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EXPERIENCIA ARGENTINA EN EL DISEO Y CONSTRUCCIN DE PRESAS
CFRD
Oscar Elpidio NAVARRO Obras Hidrulicas y Presas de Embalse,
HISSA
ARGENTINA
1 INTRODUCCIN
Como es de conocimiento generalizado, la utilizacin de presas de
materiales sueltos, principalmente enrocados, impermeabilizadas en
la cara de aguas arriba con una losa de hormign (presa tipo CFRD),
constituye una solucin cuya utilizacin comenz en la primer parte
del siglo pasado encontrndose en la literatura universal diversos
antecedentes de daos significativos de la losa de aguas arriba,
provocados bsicamente por el asentamiento del material de apoyo de
la misma, por lo cual se disminuy la utilizacin porcentual de este
tipo de presas a fines de la dcada de 1940.
Los asentamientos se originaban, principalmente, en el proceso
de colocacin de los enrocados, los cuales eran volcados sin ningn
tipo de compactacin especial, siendo muy propensos a sufrir
deformaciones de importancia. Estas deformaciones, que en presas
con ncleo podan ser absorbidas por la deformacin de los materiales
sueltos, eran normalmente incompatibles con las losas de hormign,
generndose fisuras, roturas, y consecuentemente filtraciones de
cierta importancia.
En la poca mencionada se comenz con la utilizacin de las presas
impermeabilizadas con pantallas de concreto asflticos que cumplan
con la facilidad constructiva de las CFRD, adems de disponer de un
material de una gran deformabilidad, las cuales no alcanzaron una
difusin generalizada.
Con posterioridad a la primer etapa de las presas CFRD, ya
avanzada la segunda mitad del siglo veinte, la tecnologa de la
construccin incorpor al equipamiento disponible elementos que
permitan lograr buenas compactaciones en terraplenes y,
especialmente, en presas de enrocado, con lo cual se redujo
substancialmente la posibilidad de deformaciones de
importancia.
A partir de la dcada de 1970 se inicia una nueva etapa en el
desarrollo de las presas impermeabilizadas con losa de hormign,
incrementndose substancialmente la cantidad, importancia y magnitud
de las mismas, constituyndose en prcticamente todos los proyectos
una alternativa obligada del diseo con la cual comparar las
distintas soluciones seleccionadas.
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2 FRECUENCIA DE EJECUCIN DE LAS PRESAS CFRD
A partir de la situacin precedentemente sealada se ha dado un
substancial incremento porcentual de las presas CFRD en relacin al
universo de la totalidad de presas ejecutadas. Se considera
actualmente normal la ejecucin de presas del orden de 180 200 m en
zonas de muy alta sismicidad, e incluso se encuentra en
planificacin y construccin presas que llegan a prcticamente 280 m;
se han ejecutado asimismo losas de hasta 180.000 m2. Recientemente
se ha completado el llenado y verificado un adecuado comportamiento
de Shuibuya, en China, con 230 m de altura.
En la Repblica Argentina, el desarrollo de las presas CFRD
acompa a la experiencia mundial, an dentro del relativamente
reducido nmero de presas ejecutadas en nuestro pas.
Algunos nmeros resumen de la experiencia mundial muestran que en
el perodo que va desde 1980 al ao 2010, se produjo la mayor parte
del desarrollo de presas CFRD en el mundo donde la cantidad total
de proyectos finalizados es del orden de 300; aproximadamente un 50
% exclusivamente en China, y el resto distribuido alrededor del
mundo.
Un detalle de la cantidad de proyectos finalizados a lo largo
del tiempo, se muestra en el siguiente grfico.
020406080
100120140160180
Hasta 1930
1930-1940
1940-1950
1950-1960
1960-1970
1970-1980
1980-1990
1990-2000
2000-2010
Can
tidad
de
pr
esas
Perodos considerados
Presas CFRD terminadas en el mundo
Figura 1 Presas CFRD completadas
En tanto en Sudamrica en general, y en nuestro pas en
particular, la cantidad de presas ejecutadas, con distintos tipos
de solucin como con presas CFRD en particular, es ms reducida.
Por otra parte ha sido considerada la cantidad de presas
habilitadas en el mundo durante el mismo perodo, la cual se muestra
en la Figura 2.
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43%
48%
9%
Presas Finalizadas en el mundo
2000 - 2010
CFRD
RCC
OTRAS
Figura 2 Distribucin de presas finalizadas en el mundo 2000 -
2010
Puede apreciarse que an cuando no es la tipologa de presas mas
usualmente utilizada, que corresponde a las presas RCC, absorbe una
porcin muy importante de la cantidad de presas finalizadas.
