UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO BOLÍVAR ESCUELA CIENCIAS DE LA TIERRA T IERRA DEPARTAMENTO DE GEOTECNIA DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
CORTINAS DE INYECCIÓN
PROFESOR(a): Sección 04
BACHILLER:
Dafnis José Echeverria Diaz
Secc: 01
Ciudad Bolívar julio del 2010
Vargas Arquímedes CI N°. 19708674
INDICE INTRODUCCION ..............................................................................................................3 CORTINAS DE INYECCIÓN............................................................................................ 4 Definicion:...................................................................................................................... 4 Profundidad de la cortina de inyeccion. ...........................................................................4 Caracteristicas de la mezcla de inyeccion ........................................................................ 4 Presiones de inyección. ................................................................................................... 6 Disposicion de los taladros para formar la pantalla de inyeccion ..................................... 8 Comportamiento de la inyecciones en diaclasas, roca fracturada meteorizada y en suelo permeable. .................................................................................................................... 10 Respuestas de inyeccion................................................................................................ 12 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA .................................................................................. 14
INTRODUCCION La inyección consiste en hacer penetrar, a presión, una materia fluida en un terreno o en una fábrica de obra con el fin de consoli¬dar, estabilizar o impermeabilizar. Dicha penetración se practica a través de orificios perforados o moldeados en la masa a inyectar. La técnica de las inyecciones, como especialización dentro del campo de la construcción, ha tenido en los últimos tiempos un'cre¬cimiento constante. Se han perfeccionado sus métodos e ideado otros nuevos; se han ampliado sus campos de aplicación, siendo uno de ellos, muy importante, el papel que juegan en contrarrestar los síntomas de envejecimiento de las presas (en las construidas a principios de siglo ya se han manifestado) ; se ha estudiado con detalle la resistencia de los diversos materiales de inyección, pues en los pantanos el agua embalsada contiene casi siempre pocos minerales, y ello hace que cantidades relativamente pequeñas de ácido carbónico, que aquélla disuelve, le comuniquen agresividad, con el peligro que supone el ataque continuo. La técnica de las inyecciones no tiene un grado elevado de normalización en comparación con otros sistemas de construcción, y no lo puede tener por el número grande de variables que en ella intervienen, que obliga a estudiar minuciosamente cada caso y adoptar los materiales y emplear los métodos y sistemas más adecuados. Ello exige una gran experiencia individual en el director del trabajo para elegir el procedimiento, conjugando eficacia y economía en sus justas proporciones. En éste, como en casi todos los problemas de ingeniería, juega un papel importante la Geología.El poco conocimiento y hasta menosprecio, en algunos casos, de esta ciencia por parte de numerosos ingenieros es el origen de reso-luciones antieconómicas y de muchos fracasos, a veces catastróficos por las pérdidas irreparables que ocasionan. A continuacion se dara un resumen de los metodos y tecnicas de plicacion de las cortinas de inyeccion.
CORTINAS DE INYECCIÓN Definicion: La cortina de inyección es una obra civil que tiene como objetivo garantizar la estanqueidad de las aguas embalsadas por la construcción de una presa.
Profundidad de la cortina de inyeccion. En cuanto a profundidades de los taladros para inyecciones, debe procurarse que aquéllos arraiguen en capa impermeable o, en su defecto, en capa de poca permeabilidad, y cuando éstas no se encuentran a profundidades aceptables, deben fijarse las longitudes de los taladros en función de la permeabilidad del terreno, de la altura del embalse, del coeficiente de subpresión adoptado o, dicho de otro modo, de los taludes de los paramentos de la presa (cuando se trata de estas obras). En algunas presas americanas se ha utilizado la fórmula:
siendo d, la profundidad del taladro; h, la altura de la presa, y C es una constante que varía entre 8 m. y 23 m. (si d y h se expresan en metros). Resulta imprecisa y, según la disposición y naturaleza del terreno, puede ser optimista o pesimista.
Caracteristicas de la mezcla de inyeccion Las mezclas empleadas que pueden emplearse en las inyecciones se pueden establecer los grupos principales siguientes: 1. Soluciones. 2, Emulsiones. 3. Pastas, y 4.Suspensiones. 1.
Soluciones. En este grupo están comprendidas las inyecciones que se basan
en la aplicación de solución de silicatos, especialmente vidrio soluble. El fundamento de este procedimiento es la formación del gel de ácido silícico, que se origina por unión de la solución de silicato con vidrio soluble.
