GEOLOGÍA y GEOTÉCNICA Las presas dependen de las condiciones geológicas del sitio, particularmente particularmente de la geología del lugar de su ubicación en un porcentaje mayor que las otras obras de ingeniería. De aquí se desprende que en el caso de grandes y medianas presas siempre es exigente que se efectúen estudios geológicos detallados
1. Elección de de los sitios sitios de las presas con investigaciones investigaciones superciales. superciales. 1.1 Condiciones topogr!cas" #orma del $alle %si es estrec&o, amplio, laderas sua$es, etc.'. (on las que dictan la primera elección del tipo de presa. )sto tiene que $er con el aspecto geomorfológico de la *ona y con el tipo de $alle %$alle tipo +u$ial, caón, etc.' a embalsar y los procesos erosi$os que dieron origen al $alle. 1.- Condiciones geológicas en las cimentaciones del dique y del $aso elacionadas con las condiciones de la naturale*a de la roca y dos rasgos característicos de esa roca" permeabilidad y porosidad. De esas dos características características depende de la cantidad de p/rdidas y la estabilidad del dique. 1.0 #actor económico ueda establecido por la disponibilidad de los materiales de construcción en la *ona de la obra.
!. Investiga Investigacion ciones es geológic geológicas as de supercie supercie -.-.1 )studios geomorfológicos" 2ara de!nir la forma del $aso %tipo caón, tipo +u$ial', las pendientes de las laderas del $alle, el anc&o alu$ial, detectar presencias de derrumbes o *onas potenciales de desli*amientos y desprendimiento de rocas, erosión actuante, presencia de in!ltraciones o manantiales. -.-.- )studios estratigr!cos" (e $a a describir todas las formaciones geológicas en la roca, características físicas, grado de meteori*ación, meteori*ación, etc. -.-.0 3eología estructural del rea" Comprende Comprende la descripción de las fallas geológicas, los sistemas de diaclasamiento, diaclasamiento, tomando en cuenta su dirección de bu*amiento y bu*amiento, describir el material de las fallas, el material que rellena los espacios de almacenamiento. De estas recomendaciones para el estudio geológico de las presas $amos a rescatar tres puntos críticos" 4 4 4
Ciment Cimentaci ación ón del del dique" dique" tipo tipo de roca roca,, grado grado de fract fractura uració ción. n. Las Las *ona *onas s de los los est estri ribo bos. s. Las lad ladera eras del del embals balse e.
". Elección de de los sitios sitios de las presas con investigaciones investigaciones su#terr$neas su#terr$neas ".1. Condiciones geológicas de la ci%entación
Dependen de las características geológicas, como el grosor de los estratos %soportan el peso de las presas', rocas sedimentarias, metamór!cas, estrati!cadas, su permeabilidad y su relación con las fallas geológicas. asgos geológicos de mayor atención" 4 5onas donde existen fallas. 4 5onas con notables sistemas de fracturas. 4 )spesor de la roca meteori*ada, ya que tiene poca resistencia para soportar cargas. 4 6ratar de descubrir si existen canales enterrados o ca$ernas de disolución. 4 7apas freticas poco profundas. Deben ser descubiertos antes que el proyecto sea ejecutado, ya que de lo contrarios representar serios problemas.
".!. Investigaciones su#terr$neas (e reali*an teniendo en cuenta que el buen resultado de una presa no sólo depende de su buena ubicación o del cuidado que ponga el proyectista en el diseo o el esmero que ponga el constructor, sino que en buen aparte tambi/n depende de la buena cimentación.
".!.1 Investigación Indirecta & '(todos Geo)*sicos 4 8/todo de efracción (ísmica )l m/todo de refracción sísmica &a dado muy buenos resultados, sobre todo para determinar canales de ríos enterrados, para poder determinar el espesor de la roca cuaternaria, la profundidad de la roca !rme. 6ambi/n se detectan contactos geológicos, fallas, etc. (e construyen las domocronas. La intersección de ellas pueden indicar discontinuidades" contactos o discordancias. 4 8/todo de esisti$idad )l/ctrica Los descubrimientos que se &acen mediante este m/todo son muy semejantes, sólo que se puede in$estigar a mayor profundidad. (e &a utili*ado para descubrir fallas enterradas en reas de glaciación. 6ambi/n nos permite determinar la profundidad de la roca !rme, así como descubrir capas permeables y porosas.
