del suministro de CCR y la segregación de la mezcla son dos aspectos muy importantes por tener en cuenta. Se debe minimizar el número de puntos de transferencia y la caída libre del concreto para así evitar la segregación de CCR.

2.3. Colocación de CCR

Ya hemos comentado que la tecnología de CCR se basa en la extensión continua y compactación con rodillo del concreto, en tongadas que va todo a lo largo de la presa, a diferencia de las presas de concreto convencional, cuyas fábricas progresan por bloques de altura alternada, definidos por las juntas y compactados por vibración. La colocación se hace normalmente con bulldozer no mayor que el equivalente a un CAT D-6. A nivel de fundación y para poder maniobrar efectivamente se requiere un D - 3 o similar. No es aconsejable el uso de equipos de llantas por la dificultad de empujar el material sin que las llantas patinen en el CCR. Las motoniveladoras son difíciles de maniobrar pero han sido útiles en la conformación del talud de aguas abajo. Una ventaja del equipo sobre aguas es la compactación profunda que imparte al CCR cuando se desplaza sobre éste. El espesor de las capas de CCR debe limitarse a aquel que permita la completa compactación del concreto mediante un rodillo vibratorio. Los espesores típicos varían entre 30 cm y 40 cm. Salvo en Japón, donde se utilizan tongadas del orden de los 0.75 m divididas en 3 capas, hay un consenso prácticamente general en utilizar una tongada tipo de 0,30 m una vez compactada.

La colocación del concreto del cause - es obvio que hasta disponer de un mínimo de superficie horizontal, no se puede emplear la metodología de la puesta en obra típica de CCR. El fondo de la cerrada, una vez excavado debe limpiarse y si fuera el caso, tratar con concreto (concreto proyectado) las zonas deficientes de la roca. Terminadas estas labores, comienza la puesta en obra propiamente dicha, que suele hacerse con medios convencionales y vibración por inmersión hasta alcanzar una superficie horizontal mínima, que estimamos alrededor de los 500 m

2, para poder

iniciar el trabajo con rodillo.

Ritmo de colocación diaria - Aunque es tema muy ligado a la concepción del proyecto lo deseable es extender, desde un extremo a otro, al menos una tongada tipo de 30 cm (una vez compactada) por día. Ello supone una elevación de entre 1,5 y 2 m a la semana, trabajando 7 días, es decir, unos 8 m/mes de elevación mínima de la presa. En general, los programas de las presas de CCR han sido hasta ahora de menor ritmo y casi siempre sin lograr 1 tongada por día, lo que supone mayores labores de limpieza.

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En resumen los ritmos medios de bastante presas de CCR se sitúan en los 10 m/mes. De esas consideraciones deben obtenerse los datos previos para el dimensionamiento de instalaciones.

2.4. Aspectos térmicos en colocación de CCR Los cambios volumétricos potenciales ocasionados por la pérdida de humedad o el acortamiento por secado son significativamente menores en el CCR, debido a que contiene mucho menos agua de mezclado que el concreto convencional. Los cambios volumétricos que ocurren por la disipación del calor de hidratación también son reducidos en razón del menor contenido cemento, del uso de puzolanas, cenizas volantes o escoria y del método de colocación, puesto que el CCR es colocado en capas sucesivas y uniformes de gran cohesión, cuyo espesor puede variar entre 30 y 40 cm. Entre los factores que se deberán tener en cuenta en los estudios térmicos, se

cuentan los siguientes: a) El programa de construcción; b) La temperatura de

colocación del CCR; c) Las temperaturas ambientales, la velocidad del viento

la humedad y la radiación solar en el sitio de presa; d) El calor de hidratación

del cemento; e) La pérdida del calor por radiación, convección y conducción;

f) La pérdida de calor por evaporación del agua de curado; g) Incremento de calor por la radiación solar. Estos estudios están íntimamente ligados con aspectos de importancia que se deben incluir en las especificaciones técnicas de construcción y que afectan el costo de CCR, como son las temperaturas máximas permisibles de colocación de CCR y el curado del mismo.