Las fisuras y oquedades capilares se colmatan con el gel de ácido silícico. Primitivamente había que emplear dos soluciones químicas, inyectándolas separadamente, para obtener el gel. Hoy se hace mediante la inyección de una sola solución de vidrio soluble inestable. El método está indicado en terrenos arenosos, a los que se consigue consolidar mediante la silicatación. Hay otro procedimiento que consiste en emplear una solución de silicato sódico y sulfato de aluminio, que se utiliza como inyección previa a la de lechada de cemento, con objeto de facilitar la penetración de la suspensión de cemento. Deben emplearse, en este caso, cementos no atacables por los sulfatos. 2.
Emulsiones. Se incluye en este grupo el procedimiento de emplear betunes.
Se les añade un estabilizador y se deslíen en agua, consiguiéndose una emulsión extremadamente fluida, con partículas de diámetro de 1 a 2 micras, lo que les permite su penetración en suelos de estructura de grano muy fino y en pequeñísimas oquedades y fisuras. Al añadir coaguladores apropiados se provoca la formación de copos en un cierto margen de tiempo y se consigue la colmatación del suelo inyectado. 3.
Pastas. En este grupo no se utiliza, como en los restantes, el agua en gran
proporción, como elemento de transporte de la substancia que debe producir la consolidación o impermeabilización del terreno en un cierto tiempo. Pertenecen a este grupo las pastas de cemento con o sin substan-cias de relleno como polvo de roca, tras y además mortero de cemen¬to y betún líquido. 4. Suspensiones. Pertenece a este grupo el empleo del material más usado y más eficaz, consistente en utilizar cemento, bien solo o bien mezclado con otros productos, y siempre con la adición de agua para formar la suspensión. Estos productos suelen ser: arenas, arcillas, limos, bentonitas, serrín, pasta de madera, puzolanas, escorias, aceleradores de fraguado, aireantes, etc., bien añadido solo al
cemento, o bien combinando más de un elemento. Cuando existen cavidades o grietas importantes se rellenan previamente con gravilla y luego se inyecta el mortero, y cuando aquéllas son grandes, incluso se puede inyectar hormigón con bombas especiales. En ocasiones la mezcla puede formarse sin el empleo del cemento.
Presiones de inyección. Respecto a las presiones de inyección, generalmente se recomienda que la presion de inyeccion sea el doble de la carga maxima del embalse aunque no deben establecerse unas reglas fijas, pues intervienen muchos factores en su elección. En primer lugar, como siempre, hay que tener muy en cuenta la naturaleza y características del terreno. También influye mucho el sistema de inyección, por etapas o a toda profundidad; el lugar del cierre, en la boca o a profundidad; la existencia de más o menos volumen de obra ya realizada; la consistencia del mortero a inyectar; el grado de permeabilidad del taladro; la presión hidrostática a que se someterá el terreno cuando se trata de impermeabilizarle con vistas a la construcción de un embalse, etc. Cuando se trate de inyecciones para consolidar rocas, se recomiendan presiones altas. La inyección, para poder considerarse eficaz, debe terminarse con presión creciente. El profesor francés LuGEON, que en los primeros años de la década 1930-1940 estableció los fundamentos de las técnicas de inyección, recomendaba el empleo de bombas capaces de producir presiones de más de 50 Kg./cm.2, que en aquel tiempo eran una novedad. En ocasiones se han empleado grandes presiones; así, en Italia, en la presa bóveda de Santa Giustina, de 152,50 m. de altura, se consolidaron los estribos con inyecciones a presión de 70 atmósferas, mediante taladros de 43 m. de profundidad media. El terreno estaba constituido por dolomías estratificadas horizontalmente. También en Alemania es corriente llegar a presiones del orden de 60 atmósferas, y en América, en la presa de Hoover, también se alcanzaron las 70 atmósferas. En las presas de gravedad conviene, en principio, llegar a presiones dobles que la carga hidrostática a que va a estar sometido.
el terreno en la cimentación, para lo cual interesa terminar las inyecciones cuando el hormigón ha llegado a la coronación, pues su peso específico de 2,2 ó 2,3 permite el empleo de aquellas presiones sin peligro. En este caso es muy interesante efectuar las inyecciones desde las galerías inferiores de la presa, a las que conviene dar importancia de elementos fundamentales de la obra, no supeditándolas ni suprimiéndolas ante otros elementos, por importantes que éstos sean.