+E,+E-A CALLAACon el propósito de complementar la información de las exca$aciones y las pruebas in situ, se efectuaron prospecciones geofísicas por medio de sondajes el/ctricos $erticales. La interpretación de los sondajes nos permiten proyectar los estratos super!ciales identi!cados e inferir la profundidad de ubicación del maci*o rocoso, el mismo que se obser$a en la mayoría de las secciones a+orando en las partes altas con una cobertura mínima en buena parte de cada eje in$estigado. Las características de los &ori*ontes el/ctricos in$estigados se presentan en los registros de campo se incluyen en el 9nexo C, 3eotecnia, del :olumen ;:. Los resultados obtenidos se pueden organi*ar en cinco grupos, siendo /stos los siguientes" )l grupo 7< 1 es correlacionable a suelos super!ciales de origen alu$ional, glacial eólico.
)l grupo 7< - es correlacionable con formaciones de roca $olcnica. )l grupo 7< 0 es correlacionable con formaciones de roca !surada. )l grupo 7< = es correlacionable con formaciones de roca !surada muy permeable. )l grupo 7< > es correlacionable con formaciones con presencia de aguas con contenido de sales. )s de especial consideración los &ori*ontes el/ctricos de baja resisti$idad a profundidades mayores de 0? m y que en algunos casos mani!estan la posibilidad de discontinuidades y@o *onas de gran permeabilidadA esta situación singular exige un mayor ni$el de in$estigaciones %sondajes o perforaciones' en los estudios de factibilidad y de!niti$o con el propósito de con!rmar o descartar esta presunción, que se presenta desfa$orable al desarrollo del proyecto. 4
Criterios de las in$estigaciones subterrneas
B2or qu/ se justi!can los estudios geofísicos para las presas, sobre todo para las medianas y grandes presas (e justi!can porque nos permite reducir de forma notable el número de perforaciones diamantinas. 6eniendo los estudios geofísicos nos $an a indicar dónde &ay anomalías, para reali*ar perforaciones e indicar el moti$o de dic&as anomalías. BDe los dos m/todos, cul es el que &a dado mejores resultados Con el que mejores resultados se &a obtenido con ms seguridad y con!an*a es el m/todo sísmico de refracción.
".!.! Investigación /irecta0 ,er)oraciones /ia%antina bjeti$os de 2erforaciones Diamantinas 4 2ara con!rmar las de super!cie y las anomalías geofísicas. 4 2ara examinar núcleos y cilindros de roca, para determinar la calidad y características de la masa rocosa %fracturada, fallada, etc'. 4 )studiar las condiciones del agua subterrnea %Determinar napas freticas'. 4 btener núcleos de roca %para clasi!caciones petrogr!cas'. Bu/ otros usos se le pueden dar a los po*os y perforaciones 6ambi/n nos sir$e para &acer pruebas de permeabilidad en las rocas. , denominadas 2ruebas de Lugeon.
2. /escripciones so#re las )allas tectónicas y siste%as de diaclasas en el estudio de la ci%entación de una presa Comprende obtener los siguientes datos" 4 Dirección de bu*amiento y bu*amiento de las discontinuidades" #allas geológicas, diaclasas, contactos, discordancia, esquistosidad %en rocas metamór!cas''. 4 Continuidad" 9preciar el recorrido de la fractura.
4 )spesor y naturale*a del material de relleno de las discontinuidades" (i ser o no disuelto por el agua, para tomar medidas. 4 (eparación entre las diaclasas" cuanto ms distanciado, est menos afectado.
+E,+E-A CALLAA)structuralmente las masas rocosas de ambas formaciones fueron afectadas por estructuras geológicas menores como planos de estrati!cación concordantes, discordancias angulares, fracturas y grietas en forma aislada, las que se presentan mayormente en las rocas $olcnicas de la #ormación Earroso que a+ora aguas abajo. )n la #ormación Earroso se identi!caron tres sistemas principales y tres sistemas secundarios de discontinuidades y por su parte las grietas se dan en forma aislada y en dos sistemas principales.