Temperatura de colocación - suele establecerse con el concreto llegue al tajo a una temperatura máxima del orden de los 10 - 15 ºC. En muchos casos no es dificultad mayor, salvo que en los meses de verano hay que tomar medidas para refrigerar el concreto. El enfriamiento de los áridos es más efectivo, e incluso más económico, que la adición de hielo, dada la baja relación de agua/ conglomerante. Dicho enfriamiento puede ser el simple riego de los acopios, pero, en climas continentales como el de muchas regiones españolas, es frecuente tener que recurrir a una instalación específica de refrigeramiento.

No hay que excluir, en condiciones extremas, la necesidad de interrumpir el trabajo en las horas de máximas temperaturas, limitando el trabajo a solo dos turnos (o un turno prolongado).

2.5. Compactación de CCR El concreto se compacta usualmente mediante un rodillo vibratorio y tan pronto como sea posible después de la colocación de la capa. En algunas obras se

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han empleado tractores sobre orugas para la compactación. Normalmente se especifica que la compactación se lleve a cabo antes de 10 minutos después de haber sido esparcido en el CCR y antes de 30 minutos de haberlo mezclado. Los compactadores deben ser autopropulsados (Bomag) con cilindro doble de 10 ton. De peso estático, alta frecuencia de vibración (alrededor de 1500 vpm o más) y fuerza dinámica mayor que 90 kg. / cm. La velocidad de compactación deberá ser de 2.4 kg. / h máxima. Hoy en día se están construyendo compactadores más pesados, de 13 ton. a 15 ton. , y mediante su uso es posible que se puedan compactar capas más gruesas de CCR, del orden de 50 - 75 cm, con lo cual se logra el beneficio de reducir el número de juntas. Con laderas uniformes y medianamente inclinadas, como es frecuente en muchos casos, la compactación con rodillo puede llegar de principio a fin de la tongada. No obstante la proximidad de laderas de fuerte inclinación puede producirse desagregación de áridos, por lo que hay que colocar previamente el concreto por vibrado y en una extensión suficiente para que la tongada tenga todo su espesor. El otro caso extremo de laderas con inclinación escasa, se resuelve dejando incompleta una tongada para regruesar la siguiente hasta 40 ó 45 cm, a llenar el bisel producido en la anterior.

Concreto de paramentos hechos con bordilladora - El vibrado por inmersión de las mezclas es difícil, y por ello, la compactación en la proximidad de paramentos de la presa o de los pozos y galerías se hace con rodillos pequeños, aunque su efectividad es muy limitada. De ahí que se halle introducido el concreto in situ de grandes bordillos previos para limitar los parámetros de presa, incluido el aliviadero (lo que se comentará más adelante) y de las galerías.

2.6. Juntas horizontales de construcción

Las consideraciones más importantes por tener en cuenta en las juntas entre capas de CCR y entre éste y la fundación son la permeabilidad y la resistencia al deslizamiento, especialmente en presas altas. Es muy importante asegurar una buena adherencia entre capas en las juntas horizontales de construcción para que toda la presa se comporte como una estructura monolítica. En presas construidas para control de inundaciones se puede tolerar filtraciones, siempre y cuando no se creen problemas de subpresión, mientras que otras presas deben ser esencialmente impermeables. En presas de CCR las filtraciones se presentan a lo largo de las capas siendo la masa de concreto compactado prácticamente impermeable, aún con bajos contenidos de cemento.

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La calidad de una junta en CCR depende de su limpieza, del contenido de mortero en la mezcla o en la superficie de la junta y de la madurez de la misma en el momento de colocar sobre ella una nueva capa de concreto. En mezcla de CCR con bajo contenido de cemento, la cantidad de éste es muy pequeña para proporcionar buena adherencia entre capas. En este caso para disminuir las filtraciones por las juntas o para aumentar la resistencia al esfuerzo cortante, se coloca un mortero de adherencia, de 1/ 2 a 1 pulgada de espesor, sobre la junta horizontal antes de colocar la capa siguiente. Este procedimiento, sin embargo, aumenta el costo y el tiempo de construcción. A fin de evitar el procedimiento anterior o limitar su aplicación se puede diseñar mezclas con mediano a alto contenido de cemento, con una relación por volúmen entre la pasta y el mortero del de 0,43. Con esto se logra impermeabilidad y adherencia.

