Elección del sitio del embalse: 3 factores

Este artículo arroja luz sobre los tres factores que deben considerarse para la elección del sitio de reservorio. Los factores son: - 1. Geología del área de captación 2. Geología del área del reservorio (es decir, el área que se inundará) 3. Geología del sitio de la presa.

Factor # 1. Geología del área de captación:

Esto afecta la proporción de escorrentía y percolación. Se puede obtener información suficiente de los mapas existentes junto con información adicional recopilada por observaciones hechas de primera mano.

Factor # 2. Geología del área del reservorio (es decir, el área a inundar):

El requisito importante aquí es que no se debe temer una fuga cuando el suelo está bajo presión con la carga total de agua en el depósito. El mapeo geológico a gran escala (por ejemplo, de 10 cm a 9 km) puede realizarse para recopilar y reunir los datos necesarios. La ubicación de la capa freática también se puede investigar si es necesario y se debe tener en cuenta la posible acumulación de agua en el sitio.

Generalmente en muchos sitios adecuados para embalsar embalses, encontramos depósitos superficiales tales como turba, aluvión e incluso deriva glacial, y estos están excesivamente en las rocas sólidas. Debe evitarse la turba y, debido a su grosor, a menudo puede ser difícil de estimar, excepto en muchos orificios. Si hay una cantidad considerable de turba, su eliminación es necesaria.

Los ácidos orgánicos y la materia colorante de la turba afectarán negativamente la pureza del agua. En algunos sitios donde existían depósitos de turba de 8 a 10 m de espesor, se trataron cubriéndolos con una capa de arena limpia de 0, 5 ma 1 m de espesor. El aluvión puede no presentar tal dificultad, aunque si es necesario cortar las zanjas, puede ser necesario un encofrado. En algunos casos, el contenido de agua del aluvión puede plantear dificultades durante la construcción.

Los depósitos glaciales (como la arcilla de roca) son impermeables y pueden ser ventajosos. Por el contrario, si los depósitos contienen arenas y gravas (por ejemplo, morrenas), estos materiales porosos pueden provocar una fuga grave. En tales condiciones, vale la pena zanjar a través de los depósitos permeables para la construcción de un corte o utilizar algún otro tratamiento.

Rocas permeables y solubles:

Las rocas debajo de cualquier cubierta de depósitos superficiales a veces pueden presentar algunas dificultades. Estos se deben a la presencia de rocas altamente permeables que pueden afectar la estanqueidad del reservorio. La piedra caliza y tales rocas solubles crean los problemas a este respecto, ya que es probable que desarrollen canales de solución que pueden llevar gran cantidad de agua.

En tales situaciones, a veces las grandes cavidades en la formación de piedra caliza en el sitio pueden rellenarse en un costoso programa de inyección mediante la inyección de asfalto líquido caliente a través de una serie de orificios perforados en la roca.

Las camas de yeso son incluso más solubles que las de piedra caliza. Hay casos de agua que se escapa a través de una capa de yeso que puede ampliarse con la solución. También hay casos de flujo subterráneo de agua a través de una banda de arenilla porosa que produce una fuga grave. También pueden producirse fugas a través de fisuras.

Las rocas con pocas probabilidades de permitir el paso del agua incluyen lutitas y pizarras, esquistos, gneises y rocas ígneas cristalinas, como el granito (excepto en condiciones donde están presentes sistemas conjuntos bien desarrollados).

La percolación del agua es posible a través de rocas descompuestas (dolerita y laterita) y, por lo tanto, deben evitarse. De las discusiones anteriores, llegamos a la conclusión de que la principal consideración geológica en todos los sitios de represas es la estabilidad de la roca en los cimientos.

Las principales consideraciones geológicas en la selección de sitios para represas son:

(a) Las rocas que están debajo deben tener suficiente resistencia para soportar el peso de la presa y el empuje resultante.

(b) Las rocas deben ser impermeables para evitar la fuga de agua debajo de la planta del dique.

Un sitio ideal para una represa es, por lo tanto, una banda impermeable de rocas macizas, fuertes y duras, libres de uniones a lo largo de la represa. Como se mencionó anteriormente, los granitos, gneises, esquistos, etc. son buenos.
Fundación para una presa.