3. ,er)oraciones en el e4e de las presas y en los estri#os (iempre en el $alle del río se sospec&a que pueda existir una falla, canal enterrado o cualquier otra anomalía. La profundidad de los sondeos depende de l as condiciones geológicas del $alle. Los especialistas aconsejan que las perforaciones en los estribos se &agan aproximadamente en profundidad &asta el fondo del río donde empie*a la roca sana, y las perforaciones que se ejecutan en el $alle sean aproximadamente igual a la altura de la presa. )sta teoría funciona muy bien para presas pequeas %&asta F? m'. 2ara presas muy altas %ms de -?? m' esta teoría puede resultar muy costosa, entonces se pone en juego la experiencia de acuerdo con los deseos del proyectista %por ejemplo, cuando se $a obser$ando que la roca a medida que profundi*a mejora en calidad o en condiciones o se mantiene fracturada'.
5. ,er%ea#ilidad y control de las ltraciones bjeti$o" Los ensayos de permeabilidad se ejecutan para conocer la permeabilidad del terreno y para esto existen dos m/todos" uno de ellos en el cual el agua entra a presión a los po*os y otro cuando entra por gra$edad. )nsayos de 2ermeabilidad" 4 )nsayo Lefranc" (e aplica para suelos y rocas muy fracturadas. 9&í el agua entra al po*o nada ms que por gra$edad.
4 )nsayo Lugeon" (e aplica para rocas medianas o poco fracturadas. 9quí el agua entra a presión y se &acen las pruebas normalmente a perforaciones cada > m.
La unidad de medida en la permeabilidad es el lugeon. )l lugeon se de!ne como la absorción de un litro por minuto de agua por metro de perforación a una presión de inyección de 1? Gg@cm-, aplicado durante 1? minutos. ¿Según el lugeon cuándo una roca es impermeable o permeable? 4 ? H 0 lugeones" oca impermeable. 4 0 lugeones" oca impermeable. Lugeon = 10-7 m/s
6. In7uencia de las caracter*sticas de las rocas en las presas Las presas pueden construirse en rocas ígneas, sedimentarias o metamór!cas. ;n+uencia de las ocas en 2resas
6.1 +ocas *gneas0
(on resistentes y no estn afectadas por fallas geológicas. 4 ocas intrusi$as" (on muy superiores a las $olcnicas para los !nes de cimentación de la presa, siempre y cuando no est/n meteori*adas son muy fuertes y tienen buena resistencia a la ci*alla %granito, granodiorita, etc.'. 4 ocas $olcnicas" Como los basaltos o derrames $olcnicos, presentan multitud de grietas, sobre todo los basaltos, porque se encuentran di$ididos en prismas $erticales que es consecuencia del enfriamiento rpido del magma. )stos basaltos son muy permeables y rocas poco apropiadas para los embalses y presentan problemas muy difíciles. Las ceni*as $olcnicas que muestran permeabilidad casi total.
6.! +ocas sedi%entarias0 4 9reniscas" La capacidad portante de las areniscas depende del material cementante. 7o ofrecen peligro sal$o que est/n intercaladas con arcillas que al &umedecerse pueden producir desli*amientos. 6ambi/n pueden crear problemas si es que estn fracturadas o si es que estn intercaladas por rocas que bu*an a fa$or de la pendiente. 4 Cali*as" 7o presentan problemas de disolución durante la $ida útil de la presa, pero si presentan oquedades de disolución que pueden dar lugar a peligrosas fallas. 6ambi/n pueden ser peligrosas cuando el bu*amiento est a fa$or del $alle y estn intercaladas por lutitas, que con llu$ias pueden producir desli*amiento. 4 Conglomerados" Dependen del material de la matri* y del material cementante. )n general son algo permeables y tienden a rellenar sus $acíos o &uecos con la arcilla que arrastra del agua. 4 ocas areniscas que contienen capas de yeso" )l yeso lo disuel$e rpido el agua, y por otro lado el yeso ataca tambi/n el concreto. )stas rocas que presentan yeso son inadecuadas como rocas de cimentación.