La importante cantidad de presas CFRD ejecutadas debe ser tenida
en cuenta cuando se comentan en incidentes detectados en presas de
este tipo como pueden ser Campos Novos, Barra Grande y Mohale, que
representan un porcentaje relativamente bajo dentro del universo de
estructuras ejecutadas.
A los efectos de la experiencia local y regional, fueron
utilizadas inicialmente las conclusiones y recomendaciones
existentes en la bibliografa internacional y la asistencia de
conocidos especialistas, con la necesaria adaptacin a las
condiciones locales, situacin sta que debe ser revertida, ya que se
dispone en la actualidad de experiencias nacionales concretas que
sirven de antecedentes vlidos.
3 PRESAS CFRD CONSTRUIDAS EN ARGENTINA
Las presas CFRD que fueron construidas en nuestro pas pueden ser
divididas en dos etapas netamente diferenciadas. La primera de
ellas, con anterioridad a 1980, donde primaban los criterios de
principios de siglo, y con posterioridad a dicha fecha, donde se ha
comenzado a utilizar los ms modernos conceptos que comenzaron a
difundirse en el mundo.
3.1 PRIMERA ETAPA
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1.1.2 Zanjn Fras
Constituye uno de los primeros proyectos ejecutados con cara de
hormign y fue emplazada sobre el zanjn Fras, en la Provincia de
Mendoza.
Fue construida de materiales sueltos con un revestimiento de
hormign de 0,30 m de espesor sobre el talud aguas arriba y de
mampostera sobre el coronamiento y talud aguas abajo. Su altura
mxima era de 15.00 m y la principal funcin de la presa era el
control de los torrentes aluvionales que se generan en el pedemonte
de la cordillera de los andes.
Fig. 2 Presa Zanjn Fras luego de sobrepaso
En enero de 1970 se produjo la rotura de la presa por sobrepaso,
ante una importante tormenta y como consecuencia de dos aspectos:
por una parte la falta de un mantenimiento adecuado que impidi
disponer de la totalidad de la capacidad de evacuacin y por otra
que la avenida que produjo la rotura era de un perodo de
recurrencia de slo 10 aos.
Se produjeron 42 muertos y 60 desaparecidos. Quedaron 500
personas sin vivienda, 1000 automviles daados, 2 puentes destruidos
y una lnea de Alta Tensin afectada.
Constituye la mayor catstrofe generada en nuestro pas por la
rotura de una presa de embalse y el mejor ejemplo de la rigurosidad
que debe seguirse para el diseo, construccin y operacin de una
presa de embalse. La presa fue reconstruida en el ao 1973 con otro
proyecto.
3.1.1 El Chaar
Esta presa constituye el Dique Compensador de la Central
Planicie Banderita, sobre el Ro Neuqun, Provincia del Neuqun, con
una altura mxima de 16 m e importante longitud. Su principal
destino es el de regular el ro, compatibilizando las erogaciones de
la central hidroelctrica aguas arriba con los requerimientos de
riego ubicados aguas abajo.
En el momento de su diseo y ejecucin (1976-1978), an persista el
estigma de las posibilidades de rotura de la losa de aguas arriba,
como una consecuencia de importantes deformaciones, razn por la
cual se analiz la
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posibilidad de efectuar la impermeabilizacin del cuerpo de la
presa con una pantalla de concreto asfltico, confirmndose
finalmente la utilizacin de la losa de hormign.
Corresponde a una presa de gran longitud y reducida altura,
ejecutada en su parte frontal con una seccin zonificada y ncleo
central impermeable. Para la presa lateral, an de menor altura, se
prefiri la utilizacin de la solucin CFRD para evitar complicaciones
constructivas generadas por la ejecucin de una presa zonificada,
donde la colocacin de diferentes materiales en la parte superior de
la misma, es siempre dificultosa. Los trabajos, definidos sobre la
marcha de las obras, fueron ejecutados con equipos disponibles en
el Emplazamiento sin necesidad de incorporacin especial alguna.
EL CHAAR - Presa lateral
Gravas arenosas seleccionadas
Gravas seleccionadas > 3"Gravas arenosas
Dren
Diafragma de hormigon
Roca
Viga cabezal
Relleno de limo sin compactar
Nivel maximo 340,50m
Nivel freatico deprimido
Limo Limo
Canal de drenaje permanente
Losa de hormign e=25cm
Aluvin / Grava
2
1
343,52
21
Figura 3 Presa El Chaar
Por otra parte, la independencia secuencial de construccin de la
presa e impermeabilizacin de la fundacin permiti disponer de
ventajas programticas indispensables en este caso, por la necesidad
de compensar en fecha temprana los caudales de la central
hidroelctrica, ubicada aguas arriba y principal objetivo de las
obras. Su comportamiento ha sido excelente hasta el momento.