Las presas de gran altura no se pueden basar de manera eficiente en estratos sueltos y no consolidados como arena y marga, ya que habrá una pérdida considerable por percolación o fuga. Sin embargo, las presas de baja presión pueden construirse en dichas áreas si cuentan con cimientos amplios sin grietas ni aberturas. Las represas no deben construirse en un plano de falla. Sin embargo, las pequeñas fisuras y juntas pueden sellarse con material de hormigonado. Pero, en un plano de fallas, si se realiza el sellado, puede ampliarse nuevamente durante los terremotos.

Consideraciones en las rocas en cama o foliadas:

Las estructuras geológicas simples y las rocas impermeables proporcionan condiciones directas para la construcción de represas donde los estratos no están muy plegados. Tales condiciones en realidad son raras, porque las consideraciones topográficas y de otro tipo gobiernan en parte la elección. Anticlines y sinclines son generalmente características que ocurren.

La figura 18.7 muestra un valle de erosión en una flexión anticlinal. En este caso, una presa fundada en este valle será eficiente hasta la altura de la roca impermeable ya que es impermeable. Por encima de este nivel, se producirá una fuga a través de las areniscas permeables en ambos lados.

La figura 18.8 muestra otro valle de erosión en un país montañoso con los estratos rocosos en flexión anticlinal.

Una presa a través de este valle es inadecuada. El lecho de arenisca permeable está expuesto a la corriente en este caso.

En el caso de rocas estratificadas que tienen lechos impermeables intercalados con estratos porosos, la represa debe construirse de modo que su longitud sea paralela a la huelga de los lechos y los cimientos deben colocarse de manera que tengan un delantal de estratos impermeables debajo del lado corriente arriba de la presa. En el caso de los estratos inclinados, es bueno colocar los cimientos de la presa en las camas que tienen inmersiones aguas arriba en lugar de camas inclinadas abruptamente que tienen aguas abajo.

Cuando las represas se colocan en rocas plegadas, es ventajoso colocarlas exacta o ligeramente en el lado corriente arriba del eje de la cresta del pliegue anticlinal (Fig. 18.11). Pero en el caso del pliegue sinclinal, es mejor colocar la presa un poco en el lado corriente abajo del eje del pliegue.

Fallas y derrumbes:

Las fallas pueden plantear un problema grave si se abren al paso del agua. Se convierten en salidas potenciales para el escape del agua almacenada del reservorio. Se pueden tratar con lechada o alternativamente mediante zanjas a lo largo de la línea de fractura y rellenando la zanja con un charco de arcilla u hormigón.

Los derrumbes son indicios de estado inestable. Deben evitarse los motivos que se sabe que han sido sometidos a deslizamientos de tierra. La fuga de agua a través de un lecho poroso puede provocar deslizamientos de tierra en pendientes alejadas del reservorio algún tiempo después de que se llene el reservorio.

Posición de la tabla de agua:

Es natural que cuando se cambian las condiciones de equilibrio natural como consecuencia de la acumulación de una gran cantidad de agua embalsada, se deben considerar los efectos de infiltración, desviación o perturbación del flujo de agua subterránea. Parte del agua del embalse se hundirá en el suelo y el movimiento de dicha agua depende de la posición del nivel freático y de la naturaleza de las rocas.

En la mayoría de los lugares, el nivel freático está ubicado cerca de la superficie en el valle que se eleva a ambos lados. Cuando el nivel de agua en el reservorio no excede el nivel del nivel freático debajo de cualquier terreno adyacente (como una cuenca local), no habría una pérdida importante por infiltración. Pero cuando el nivel del agua del reservorio es más alto en algún punto como en la Fig. 18.13.

Habrá fugas y la cantidad de fugas dependerá de la permeabilidad de las rocas prevalecientes. Cuando se trata de sedimentos de grano fino, es probable que la fuga no sea grande, pero cuando hay rocas abiertas con textura o unidas, las pérdidas de filtración serán considerables (se debe tener cuidado para garantizar que los niveles freáticos no se confundan con el nivel freático principal).