6." +ocas %eta%órcas0 4 3neises y cuarcitas" (on rocas excelentes para cimentaciones de presas siempre y cuando no est/n muy descompuestas o muy deformadas. 4 Los esquistos, pi*arras y !litas" 6ienen una característica común" la foliación. (on excelentes como rocas para los $asos del embalse. 4 8rmol" 2roducto de cali*a %de mineral calcita'. 6endr las mismas $entajas y des$entajas que las cali*as.
+E,+E-A CALLAALa característica litológica de la región est constituida en mayor proporción por rocas clsticas como areniscas, conglomerados, tufos y arcillas de la formación Capillune ubicadas en la *ona inferior, media y superior del $alleA en una menor proporción se identi!can rocas andesíticas, traquíticas y pór!do traquítico del :olcnico Earroso las cules se ubican en la *ona superior del $alle. La geología local de las unidades litoestratigr!cas que a+oran en las inmediaciones de las *onas de posible ubicación de los ejes de presa, estn constituidas mayoritariamente por rocas sedimentarias clsticas de la formación Capillune, seguido por rocas $olcnicas de la formación Earroso y en menor proporción por depósitos de sedimentos +u$ialesA /stos últimos ubicados a lo largo y fondo del $alle del río Calla*as.
8. ,ro#le%as geot(cnicos %$s )recuentes en los sitios de las presas 4 #iltraciones a tra$/s de la cimentación del dique o en las rocas del embalse. 4 )stabilidad de las laderas del embalse. 4 9cumulación de sedimentos por la corriente represada. 4 )n 2erú &ay dos presas que tienen el problema" 2resa de 2oec&os %ío C&ira, nace en )cuador', 2resa de (an Loren*o %ío uiro*'. 4 esistencia de la roca o suelo.
,+E-A CALLAA(e reali*ó la in$estigación de las I alternati$as de ejes de presa y sus correspondientes $ariantes, totali*ando 11 ejes de exploración geot/cnica que suman -- trinc&eras y >> calicatas efectuadas &asta una profundidad de -.?? m. Como parte de la in$estigación de campo se efectuaron pruebas in situ, &abi/ndose determinado las densidades de campo y permeabilidad, asimismo se reali*aron prospecciones geofísicas con sondajes el/ctricos $erticales. De las pruebas de permeabilidad se obser$a que la mayoría de los $alores oscilan entre 7J 1?4- y 1?40 cm@s, lo que indica la signi!cati$a permeabilidad que presentan los sedimentos super!cialesA esta característica de los materiales es una condición desfa$orable para el represamiento, debiendo ser eliminados de la base de impermeabili*ación en el eje de la presa. Las características de permeabilidad de estos materiales, por su composición predominantemente arenosa, pueden originar problemas de estabilidad en el caso de encontrarse en la condición de saturación como se produce al llenar el $aso de una presaA esta circunstancia induce a la posibilidad de mo$ili*ación, falla y arrastre del material con la consecuente deposición en el fondo del $aso de la presa.
9. In7uencia de la sis%icidad en la :ona de las presas (i las presas se $an a construir en *onas o reas que $an a estar sujetas a mo$imientos sísmicos o temblores, el proyectista debe tomar en cuenta el aumento de las cargas y de los esfuer*os. Los tipos de presas que mejor se adaptan para resistir las sacudidas de los terremotos sin perjudicarse muc&o son las presas de tierra %ms populares por su economía' y las de concreto tipo gra$edad.
1;.
-is%olog*a inducida por los e%#alses
Cuando son grandes presas y se $an a embalsar grandes cantidades de agua se $an a producir pequeas $ibraciones que $an a sentir los pueblos $ecinos. La sismología en los embalses son los cambios en la acti$idad sísmica de una *ona pro$ocados por el llenado de una presa. (e trata por lo tanto de un caso de sismicidad generada arti!cialmente. La capacidad para que se generen temblores de un embalse depende ms de la altura de la columna de agua %K' que de su cantidad. BCul es la altura mínima
La altura mínima para que se produ*ca sismicidad es F? m. )ste fenómeno para que se produ*ca requiere siempre de la existencia en el terreno de fallas o discontinuidades, cuyos estados de esfuer*o pueden ser afectados por la in+uencia del embalse %la presión del agua en el embalse'. B)l origen de esta sismicidad a qu/ se atribuye (e atribuye al incremento del esfuer*o elstico en el terreno y al aumento de la presión de poros producido por la compresión %la roca se $a a deformar elsticamente'.