En la figura 1 de Engineering for dams, vol. I, de CREAGER, la guía aproximada de presiones de inyección. No se deben dar reglas generales, como la que fija la presión en función de la profundidad del punto de inyección (en Europa se ha usado una regla empírica que fija que la presión máxima no debe exceder de 1 Kg./cm.2 por metro de profundidad, y el Corp s, en las inyecciones por etapas, aconseja, a veces, que la presión en libras por pulgada cuadrada no debe ser mayor que la profundidad en pies hasta el punto de inyección, equivalente a 2,3 Kg./cm.2 cada 1 m. de profundidad, aunque en América se han usado otras reglas más conservadoras que en Europa), pues deben tenerse presentes las características físicas del terreno.
Aunque ya se han hecho estudios sobre el comportamiento de los terrenos rocosos en obras subterráneas, determinando desplazamientos de alineaciones de túneles durante y después del proceso de inyección, y determinando, asimismo, las tensiones, hay que completar y perfeccionar estos ensayos y estudios para conocer el comportamiento de las rocas durante las operaciones de inyección y para determinar las variaciones del coe f iciente d e el asticidad de la roca con las inyecciones.
Disposicion de los taladros para formar la pantalla de inyeccion La disposición en planta de la pantalla se elige a la vista del reconocimiento geológico, de forma que arraigue, a ser posible, en terreno impermeable, tanto lateralmente como en profundidad; cuan¬do ello no es factible, hay que disponerla de forma que proporcione a las filtraciones un recorrido suficientemente largo para que la pér¬dida de carga reduzca las velocidades y los caudales a cantidades no peligrosas, esto es, evitando la producción de arrastres y limitando los caudales de filtración, que en algunos casos pueden, además, ori¬ginar disoluciones o ataque químico y, como consecuencia de todo, aumento progresivo de dichos caudales. La mayor parte de las pantallas de inyecciones realizadas en América por el "Corps of Engineers" se han efectuado disponiendo una sola fila de taladros. En España, la Jefatura de Sondeos, generalmente, dispone dos filas de taladros colocados a tresbolillo y a distancias que se deter¬minan con arreglo al resultado de las pruebas de permeabilidad reali¬zadas en el estudio previo. La distancia entre taladros de cada fila suele ser de 3 a 6 m., y la separación entre filas extremas, de 2,50 a 5,50 m., respectivamente. Los taladros de comprobación en fila intermedia pueden ha¬cerse cada 12 a 15 m., aunque, generalmente, baste con una sepa¬ración mucho mayor si, como suele suceder, el resultado de las pruebas va siendo favorable. Cuando esto no ocurre, se inyecta por los taladros de la fila intermedia y alcanzando presiones máximas mayores que en las in-yecciones de las filas extremas, siendo, a pesar de ello, las admisio¬nes por metro de taladro inferiores a las de las filas exteriores si las inyecciones han sido bien efectuadas.
En los embalses pueden seguirse dos criterios: bien realizar la pantalla, al menos en su mayor parte, previamente a la construcción de la presa, o bien realizarla cuando ésta esté prácticamente terminada. En el primer caso puede realizarse la pantalla con la misma disposición en la zona de la obra y en las zonas de las laderas, es decir, disponiendo dos o tres filas de taladros en la forma indicada anteriormente; interesa entonces realizar la segunda o tercera fila, Según las circunstancias, en la zona de la obra cuando su fábrica haya alcanzado prácticamente su total altura, con objeto de poder llegar a mayores presiones máximas de inyección; estas inyecciones se practican desde el interior de galería dispuesta en la fábrica, a don¬de deben desembocar los conductos moldeados en la misma o reali zados por medio de sondeos si aquéllos no se dispusieron debidamente durante su construcción. En el segundo caso hay que conformarse con una sola fila de taladros en la zona de la presa, hechos desde la galería de la misma, o bien, si se quiere efectuar más de una fila, hay que perforar o dejar moldeados los conductos de inyección en toda la altura de la fábrica, disponer más galerías en diferentes planos verticales o efectuar tala¬dros inclinados desde la galería, los de una fila hacia aguas arriba y los de la otra fila hacia aguas abajo.