Sedimentación del embalse:

Cuando se completa el reservorio, las corrientes que fluyen dentro del reservorio depositarán su sedimento allí. Cuando la cantidad de sedimentos de sedimento es considerable, puede llevar a la acumulación de sedimentos del lago artificial en pocos años. El tiempo necesario para tal sedimentación dependerá del tipo de área de captación. Si hay una buena cobertura de árboles, ayuda a reducir la sedimentación.

Si la sedimentación avanza, la capacidad de almacenamiento de agua se reduce, lo que perjudica la eficiencia del reservorio. En tales circunstancias, debe haber alguna disposición para lavar el limo a través de algunos pasajes en la presa o por cualquier medio alternativo.

Se traen muchos sedimentos en tiempos de inundación. En algunos sitios puede ser posible proporcionar un by-pass para el agua de la inundación alrededor del reservorio. Alternativamente, se pueden proporcionar trampas de limo en las corrientes que alimentan el reservorio.

Factor # 3. Sitio de Geología de la Presa:

Una presa debe tener una base segura. Para evitar dar por sentado las condiciones, la naturaleza de la geología del subsuelo en el sitio se puede explorar por medio de ensayos y se puede preparar un mapa a gran escala (por ejemplo, de 40 cm a un km).

En la mayoría de los casos, una represa involucrará las excavaciones de una zanja ya sea que la estructura de la represa sea de hormigón, mampostería o tierra, una pared central y las condiciones geológicas en la zona de la zanja deben ser completamente conocidas. Una presa ideal, para toda la longitud de su cimentación, necesitaría una roca estanca al ruido y al agua (preferiblemente en un tipo de roca).

Tales condiciones en la realidad no se realizan. La posibilidad de percolación debajo del sitio de la presa cuando el depósito está lleno y la posición del cuerpo de agua confiscado en relación con el nivel freático son factores dignos de consideración. Los sitios alternativos deben ser investigados por sus propios méritos.

Perforaciones de prueba:

La seguridad y la economía son las consideraciones generales en la selección de un sitio para una presa. Se puede hacer un mapa geológico a gran escala del área donde se ubicará la presa, mostrando las estructuras principales, incluidas las fallas en las rocas. Se puede obtener información adicional de las perforaciones. Un taladro giratorio puede dar un núcleo que sirve como un registro de las rocas que pasan.

Se hacen perforaciones de prueba para explorar las condiciones del subsuelo. Los ejes de áreas críticas se pueden hundir para obtener detalles. Algunas veces se hacen grandes orificios de, por ejemplo, 1, 2 m de diámetro, que permiten una inspección directa de las rocas y en la exploración de cavernas de piedra caliza en algunos sitios. El espacio entre los orificios de los orificios se debe planificar adecuadamente para brindar amplia información sobre las estructuras geológicas del sitio.

Este programa de aburrido extensivo debe estar preferiblemente a cargo de un ingeniero con conocimientos de geología. Esto, sin duda, puede ser seguido por una inspección regular por un geólogo. En el proceso de perforación, se debe registrar cualquier pérdida repentina de agua en el taladro, ya que puede indicar la presencia de algunas fisuras abiertas.

Depósitos Superficial:

Las rocas sobre las cuales se construye una presa, generalmente están cubiertas por algunos depósitos superficiales como el aluvión o la deriva. Dichos materiales, junto con las rocas rotas, deben eliminarse sobre el área de la cimentación para que la presa pueda fundarse de manera segura en rocas sólidas.

La naturaleza de la cobertura superficial que debe cortarse gobernará el método que se adoptará en su excavación y, por lo tanto, debe investigarse prestando especial atención a la porosidad y al contenido de agua.

En situaciones donde la zanja de la presa es bastante profunda, es importante estimar el comportamiento de los depósitos superficiales durante la construcción, los soportes necesarios para los lados de la excavación y el volumen del bombeo en caso de que el material contenga agua. Si se encuentra arena y limo si se encuentra en parte de una zanja cortada, puede ser necesario utilizar aire comprimido en la excavación y revestimientos cilíndricos especiales de hierro fundido en esa sección de la zanja.