2.7. Instalaciones y equipos de construcción de las presas de CCR

Con carácter general, puede decirse que se tiende a diseños de instalaciones de rápido montaje, del tipo de las empleadas para carreteras. Concretamente, las dosificadoras de las centrales de fabricación suelen ser el tipo «horizontal» (salvo en lo relativo al cementante) y, de módulos remolcables; el ensilado de árido se hace en montones al aire libre; la refrigeración de áridos, en los casos más sofisticados, debe concentrarse en la cinta de alimentación de la dosificadora, etc. en resumen, se tiende a evitar los diseños que podíamos llamar Instalaciones de tipo fijo.

Fabricación de concreto - El alto contenido en pasta de CCR recomienda, en general, utilizar concretos de «acción - forzada». Esto no suele ser problema con los tamaños máximos menores de 75 mm que son, como ya hemos dicho, los usuales.

Ya hemos hablado de los ritmos deseables de puesta en obra. Por tanto, si consideramos 6.000 m

3 de concreto al día (media representativa para presas

de cierto volúmen), ello supone cifras muy altas, entre 350 y 750 m3

/ h de capacidad de fabricación, como mínimo, que debe repartirse al menos entre 3 unidades de amasado. Una gran central de fabricación de estas dimensiones podría fabricar también el concreto convencional necesario, pero, en general, se recomienda hacerlo en una planta menor dedicada a ella en exclusiva. Como índice: 80 - 100 m

3/h de capacidad.

Ensilado de cemento y de cenizas - La obra debe disponer de una capacidad de ensilado acorde con la producción señalada arriba y con la dosificación adoptada, tanto para el cemento como para las cenizas.

El transporte de cemento desde el silo al depósito de torre puede hacerse por diversos métodos, pero es necesario el transporte neumático para las cenizas:

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cualquier otro sistema de los conocidos hasta ahora puede crear dificultades debido a la especial constitución de las mismas.

Transporte de concreto al tajo - El transporte de concreto hasta la presa debe evitar la contaminación de la superficie de la tongada que se coloca. Para ello, el sistema más usual es el transporte con cinta hasta un punto, desde el que se puede variar, con elementos adicionales de cinta, el suministro hasta la posición del dumper que lo recibe sobre la presa. Las necesidades del programa pueden suponer cifras del orden de las 500 a 1000 ton/h de capacidad de transporte, lo que no es problema mayor para las cintas.

En Europa casi nunca se ha empleado cintas; más bien el transporte directo con camión o dumper: ello obliga a un número excesivo de pistas de acceso y plantea problemas de limpieza y, en definitiva, de rendimiento.

Extendido y compactación - Refiriéndonos a la tongada usual de 0,30 m de espesor compactado, los tractores lisos vibratorios de tambor simple, han de tener entre 12-15 ton. estáticas. La primera pasada de rodillo se hace sin vibración, y seguidamente se dan entre 3 y, como máximo, 6 pasadas simples con vibrador, según los casos.

El extendido con nivelación previa es fundamental. Se hace con tractores tipo D-4 o similar, frecuentemente controlados por equipos láser giratorios, que dan constantemente la señal de nivelación adecuada.

2.8 . La adecuación del proyecto de CCR a la nueva tecnología

Uno de los aspectos más importantes para aprovechar al máximo las ventajas de la tecnología del CCR es la adaptación del proyecto a las características del concreto. Pese a lo obvio de esta afirmación, el problema actual más importante hasta ahora, en la mayoría de los casos, es que el proyecto ha mantenido muchas de las ideas tradicionales de las presas de concreto convencional. Ello obliga a salirse, en cierto modo, de la nueva tecnología, complicando y encareciendo la ejecución. Vamos a comentar las principales causas de dificultad creadas por los Proyectos.