+E,+E-A CALLAA(egún el mapa de *oni!cación sísmica, y de acuerdo a las 7ormas (ismo 4 esistente )4?0? del eglamento 7acional de Construcciones, a la localidad de Candara$e le corresponde una (ismicidad alta de intensidad media de :;; a ; en la )scala 8ercallí modi!cado. 2ara el estudio de la *ona se tienen los siguientes factores sísmicos.
C
ACTO+E- -I-'ICO>actores
+oca
ona Aluvial
Tu)os
5ona 0
5
?.=? g
Mso
M
1.0? H 1.>?
1.0? H 1.>?
1.0? 4 1.>?
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(
1.??
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1.-?
(ísmico
C
-.>? ?.=? seg.
?.I? seg.
2eriodo 2redominante
?.=? seg.
La distribución en la $ertical de los epicentros de los e$entos sísmicos registrados presentan una gran concentración de la ocurrencia de e$entos con epicentros &asta ->? Nm de profundidad, disminuyendo con mayores profundidades. La distribución en planta de los epicentros sísmicos ocurridos &asta el ao -??1, presentan la *ona de mayor acti$idad sísmica aparentemente coincidente con el eje de alineamientos a los $olcanes 6utupaca, Oucamane y 6acora y luego las *onas de fondo marino y los ligados al lago 6iticaca, y la *ona 9requipa H 2unoA este aspecto es de muc&a importancia, porque si bien no existe acti$idad $olcnica por emisiones de la$a, su acti$idad sísmica es continua. 9l anali*ar la distribución de los sismos de magnitudes mayores de = y menores a >, se obser$a la importante acti$idad sísmica en el rea circundante al proyecto, aspecto que indica la posibilidad de ocurrencia de un e$ento sísmico de tales magnitudes en el entorno del rea del estudio. 2arece ser que el principal factor de origen de los sismos mayores en la *ona del estudio es la acti$idad $olcnica.
11.
+esu%en de las investigaciones geológicas para una presa
4 La topografía dicta en gran parte la elección del tipo de presa. 4 La boquilla, cierre o garganta son los puntos de los $alles donde el per!l trans$ersal del río se estrec&a y pueden ser aptos para empla*ar las presas si las condiciones geológicas son fa$orables.
4 Los cierres o gargantas se relacionan con los tipos de $alles a saber, como por ejemplo" 4 :alles 6ipo Caón" estos $alles tambi/n se denominan tipo garganta, se forman normalmente cuando un río cru*a una cordillera, el río &a trabajado de forma $ertical. 4 :alle en : %)tapa ju$entud'" )stos $alles son típicos de usos +u$iales y cuyas laderas y pendientes dependen de la naturale*a de las rocas. (on frecuentes en los cursos medios de los ríos. 4 :alles en M %)rosión glaciar'" (o n producto de la erosión glaciar. (e suelen presentar en los tramos superiores de las cadenas montaosas, por encima de los 0P?? msnm, ya que la erosión glaciar &a sido ms intensa. 4 )mbalses o $aso" (on las reas situadas del $alle aguas arriba de la boquilla y que $an a cubrirse con las aguas. 4 Los $asos suelen ensanc&arse aguas arriba de la garganta. 4 Las $ertientes de falla deben ser estables cuando se llena el embalse. )ste requisito tambi/n es $lido para la *ona de los estribos. 4 La roca de la cimentación del dique debe ser en lo posible de un solo tipo geológico, para e$itar $ariaciones en el $alor del módulo de Ooung. 4 Las rocas del embalse deben ser resistentes a la solución, erosión o descomposición u otros efectos perjudiciales de la &umedad y secado, y a la acción del &ielo y los des&ielos.