Contornos de superficie de roca:

El perfil de la superficie de roca sólida en el sitio de la presa puede ser determinado por perforaciones de prueba. Para este propósito, debe haber un número suficiente de perforaciones que deben estar espaciadas adecuadamente. (Fig. 18.14)

Sobre la base de los datos del orificio, se puede hacer un mapa de contorno de la superficie enterrada. En un área cubierta de deriva, ya que los depósitos glaciares son tan irregulares que puede haber muchos grandes huecos topográficos y también pueden haber valles antiguos en la superficie de la sub-deriva.

Si estos se cumplen durante la construcción de forma imprevista, habrá una dificultad considerable y se requerirán gastos adicionales, ya que la excavación debe extenderse a través de la deriva hasta la roca sólida. El relleno en los valles enterrados mencionados anteriormente puede ser arena o grava glacial que lleva agua o arcilla de roca.

El tipo de depósitos también puede variar en una corta distancia. A veces, mientras se hacen las perforaciones de prueba a través de la arcilla de cantos rodados, los cantos rodados muy grandes presentes crean dificultades y hay posibilidades de confundirlos con lecho de roca sólida. Las perforaciones deben continuarse durante 6 mo más en tales situaciones para garantizar que realmente se haya alcanzado el piso de roca.

Condiciones de la Fundación:

En este encabezado se consideran problemas tales como la naturaleza y las condiciones (frescas o en descomposición) de las rocas sobre las cuales se fundará la presa. Las diversas consideraciones son, la resistencia de la roca que debe ser adecuada para transportar la carga de la presa sin ser aplastada o cortada, características estructurales como inmersión de estratos, espaciamiento de los planos de la cama, presencia de pliegues, fallas, juntas y zonas de triturado. roca y la permeabilidad de las rocas y el tipo de circulación de agua a través de él.

Las presas pequeñas pueden construirse con éxito sobre lechos de materiales débiles como arcilla, pero para presas grandes y pesadas, generalmente se seleccionan rocas duras como granito, arenisca y gneis. Estas formaciones en las que se alternan capas de roca dura y blanda no son preferibles, ya que la penetración del agua puede debilitar las capas de roca más suaves que conducen al movimiento a lo largo de ellas.

Las formaciones de capas alternas de arenisca y esquisto también pueden provocar deslizamientos durante las excavaciones en zanjas. Las diferentes rocas poseen una resistencia de rodamiento diferente e incluso dos rocas del mismo nombre pueden tener grados de resistencia bastante diferentes. Cuando surgen dudas sobre la capacidad del material para soportar las cargas, es necesario probar su resistencia al aplastamiento.

Para las mejores condiciones, una represa debe construirse sobre una formación uniforme. Si hay diferentes tipos de roca presentes en la formación, sus diferentes resistencias de apoyo pueden llevar a un asentamiento desigual de la estructura.

La resistencia de la roca, su estructura y permeabilidad son las propiedades importantes que rigen su idoneidad en las fundaciones. Desde el punto de vista de su idoneidad, las rocas se pueden dividir en cinco grupos principales, a saber, las rocas fuertes y macizas, las rocas cavernosas, los sedimentos delgados, las rocas débiles y las rocas no consolidadas.

Rocas fuertes y masivas: los sitios de la presa subyacentes por las intrusiones ígneas frescas, el granito, la sienita, el gabro y otras variedades son lo suficientemente fuertes para soportar las cargas que se les imponen. El problema es determinar las posibles vías de percolación excesiva.

Las rocas pueden contener zonas de fragmentación o corte. Las zonas estructuralmente débiles están marcadas por partes descompuestas. Los sistemas de unión en lugares pueden estar lo suficientemente abiertos en la superficie y requerir lechada. Las superficies frescas de estas rocas se unen bien con el concreto y no necesitan ningún tratamiento especial.

Este grupo de material de base también incluye gruesos flujos de lava masivos. La mayoría de los flujos de lava muestran articulaciones complejas. Por lo tanto, puede ser necesario excavar y sellar una porción que permita una circulación demasiado fácil. Algunos flujos de lava son escorosos o vesiculados. Si estos versículos están obstruidos con materia mineral, la roca será satisfactoria.