Concretos convencionales en la sección tipo - La nueva tecnología se comenzó a aplicar con grandes reservas y la principal fue que el CCR no era de calidad suficiente para las zonas de paramentos sean las de galerías u otros.

Una vez desaparecidas las dudas sobre la calidad de CCR en sí (lo que hoy puede darse por superado), es evidente la dificultad de compactar en las zonas próximas a los paramentos. Las soluciones que se han ensayado son

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múltiples, pero las que pueden considerarse como generalmente aceptadas son de dos tipos y cualquiera de ellas eminentemente prácticas:

Paramento de concreto hecho con bordilladora, tanto aguas arriba (liso), como aguas abajo (generalmente escalonado).

Paramentos de aguas arriba con encofrado de 2,5 - 3,0 m de altura (correspondiente a varias tongadas de 0,30 m) y compactación con pequeños rodillos de los 2 m próximos al mismo. Estos encofrados pueden llevar a un mecanismo para su deslizamiento, según progresa la tongada aguas abajo, bloques prefabricados alargados, de altura de la tongada, y que se sujetan a la fábrica inferior (para servir de encofrado), o simples encofrados ordinarios: el resultado es un paramento escalonado.

Aliviadero de la presa - Estamos hablando, casi en general, de presas gravedad con aliviaderos sobre su coronación.

En muchas presas se dispuso un espesor importante de concreto convencional para la zona de aliviadero. Su colocación se hizo por métodos convencionales (encofrado y vibrado de masa). No obstante, hoy día casi el 25% de las presas de CCR tienen aliviaderos escalonados, empleando a ello escalones hechos con las mismas bordilladora u otro medios empleados en el resto del paramento. Los aliviaderos escalonados tienen dos ventajas. En primer lugar, una gran parte de la energía (del orden de 70%) se disipan en ellos, permitiendo reducir a un mínimo el cuerpo amortiguador. En segundo lugar, el bajo coste de formación de los escalones. Los criterios de diseño se basan en las experiencias acumuladas hasta ahora, dependiendo del tamaño del escalón del caudal unitario que por metro lineal de aliviadero haya que evacuar. Así, puede establecerse, en principio, lo siguiente:

Caudales unitarios Altura del Por ml de aliviaderos escalonado

q= 10 m

3/ seg. 0,60 m

q= 20 m3/seg. 0,70 - 0,90 m

q= 40 m3/seg. 0,90 - 1,20 m

Si bien el tema ha de resolverse definitivamente con un ensayo en modelo, comprobando que la estructura quede intacta para las máximas avenidas ordinarias, aunque para la PMF pueda ser rebasada y producirse algunos daños, que no afectan a la estructura.

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Desvío del río - La concepción adecuada del desvío del río es otro de los aspectos de las presas de CCR que puedan reducir notablemente los costos. En definitiva, de que el dispositivo de desvío puede ser diseñado para caudales muy reducidos, dado que el ritmo de elevación de la presa es muy elevado (comparado con los proyectos convencionales) y, además, que la puede ser rebasada por la avenida sin daños sustanciales.

Juntas de contracción - Las juntas transversales de contracción vienen determinadas, a veces, por la geometría de la cerrada y siempre por consideraciones térmicas.

Referiéndonos exclusivamente al segundo caso, la distancia entre juntas pueden aumentar notablemente si se refrigera el concreto: de ahí la importancia del estudio térmico de CCR. No vamos a entrar en el detalle de este tipo de estudio, que se desarrollan a partir del cementante de que se dispone, condiciones climáticas, etc. El resultado suele ser la decisión de refrigeración de los áridos, tema que se ha comentado en el anterior capítulo. Ahora bien, de una forma u otra, en las presas de CCR hay que disponer juntas a distancias que pueden variar entre 40 y 80 m. Establecido este principio, hay dos criterios en cuanto a la construcción de dichas juntas:

Juntas encofradas - Se coloca el concreto contra encofrados desde el paramento de aguas arriba hacia el de aguas abajo, como el de las presas convencionales. El sistema interfiere el método de extensión continua, que debe progresar en sentido transversal al anterior afectando al ritmo de colocación.

Juntas inducidas - Es el utilizado en la mayoría de las presas de CCR. El extendido no se interrumpe, completándolo a todo lo largo de la presa: Posteriormente se provoca el corte transversal de la tongada insertando un inductor de juntas, sea de plástico o de acero, de una altura aproximada de 20 cm (tongadas tipo de 30 cm) en la línea de junta, y de forma no necesariamente continua (basta hacer una inserción y no la contigua).

Finalmente, es necesario sellar las juntas del paramento de aguas arriba. El sellado se hace de formas muy diversas, en general cubriendo exteriormente la zona de la junta con una tela o plancha metálica, bajo la cual pueden disponerse elementos complementarios de la propia impermeabilización, o exigidos por la geometría del paramento. Pese a su importancia, el sistema de sellado de la junta es uno de los temas pendientes de una solución de aceptación en general. Las propuestas que parecen más eficaces son caras, pero si el número de juntas es mínimo, ello sería irrelevante en el conjunto de la obra, caso de confirmarse la eficacia del dispositivo.

Conductos de desagüe, galerías, etc. - Muchos proyectos contemplan los conductos para tomas, desagües intermedios o desagües de fondo, de la misma manera que si se tratara de una presa convencional.

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Desde luego, no hay inconveniente alguno en colocar tuberías, válvulas, etc. a través de CCR, pero es claro que ello altera totalmente el ritmo de puesta en obra. Es, pues, en este aspecto del diseño donde debería hacerse un esfuerzo mayor para colocar estos productos en las laderas, bien en túneles o en zanjas y antes de comenzar la puesta en obra de CCR. En cuanto a las galerías, el esquema ideal para las presas de CCR sería: Galerías horizontales en la presa; Pozos verticales de conexión y Galería perimetral en zanja, en cauce y laderas, es decir, fuera del cuerpo de CCR.

2.9 . Programas de construcción de las presas de CCR

Dado que la velocidad de construcción es normalmente el factor que conlleva a la economía de las presas de CCR, uno de los aspectos que reviste la mayor importancia para el éxito en la construcción de este tipo de presa es el planeamiento previo y su programa de construcción detallado. El CCR se coloca sobre grandes superficies horizontales (de estribo y de aguas abajo hacia aguas arriba) en cada capa. Así, en caso de surgir algún problema, no hay sitio alterno disponible donde se pueda trabajar y todas las actividades se reducen dramáticamente o se paran del todo, lo que acarrean importantes sobrecostos. En vista de requisito de que las interrupciones sean mínimas es esencial que los siguientes trabajos se haya ejecutando al iniciar la colocación de CCR:

Carreteras adecuadas de acceso al sitio de la obra y compatibles con el tamaño de los vehículos requeridos para el transporte diario de los volúmenes de material cementante que requiera la obra y de los demás suministros.

Carreteras que integren el sistema de fuentes de materiales, almacenamiento de agregados para el concreto, planta de trituración y tamizado y planta de mezcla.

Sistema de suministro de CCR desde la planta de mezcla al sitio de colocación en la presa.

Excavación de la fundación de la presa y su limpieza.

Formaletas que se requieran para la colocación de CCR.

Dado que la tasa de utilización de los agregados para el CCR puede ser mayor que su tasa de producción y que se pueden presentar desperfectos en la planta de trituración o problemas en las fuentes de materiales, es necesario para garantizar la construcción continua un almacenamiento

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previo de agregados. En muchas obras tal almacenamiento ha llegado a ser hasta el 50% del volumen total. Para cada obra y de acuedo con su programa de construcción deberá decidirse cual es el porcentaje seguro de almacenamiento. Estas consideraciones también son válidas para los materiales cementantes.