3.2 SEGUNDA ETAPA
Se inicia en el ao 1992 con el proyecto Pichi Picun Leufu (Ro
Negro Neuqun), posteriormente la presa de Nogol (San Luis), la
presa Potrerillos (Mendoza), Caracoles (San Juan) todas stas en
operacin. Actualmente se encuentran en ejecucin en nuestro pas las
presas de Punta Negra (San Juan) y San Francisco (San Luis) con
similar solucin.
3.2.1 Pichi Picun Leufu
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Pichi Picun Leufu es un Aprovechamiento Hidroelctrico sobre el
ro Limay, entre las provincias de Neuqun y Ro Negro, con un salto
til de 21 m y una altura mxima sobre la roca de fundacin de 54 m.
Su equipamiento de generacin est constituido por tres turbinas
Kaplan de 90 MW cada una, una energa media anual de 1080 GWh y un
vertedero con capacidad para erogar hasta 10.500 m3/s. La longitud
total sobre el coronamiento es de 1400 m aproximadamente.
El proyecto original de la presa contemplaba un diseo
tradicional de gravas con un ncleo impermeable, pero debido a la
potencial dispersividad de las arcillas disponibles, que hubiera
requerido un muy estricto control de los filtros utilizados, se
decidi modificar el diseo, adoptando una presa homognea de gravas
con un paramento impermeable de hormign, limitando el uso de
materiales naturales a aquellos muy confiables como las gravas
arenosas disponibles en el lugar.
Gravas arenosas(esp. capas 0,5 m)
Gravas seleccionadas
Losa de hormigon e=35 cm
Gravas arenosas(esp. capas 1,0 m)
PICHI PICUN LEUFU
Gravas mayores a 3"
Limos naturales
Aluvion/Gravas
ROCA
Plinto
Nivel maximo 480,20482,70
Figura 5 Presa Pichi Picun Leufu
La posterior necesidad de ejecutar la obra en dos etapas permiti
verificar el adecuado comportamiento de la primer parte de la presa
durante el tiempo en que estuvieron detenidos los trabajos, as como
se lograron importantes ventajas programticas para alcanzar la
habilitacin final del Proyecto.
De esta forma se dise y construy la primera experiencia del
perodo moderno de CFRD en la Repblica Argentina que fue puesto en
servicio en el ao 1999 y hasta el momento presenta un excelente
comportamiento.
3.2.2 Potrerillos
Potrerillos es un aprovechamiento multipropsito ubicado sobre el
Ro Mendoza en la Provincia de Mendoza, destinada a la produccin de
hidroelectricidad y al almacenaje de agua para riego. La Presa
tiene unos 116 m
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de altura y alimenta a las centrales de Cacheuta y Alvarez
Condarco, con una potencia instalada de total de 170,8 MW.
Este proyecto fue estudiado en diversas oportunidades a lo largo
del siglo veinte, plantendose distintas alternativas de presa,
siendo la ms desarrollada, previo a la etapa definitiva, la de una
presa con ncleo.
Posteriormente cuando se defini su ejecucin, fue adoptada una
presa CFRD, considerando la posibilidad de reducir en forma
importante el volumen de los materiales a colocar, an cuando la
ubicacin de la Presa se encuentra en una zona de importante
sismicidad.
POTRERILLOS
Cordones de drenaje Filtro anticontaminante
Gravas mayores a 3"
Gravas arenosas seleccionadas
Gravas arenosas
Gravas arenosas
ROCA
DrenLosa de hormign e=35 a 60cm
Variable
Muro Colado
Gravas - Aluvin
Nivel mximo 1381,80
Limos Naturales
Figura 7 Presa Pichi Picun Leufu
La presa se comenz a embalsar en el ao 2002 y se encuentra
funcionando sin inconveniente alguno.
3.2.3 Nogol
Esta presa se construy sobre el Ro del Molle - Nogol en la
Provincia de San Luis, con la principal finalidad de almacenar agua
eficientizando su utilizacin para consumo humano y de riego en una
zona de escasas precipitaciones anuales. Tiene una altura mxima de
50 m.
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Figura 8 Presa Nogol
El llenado se produjo en el ao 1999 y si bien inicialmente la
presa present filtraciones de importancia, posiblemente originadas,
entre otras cosas, en un llenado apresurado, fueron adoptadas
soluciones correctivas para mejorar esta situacin.