Esta categoría de rocas fuertes incluye también gneises, esquistos, filitas, pizarras y cuarcitas en estado fresco. Estas rocas tienen una gran resistencia para soportar grandes cargas, pero es necesario determinar si existen o no zonas estructurales a lo largo de las cuales se produce una percolación excesiva.

Pueden existir fallas y zonas de cizallamiento y la ruptura de la fractura a menudo localizada en zonas delgadas puede requerir atención especial. Las superficies frescas de estas rocas también se unen bien con el concreto sin necesidad de ningún tratamiento especial, excepto la limpieza.

Los conglomerados, brechas y areniscas también pueden incluirse en esta categoría sujeto al grado y carácter de la cementación. En estas rocas los agentes cementantes comunes son: calcita, sílice, óxido de hierro y plásticos finos. Si las rocas se cementan completamente con cuarzo, calcita u otro cemento mineral o con cemento clástico completamente endurecido, tendrán una buena capacidad de carga contra cargas pesadas.

Cuando las rocas se cementan con sedimento clástico fino, arcilla, barro, se debe tener mucho cuidado para determinar si pueden ablandarse o no al contacto prolongado con agua bajo presión.

Si estas rocas solo están parcialmente cementadas con calcita sobre sílice, pueden tener una resistencia de apoyo adecuada, pero pueden no ser adecuadas, ya que pueden ser objetablemente permeables. Se debe prestar buena atención a las capas o costuras de chavales o arcillosas en estas grietas, ya que es probable que se produzcan resbalones a lo largo de ellas.

Rocas cavernosas:

Dos tipos de rocas son altamente permeables debido a la presencia de aberturas cavernosas. Se trata de rocas carbonatadas y lavas vesiculares o escorosas. Calizas, dolomitas y sus equivalentes metamórficos, los mármoles son las únicas rocas comunes que se disuelven excesivamente por el agua subterránea. Estructuras cavernosas y canales de solución que permiten una fácil circulación de agua están presentes en estas rocas carbonatadas. Si se descuida la presencia de dichas aberturas en las rocas, se pueden producir daños muy costosos.

Las lavas escorosas también se incluyen con rocas cavernosas, aunque las aberturas cavernosas no son grandes, pero las rocas a menudo son altamente permeables. Es necesario verificar los contactos superiores e inferiores de los flujos de lava, ya que además de las cavidades de vesiculación (comúnmente localizadas en las partes superiores de los flujos), es probable que existan cavidades irregulares en los contactos de dos flujos en el contacto basal de lava. presente.

Sedimentos de cama delgada:

En la mayoría de los lugares los lechos sedimentarios presentan variaciones en secciones verticales. Las lutitas, las areniscas y las calizas a menudo se encuentran intercaladas en una sucesión de lechos delgados. La mayoría de las camas individuales pueden tener un grosor de menos de 25 mm a unos pocos milímetros más. Se debe tener cuidado para determinar las características de la cama, especialmente en remojo prolongado.

Las capas de textura gruesa y la piedra caliza permiten que el agua penetre. Aunque puede haber suficiente resistencia en los cojinetes, existe el temor de un posible deslizamiento a lo largo de los planos de la cama o en las juntas causadas por el empuje de la presa. Las posibles caras de deslizamiento son las capas débiles de arcilla o arcillosa.

Las rocas débiles:

Las tobas volcánicas y las piedras de arcilla se clasifican en este grupo. Dichas rocas arcillosas con planos de separación muy espaciados paralelos a la cama se llaman esquistos. Estos son de dos tipos, los formados consolidados por compactación bajo carga sin cementación y los tipos cementados, que además de la compactación también se han cementado.

En estado seco las rocas consolidadas por compactación tienen buena resistencia. Sin embargo, después de remojar muchos de estos pierden su fuerza. Las lutitas cementadas tienen una mayor resistencia de apoyo que las lutitas de compactación. Muchos son relativamente elásticos pero son débiles en resistencia al corte.