2.10 . Otros aspectos de las presas de CCR

TRATAMIENTO SUPERFICIAL DE LAS TONGADAS Es uno de los aspectos más discutidos, por el momento, en muchos países. Las diferencias provienen posiblemente de normas que han querido establecerse con gran generalidad, pero usando variables poco representativas o, al menos, insuficientes. Por ejemplo, el criterio de aceptación de recubrimiento directo de una tongada con la siguiente, si no se rebasan valores

prefijados para el producto («factor de maduración») h x t siendo:

h ................. Horas desde el comienzo de la tongada que se termina t (ºC) ........... Temperatura ambiente en la superficie de la tongada Este producto puede variar en cifras del orden de 70 - 80 y 800 - 900, lo que indica falta de representativa del mismo. Hay otros criterios muchos más pragmáticos que comentaremos más adelante. Por otra parte, hay tendencias diferentes a la hora de definir el tratamiento de una «junta fría», o sea, de una junta que haya rebasado unas condiciones convencionales prefabricadas. La primera tendencia es al uso obligado de un mortero de retoma al iniciar la tongada siguiente, mientras que la segunda es a no aplicar retoma de mortero alguna. En la Tabla 1 se resumen los criterios que, al respecto se ha tomado en algunas obras.

TRATAMIENTO DE JUNTAS HORIZONTALES EN UNAS PRESAS DE CCR

Tabla 1

Tratamiento de

Presas la superficie de la Mortero de retoma junta horizontal

Willow Creek Ninguno Parcial Holbeam Wood Ninguno Ninguno Copperfield Ninguno Parcial Ohkawa Corte en fresco Total Shimajigawa Corte en fresco Total Tamagawa Corte en fresco Total Upper Stilwater Ninguno Ninguno Bishop’s Storford Ninguno Ninguno Milton Brook Ninguno Ninguno

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En nuestra opinión, cuando las dosificaciones son pobres en pasta (< 120-150 Kg de cementante), hay que ser más estricto tanto en el período transcurrido para recubrimiento del concreto (calificación de «junta caliente» o «junta fría»), como en la aplicación frecuente del mortero de retoma, al no poder definir calificaciones intermedias. Por el contrario, con las dosificaciones ricas en pasta, bastan tres formas de tratamiento:

Junta de menos de 24 horas: «Junta caliente». No requiere tratamiento alguno, si la superficie no ha sido dañada. Retirar simplemente el agua y los detritus (camión de vacío).

Junta de entre 24 y 48 horas: (con climatología favorable hasta 72 horas): «junta preparada». Basta raspar con cepillo de alambre de acero la superficie y retirar el detritus (camión de vacío).

Junta de más de 72 horas: (con climatología desfavorable 24 horas): «junta fría». Chorro de arena y agua a presión. Misma terminación que en el caso anterior.

En ninguno de los tres casos es necesario el empleo de mortero, pues los altos contenidos de pasta han demostrado un exelente monolítismo en probetas hechas «in situ». En resumen, este aspecto está muy ligado a las dosificaciones y creemos que los criterios de ahorro de conglomerante (dosificaciones pobres en pasta), son causa de problemas más costosos que el ahorro que reportan en materiales.

CLIMATOLOGÍA Y PUESTAS EN OBRA DE CCR

a) temperaturas bajas

En tiempo frío el trabajo debe limitarse a las horas en que la temperatura ambiente en el tajo supere lo 0ºC. La dificultad está en hacer previsiones para iniciar o no los trabajos. Podemos dar algunas reglas prácticas: La colocación del concreto en tiempo frío no es posible con el CCR dentro de límites parecidos a los del concreto convencional. Un criterio práctico puede ser que si al comienzo de la tongada la temperatura es del orden de +2ºC con tendencia a bajar, no debe empezarse la colocación del concreto. Una vez comenzado la colocación del concreto, este debe continuar hasta su terminación, salvo descensos bruscos y persistentes de la temperatura, por debajo de los 0ºC. La tongada compactada y terminada puede ser protegida con esteras como en el concreto convencional.

b) Temperaturas elevadas Por el contrario, en épocas de temperatura altas, interesan mezclas más ricas en cenizas que retarden el proceso de fraguado.