Luego de las soluciones adoptadas en la obra, la presa se volvi
a llenar, verificndose un comportamiento adecuado.
3.2.4 Los Caracoles
Los Caracoles es un Aprovechamiento Hidroelctrico construido
sobre el Ro San Juan, aguas arriba de Ullum, provincia de San Juan,
que tiene como principal objetivo la generacin de energa
hidroelctrica, as como contribuir a la regulacin del ro.
La altura mxima es de unos 160 m., la potencia instalada es de
63 MW y la energa media generada es de 705 GWh al ao.
Figura 9 Presa Los Caracoles
Si bien inicialmente haba sido considerada la adopcin de una
presa con ncleo, posteriores estudios dieron lugar a la presa CFRD,
contando con gran parte de las ventajas sealadas para
Potrerillos.
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El llenado de la presa se produjo en el ao 2008 y actualmente se
encuentra en operacin normal.
En general, las distintas presas que se han construido en la
Repblica Argentina, muestra que los diseos CFRD han sido adoptados
luego de sucesivas etapas de diseo y proyecto, donde otras
alternativas de solucin de presas se consideraron inicialmente ms
convenientes.
De los distintos casos de presas construidas en nuestro pas,
surgen las principales razones que han llevado a diferentes
Proyectistas en diferentes oportunidades a adoptar soluciones CFRD;
estas razones corresponden a algunas ventajas aportadas por este
tipo de presas, en relacin con otras de materiales sueltos:
Simplicidad constructiva y reducida necesidad de equipos
especiales. Posibilidad de obtener ventajas programticas al
independizar la
construccin del cuerpo de la presa del cierre estanco. Amplia
posibilidad de utilizar los materiales naturales disponibles,
con
adecuadas graduaciones de los mismos. Posibilidad de reducir los
volmenes de material de relleno. Excelente comportamiento, en
general, de las presas construidas en
la ltima etapa. Buen comportamiento frente a cargas dinmicas
derivadas de
acciones ssmicas.
Con relacin a este ltimo aspecto, el comportamiento de las
presas frente a las acciones ssmicas, cabe mencionar que las ltimas
presas construidas, Potrerillos y Caracoles se ubican en zonas de
importante acciones ssmicas previstas, con valores mximos de
aceleracin horizontal que llegan a 1,02 g. Este aspecto, si bien ha
sido determinante en las soluciones adoptadas (juntas, drenes,
instrumentacin, etc.) no ha motivado un incremento apreciable de
los taludes, y consecuentemente su costo, de las presas.
Un resumen de las principales caractersticas de las presas
construidas, se incluye en la tabla siguiente:
PRESA Provincia Altura mxima
(m) Longitud
cresta (m)
Taludes (aguas arriba/ abajo)
Superficie pantalla
(m2) Inicio
operacin (aos)
El Chaar Neuqun 16 2150 2/1;2/1 43.000 1979
Pichi Picun Leufu
Neuqun Ro Negro
54 1000 1,5/1;1,5/1 45.000 1999
Nogol San Luis 50 370 1,5/1;1,8/1 24.000 2001
Potrerillos Mendoza 116 480 1,4/1;1,4/1 66.000 2002 Caracoles
San Juan 160 620 1,5/1;1,7/1 77.000 2007
Tabla 1 Presas CFRD operando en Argentina
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4 DESARROLLO FUTURO DE PRESAS CFRD
Dentro del conjunto de proyectos vigentes en Argentina, incluso
algunos que estn en proceso de inicio de ejecucin, existe una
cantidad de cierta importancia previstos con soluciones CFRD,
atendiendo a los buenos resultados obtenidos en aquellos proyectos
ya construidos.
Por otra parte, existe otro conjunto de proyectos, ejecutados un
cierto tiempo atrs, sobre los cuales se justifica una revisin, a
los efectos de evaluar la conveniencia de mantener la solucin
prevista a los efectos de considerar si este tipo de presa no
resulta ms conveniente.
Dentro del conjunto de presas ya definidas con solucin CFRD, se
incluyen las siguientes:
PRESA Provincia Altura mxima (m)
Punta Negra San Juan 80 (en ejecucin)
San Francisco San Luis 45 (en ejecucin)
Chihuido I Neuqun 105
Condor Cliff Santa Cruz 76
La Barrancosa Santa Cruz 44
Los Blancos Mendoza 135
Los Tordillos Mendoza 48
La Estrechura Mendoza 131
Cuesta Blanca Crdoba 80 Pira Guaz 2 Misiones 73
Tabla 2 Proyectos CFRD a ejecutar en Argentina
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5 PARTICULARIDADES DE LAS PRESAS CFRD EN ARGENTINA
Dentro de las presas CFRD ejecutadas en nuestro pas, pueden ser
sealadas algunas particularidades en cuanto a su diseo y ejecucin,
que marcan algunas diferencias relativas con relacin a la mayora de
las obras ejecutados en otros lugares.