Se debe tomar precaución al colocar concreto en lechos de compactación para evitar que se seque la superficie preparada. Se debe permitir que pase el menor tiempo posible desde el momento de la preparación hasta el momento de verter el concreto.

Si esto no se hace, la capa de superficie parcialmente seca es capaz de formar un fango en la base del concreto. En lo que respecta a las lutitas cementadas, sus superficies no necesitan ninguna preparación especial, excepto la eliminación de material degradado o descompuesto.

Roca no consolidada:

Las presas a menudo se construyen sobre material no consolidado. La grava y la arena gruesa tienen una buena resistencia al rodamiento, aunque son permeables. La mayoría de las planicies de inundación tienen depósitos de limo que están empaquetados de manera suelta y, por lo tanto, es posible que se deban hacer suficientes provisiones para el drenaje para evitar la deformación plástica. La mayoría de las lutitas son compactables.

Si no se permite que el agua se escape rápidamente durante la carga y la compactación, tiene que soportar parte del estrés y, en tal acción, puede afectar la estabilidad de la base. Los sedimentos y las arenas finas de la deposición fluvial presentan problemas difíciles en los cimientos. Las arcillas son muy plásticas constituyendo bases peligrosas.

En situaciones en las que el material subyacente es altamente permeable, entonces se pueden proporcionar tablestacas u otros dispositivos junto con un delantal impermeable provisto corriente arriba. Estos dispositivos tienen el propósito de aumentar la distancia que tiene el agua para pasar a través del material permeable debajo de la presa con su velocidad reducida.

Percolación debajo de la presa:

La percolación debajo de una presa es una fuente de fugas del reservorio y también una posible causa de presión hacia arriba en la base de la estructura. La cantidad de percolación debajo de una presa se rige por la naturaleza permeable o impermeable de la roca de cimentación.

Cuando las rocas de la cimentación son permeables, puede ser posible disminuir la percolación en gran medida al aumentar la longitud del recorrido del agua de percolación tanto como sea posible, minimizando así el gradiente hidráulico entre las caras aguas arriba y aguas abajo de la presa. Esto se puede lograr construyendo a lo largo de la base una trinchera cortada, llena de material impermeable a una profundidad diseñada y situada cerca de la cara aguas arriba de la presa.

Por esta disposición, la trayectoria de percolación se desvía hacia abajo y aumenta en longitud debido a la barrera impermeable. La relación entre la profundidad del agua en el reservorio (en la cara aguas arriba de la presa) y la longitud de la percolación se toma en algún valor entre 1: 5 y 1:20, dependiendo de la naturaleza de las rocas en el sitio. se utiliza un valor más alto para los sedimentos de grano fino que para los gruesos.

Otro método es proporcionar una acumulación de hojas de corte o una zona vertical de roca enlechada. El último método es útil en el caso de rocas unidas como el granito. El cemento líquido se bombea a presión bajo los orificios perforados en la cimentación.

En situaciones en las que se construye una presa sobre sedimentos porosos, se puede construir una plataforma horizontal de concreto que se extiende a cierta distancia río arriba y río abajo de la presa. Este dispositivo también tiene el efecto de aumentar la longitud de la trayectoria de percolación debajo de la estructura.

Si las rocas de abajo tienen uniones y planos de cama con aberturas, el agua que ingresa ejercerá una presión hacia arriba sobre la base de la estructura. Dicha presión puede aliviarse construyendo en la base de los drenajes de la presa que transportan el agua hacia arriba y hacia afuera a través de la cara corriente abajo. Los desagües generalmente se colocan cerca de la superficie del agua y se pueden proporcionar pasajes de inspección a lo largo de la presa. Las pruebas han demostrado que la presión de elevación se reduce en gran medida por este método.

Aliviaderos y Prevención de la Suciedad:

Es importante que se provea una provisión adecuada para descargar las aguas de la inundación al proporcionar vertederos. La falta de tal provisión puede resultar en la falla de la presa. La acción de limpieza de las aguas de inundación que pasan por el aliviadero de una presa se debe considerar mediante la provisión de un delantal de concreto en el dedo del pie. Esto se hace para evitar la remoción de roca de las paredes y pisos del valle aguas abajo debido a una descarga fuerte.