Fig. 2. Galería de inyección y drenaje para presas de hormigón En las presas americanas es frecuente realizar la pantalla desde galería con una sola fila y con taladros inclinados hacia aguas arriba, para separarlas de los drenes, que también se moldean y perforan (en el terreno) a partir de la galería en zona hacia aguas abajo de la inyección.
Comportamiento de la inyecciones en diaclasas, roca fracturada meteorizada y en suelo permeable. En las pantallas de impermeabilización es frecuente el caso de encontrarse con fallas o grandes grietas en el terreno, que obligan a un gasto excesivo de materiales de inyección, para taponarlas, por correr sus productos a grandes distancias. Para remediar ese gasto excesivo de materiales y el tiempo que se tarda en su inyección, en un trabajo de impermeabilización que tenemos en marcha nos proponemos efectuar unas pequeñas voladu¬ras, mediante explosivos colocados en el fondo de los taladros, pre¬viamente realizados a poca distancia de las grietas, en la disposición que se indica en los- croquis de la figura 18.
Con esas explosiones, efectuadas a diferentes alturas, tratamos de conseguir el taponamiento parcial de las grietas, no impermeable de momento, con productos procedentes del mismo terreno. Posterior-mente inyectaremos, para rellenar los huecos producidos, en el terreno por las explosiones y para consolidar e impermeabilizar los materiales gruesos con que han quedado parcialmente taponadas en la forma antedicha. Las inyecciones se ejecutarán utilizando los mismos taladros per-forados para colocar los explosivos, previamente reperforados en las zonas en las cuales se hayan obturado a consecuencia de las voladuras. Se completarán con otros taladros realizados después de dichas explosiones. En estos casos de grandes grietas o fallas es frecuente que la misma causa que las ha originado, haya también ocasionado una milonitización de la roca, lo cual es favorable para el grado de frag mentación que se consiga con la voladura en el terreno, que facilitará la posterior impermeabilización de sus materiales, contribuyendo al buen éxito de la operación. La clase de explosivo contribuirá, también, a obtener la fragmentación necesaria, y conviene elegirla adecuadamente. La idea original expuesta, habrá de perfeccionarse con los pri¬meros resultados que se vayan obteniendo, pues no conocemos trabajo análogo que proporcione experiencia sobre el caso.
Respuestas de inyeccion para esto se utiliza los llamados Contadores registradores de los caudales de inyección y de las presiones. Estos aparatos, ideados y empleados en Alemania desde el año 1950 (véanse nuestras publicaciones de mayo de 1953 y de marzo de 1959 en la Revista de Obras Públicas), han sido utilizados en las inyecciones que hemos efectuado en la presa de Peñarroya en el río Guadiana. Registran los caudales de la lechada absorbida por la inyección y las presiones utilizadas, en relación con el tiempo em¬pleado en la operación, y se tiene así un historial completo de la ope¬ración. La buena marcha de una inyección exige un riguroso control de las presiones y de las velocidades de absorción, las cuales ilustran al operario acerca del empleo de las lechadas más convenientes, en re¬lación con las admisiones del taladro en cada momento y le permiten regular su marcha, manipulando la bomba o las llaves de paso con conocimiento perfecto de sus resultados. Al examinarse los diagramas por el director de los trabajos, se enjuicia rápidamente la marcha de la inyección, viendo cómo ha tenido lugar la absorción, comprobando si las presiones han sido las adecuadas, examinando las variaciones de absorción que permiten de¬tectar la posible apertura de grietas o levantamientos del terreno, comprobando si la inyección se ha terminado como es debido, con las dosificaciones y presiones más convenientes, al caso y quedando cons¬tancia gráfica de no haberse sobrepasado las máximas presiones fija¬das según la índole de la inyección. El registro gráfico de la marcha de la operación (fig. 8) elimina posibles errores o negligencias del personal encargado de los partes y facilita extraordinariamente la labor de vigilancia y de dirección del trabajo, sobre todo para aplicar las dosificaciones más convenientes a la vista de los resultados que se van obteniendo.
Ejemplo de Gráfica de los caudales de inyección y de las presiones.
I
B BL
IOGRAFIA CONSULTADA
MANUEL VIDAL PARDAL. LA TECNICA DE LAS INYECCIONES Y SU APLICACIÓN A LOS EMBALSES. PUBLICACIONES DE OBRAS PUBLICAS. 1960 JUAREZ BADILLO. MECANICA DE SUELOS. VOLUMEN II ± MEXICO: LIMUSA,2008