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La colocación del concreto no tiene porque interrumpirse, salvo condiciones exageradamente extremas en las que, como ya hemos comentado, debe limitarse a los turnos de temperaturas máximas previsibles.

c) Lluvia La puesta en obra de CCR es incompatible con la lluvia: en ese supuesto, debe interrumpirse la colocación. En cambio, una vez terminada la compactación, la lluvia no le afecta.

PRESA DE CONCRETO COMPACTADO CON RODILLO (CCR)

ALTERNATIVAS DE CONFORMACION DE LA CARA DE AGUAS ARRIBA

1. Uso de formaleta metálica y cara dee concreto convencional de 0.5 - 1.0 m.

de espesor. 2. Uso de formaleta metálica y capas de concreto compactado plastificado de

tercer tipo. 3. Bloques horizontales fabricados in situ con formaleta deslizante horizontal. 4. Paneles prefabricados en concreto convencional con membrana de

impermeabilidad PVC y cara vertical adicional de concreto convencional de 0.5-1.0 m. de espesor.

5. Geomembrana de tres capas, (geosintético, geotextil y geodrenaje tipo Carpí

de Italia), fijada por medio de perfiles metálicos a pernos de anclaje en las capas de concreto compactado.

6. Cara formada con paneles de concreto convencional prefabricados, com

membrana de impermeabilización PVC en contacto directo con el concreto compactado plastificado de 2-3 m. de espesor.

ALTERNATIVAS DE CONFORMACIÓN DE LA CARA DE AGUAS ABAJO

1. Uso de formaleta metálica y cara de concreto convencional de 0.5-1.0 m. de

espesor compactando el talud con placas vibratorias y taludes m = 0.7-0.8 en gravas y m = 0.65-0.7 para material triturado.

2. Con formación de talud seco sin formaleta adoptado con el ángulo de

reposo del CCR. Cuando el agregado grueso el grava: m = 0.9 y para material triturado m = 0.8.

3. Bloques horizontales fabricados in situ con formaleta deslizante horizontal.

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4. Paneles prefabricados en concreto convencional con membrana de

impermabilización PVC y cara vertical adicional de concreto convencional de 0.5-1.0 m. de espesor.

5. Geomembrana de tres capas, (geosintético, geotextil y geodrenaje tipo Carpí

de Italia), fijada por medio de perfiles metálicas a pernos de anclaje en las capas de concreto compactado.

6. Bloques prefabricados de concreto convencional para formar un vertedero

escalonado. 7. Cara de concreto convencional para formar un vertedero liso de 2-3 m. de

espesor.

TIPOS DE MEZCLAS PARA LLENOS CON CCR.

1. PRIMER TIPO: Concreto con bajo contenido de material cementante

(concreto + puzolana = P + C) de 60-90 kg/m3. Puzolana (ceniza volátil)

menos del 40% de (C + P). Se deben incluir finos (pasan malla 200) hasta el 10% de los agregados. Resistencia a la compración 50-150 kg/cm

2. Se limita

para alturas hasta de 60 m y sismicidad inferior a 0.2g, combinado concualquiera de las alternativas 4,5 y 6 de la cara de aguas arriba. Capas de 30 cm. De espesor con aplicaciones intermedias de concreto de 2-3 cm. por razones de resistencia e infiltración.

2. SEGUNDO TIPO: Concreto con contenido medio de cementante (concreto +

puzolana = P + C) de 90-150 kg/m3. Puzolana (deseable ceniza volátil)

menos del 50-60% de (P + C). Resistencia a la compresión 120-210 kg/cm2.

3. TERCER TIPO: Concreto con alto contenido de cementante (concreto + puzolana = P + C) de 150-250 kg/m

3. Puzolana (deseable ceniza volátil) entre

60 y 80% de (C + P). Resistencia a la compresión 180-320 kg/cm2. No es

necesario utilizar membranas en la cara de aguas arriba en presa con altura hasta de 100 m. y en regiones de sismicidad media y alta.