5.1 MATERIALES DE CONSTRUCCIN
Tal como su original nombre lo indicaba las presas CFRD se han
ejecutado normalmente con enrocados que constituyen el cuerpo de
las mismas.
En nuestro pas, la mayor parte de las presas ejecutadas, e
incluso aquellas que se prevn desarrollar, han utilizado, o
consideran la utilizacin, como material principal de construccin
gravas arenosas, provenientes de arrastre fluviales, las cuales
presentaron dimetros mximos del orden de 6 en Pichi Picun Leufu o
20 en Caracoles o Punta Negra.
Estos materiales constituyen un excelente material de
construccin atendiendo a que permite una adecuada compactacin con
los equipos normales de construccin, acompaado de un buen
humedecimiento, que en definitiva se traducen en asentamientos
finales reducidos.
Por contraposicin, aquellas presas ejecutadas con enrocados son
ms susceptibles a mostrar asentamientos importantes atendiendo la
particularidades de las formas de los bloques utilizados y al
deterioro del contacto entre los mismos a lo largo de su vida
til.
De acuerdo a la informacin bibliogrfica existente los mdulos de
deformacin verticales varan de 200 a 400 MPa para las gravas, a
valores 40 a 100 MPa para enrocados, lo cual es indicativo de las
diferencias de deformacin registradas.
No obstante lo sealado, es un principio universalmente aceptado
que la construccin de una presa CFRD debe ser ejecutada con los
materiales que localmente se dispongan, independientemente de sus
caractersticas particulares, atendiendo a que siempre es posible
optimizar el uso de los mismos, respetando los principios generales
para su distribucin y colocacin que requieren:
que la permeabilidad se incremente en el sentido del flujo
(desde aguas arriba hacia aguas abajo), de forma que cualquier
filtracin que se produzca sea abatida y sature la menor porcin
posible del terrapln, mejorando el comportamiento frente a cargas
estticas y dinmicas.
que el mdulo de deformacin de los rellenos disminuya en el
sentido del flujo, logrando que las capas donde se apoya la
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pantalla presenten la menor deformacin relativa, reduciendo las
posibilidades de asentamientos de la misma y por lo tanto las
probabilidades de fisuras, rotura de juntas, etc.
Se concluye en que resulta una buena oportunidad para el
comportamiento de las presas CFRD que se ejecuten en nuestro pas la
disponibilidad de este tipo de materiales.
5.2 CIERRE DE ESTANQUEIDAD EN FUNDACIN
Normalmente el cierre de estanqueidad de las presas CFRD se
obtiene a travs del plinto, que se apoya en una roca de adecuada
estanqueidad y recibe las losas de la cara de hormign.
La adecuada inyeccin de la roca de fundacin, a travs de un
tratamiento de impermeabilizacin y consolidacin bajo el plinto,
brinda un adecuado cierre de estanqueidad a la presa.
Existen algunos casos en donde la profundidad del nivel rocoso
est varios metros por debajo del nivel de la superficie, no
resultando factible alcanzar en trminos programticos y econmicos
aceptables, dicho estrato. En este caso, el cierre se obtiene a
travs de muros colados que, excavados en aluvin, brindan la
estanqueidad necesaria.
Con la excepcin de Pichi Picun Leufu, donde el plinto ha sido
prcticamente apoyado sobre la totalidad de su recorrido sobre roca,
en las restantes obras ha sido necesario utilizar una estructura
intermediaria en la parte ms profunda del valle, donde no se pudo
llegar, en trminos econmicamente razonables, con la excavacin al
nivel de roca.
Casualmente las dos principales presas CFRD ejecutadas en
Argentina, Potrerillos, Los Caracoles, disponen de esta
solucin.
El anlisis de la informacin de distintas presas CFRD ejecutadas
en el mundo muestra que la utilizacin de muros colados no
corresponde a la solucin ms comn, sino que por el contrario, lo
usual es la utilizacin de plintos fundados sobre rocas. Algunos
antecedentes se ubican en las presas de Santa Juana y Puclaro, en
Chile, donde el muro colado ejecutado no alcanza el nivel inferior
rocoso, sino que constituye un cierre parcial del cauce aluvional
del ro.
Un esquema tpico de solucin para el caso de los muros colados se
incluye a continuacin:
-
ERROR: stackunderflowOFFENDING COMMAND: ~
STACK:
