Tesis / 0399 / I.C.

ESTUDIO DE PROCESOS DE TRATAMIENTO EN MACIZO ROCOSO MEDIANTE INYECCIONES DE LECHADA HIDRAULICA EN ARENISCA Y ARCILLOLITA DE LA ATAGUÍA - PROYECTO HIDROELÉCTRICO SOGAMOSO

OLGA JANNETH PACHECO ARISMENDY ANDRES MAURICIO SAENZ CORTES

TRABAJO FINAL DE GRADO

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA “UNIAGRARIA” FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 2015

ESTUDIO DE PROCESOS DE TRATAMIENTO EN MACIZO ROCOSO MEDIANTE INYECCIONES DE LECHADA HIDRAULICA EN ARENISCA Y ARCILLOLITA DE LA ATAGUÍA - PROYECTO HIDROELÉCTRICO SOGAMOSO

OLGA JANNETH PACHECO ARISMENDY ANDRES MAURICIO SAENZ CORTES

TRABAJO FINAL DE GRADO

Trabajo final para optar por el titulo de Ingeniero Civil

M.ScANDRES GIOVANI GUTIERREZ Docente Tiempo Completo

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA “UNIAGRARIA” FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 2015

Bogotá, Febrero de 2015

Nota de aceptación:

El

trabajo

final

de

Grado

titulado

“Estudio de procesos de tratamiento en

macizo

rocoso

mediante

inyecciones de lechada hidráulica en arenisca y arcillolita de la ataguía – Proyecto Hidroeléctrico Sogamoso.”, presentado por Olga Janneth Pacheco Arismendy y Andrés Mauricio Sáenz Cortés en cumplimiento parcial de los requisitos

para

optar

al

título

de

Ingeniero Civil, fue aprobado por el Director.

M.Sc. ANDRES GIOVANI GUTIERREZ Director

Jurado

Jurado

Dedico la culminación de mis estudios de Ingeniería Civil a Dios y a mi familia por fortalecerme espiritualmente y ser un apoyo constantemente en mi desarrollo personal y profesional.

Olga Janneth

Dedico la culminación de mis estudios de Ingeniería Civila Dios por cada una de las bendiciones que ha derramado en mí, me han llenado de sabiduría para poder llevar a cabo cada una de las metas trazadas en mi vida; a mi familia, en especial a mis padres y hermanos que son la motivación más grande con la que puedo contar, a ellos miles de gracias por tan infinito AMOR, a mi novia, por ser el pilar de mi vida. AMEN.

Andrés Mauricio

Agradecimientos

Los autores expresan sus agradecimientos al Ingeniero Andrés Giovani Gutiérrez, Docente de tiempo completo del Departamento de Ingeniería Civil, Fundación Universitaria Agraria de Colombia y director del trabajo final de grado.

Al Jefe de área del Departamento de Perforaciones e Inyecciones del Proyecto Hidroeléctrico de Sogamoso, quien autorizó el libre ingreso dentro del proyecto y el uso de los datos del mismo, para el desarrollo del presente trabajo de grado.

Contenido Resumen

9

Introducción

9

Objetivos

10

Objetivo General

10

Objetivos Específicos

10

Alcance

11

Motivación del estudio

11

1.

12

Antecedentes

1.1 Antecedentes de la obra

14

2.

17

Marco conceptual

2.1 Normatividad

17

2.2 Marco teórico

19

2.2.1 Inyecciones de Cortina

19

2.2.3 Inyección de Impermeabilización

20

2.2.4 Cortina Profunda de Inyecciones

20

2.2.5 Huecos de Chequeo

20

2.2.6 Inyecciones empleando el método de engrosamiento sucesivo

20

2.2.7 Ensayos Lugeón

21

2.3Marco técnico

22

2.3.1 Geología

22

2.3.3 Procedimientos preliminares

23

3.

28

3.2

Planteamiento del estudio Sitio del estudio

28

3.2 Consideraciones técnicas de las inyecciones

29

3.2.1 Distribución de la cortina de inyecciones

29

3.2.2 Características de las inyecciones de los barrenos

31

3.2.3 Métodos de Inyección

32

3.2.4 Pruebas de Permeabilidad o ensayos Lugeón

34

4.

Análisis de Resultados

35

5.

Conclusiones

57

6.

Recomendaciones

58

7.

Referencias

Anexos

59 61

Lista de tablas Tabla 2-1. Variación de la presión durante las pruebas de agua

21

Tabla 2-2. Engrosamiento sucesivo de mezcla

25

Tabla 3-1. Variación de la presión durante las pruebas de agua

34

Tabla 4-1. Resultados de los Ensayos Lugeón

37

Tabla 4-2. Resultados de consumos de inyección en función de la fila “A”

42

Tabla 4-3. Resultados de consumos de inyección en función del promedio de “A+B” 51

Lista de figuras Figura 2-1: Detalle de la secuencia de inyecciones

19

Figura 3-1: Ubicación del Proyecto Hidroeléctrico Sogamoso

28

Figura 3-2. Ubicación del mapa de estudio

29

Figura 3-3. Cortina de Inyecciones Ataguía Elev 170.0 msnm.

30

Figura 3-4. Ataguía Elev 170.0 msnm, perforaciones

30

Figura 4-1. Plano de distribución de las perforaciones de la cortina triple atagúia elevación 170.0 msnm. Entre abscisas K0+116.0 Y K0+306 35

Lista de anexos Anexo A. Ensayos de laboratorio Anexo B. Concreto Compactado con Rodillo Anexo C. Plano de rendimientos Anexo D. Ensayo de Luge贸n Anexo E. Esquema de consumo aguas arriba Anexo F. Esquema de consumo aguas abajo Anexo G. Esquema de p茅rdida de agua Anexo H. Tabla de lechadas

Resumen El proyecto Hidroeléctrico de Sogamoso generará el 10% de la energía eléctrica de Colombia. Durante el desarrollo del proyecto, fue preciso realizar la inyección de concreto en macizo rocoso con el fin de lograr la impermeabilidad de la roca y así evitar las pérdidas de agua represada.

El presente proyecto tiene como finalidad determinar la viabilidad de utilizar concreto como relleno de poros del macizo rocoso, determinando mediante pruebas de laboratorio la lechada apropiada para lograr los niveles más bajos de permeabilidad. Para lo anterior se diseñó y construyó una cortina triple de inyecciones en la ataguía con una longitud de 190m y una altura de 170m.

Palabras Clave. Cortina de inyección, Ensayos Lugeón, pérdidas de agua, Inyección de lechada.

9

Introducción

El

Proyecto

Hidroeléctrico

Sogamoso

tiene

como

principal

objetivo

el

aprovechamiento de las aguas del Río Sogamoso, para la generación de energía eléctrica mediante la construcción de una presa de gravas con cara de concreto, y la instalación de tres unidades de generación ubicadas en una central subterránea.

Para garantizar la estanqueidad del futuro embalse y proteger la fundación rocosa de potenciales efectos dañinos ocasionados por flujos de agua, fue necesario el diseño y la construcción de una cortina triple de inyecciones en la ataguía que tiene una longitud de 190 metros y a una altura de 170.0 metros sobre el nivel del mar. Para lo cual fue necesario realizar diversas pruebas de inyectabilidad y además ensayos de laboratorio y de campo para valorar las características de los diferentes tipos de mezcla agua-cemento (A/C) a utilizar en obra.

9

Objetivos Objetivo General Evaluar que el tratamiento del macizo rocoso mediante la inyección de lechada hidráulica a presiones eficiente para reducir la permeabilidad de las rocas.

Objetivos Específicos 

Recopilar la información referente a la geología que predomina en el sector de la ataguía en la elevación 170.0msnm entre las abscisas K0+116.0 y K0+306.0



Determinar el tipo de lechada a utilizar en el proceso constructivo de acuerdo al nivel más bajo de permeabilidad.



Comparar y analizar los consumos de lechada vs. ensayos deLugeón para determinar el posible estado de continuidad del macizo rocoso.



Proponer recomendaciones para la optimización en la inyección de lechada en la cortina de perforación.

10

Alcance Se determinará el tipo de lechada adecuada para lograr bajos y/o nulos niveles de permeabilidad en el lecho rocoso, lo anterior mediante pruebas in situ y de laboratorio, con el fin de lograr reducir al mínimo o evitar las pérdidas de agua en la represa.

Motivación del estudio El Proyecto Hidroeléctrico del Río Sogamoso, es la solución de generación energía eléctrica para el 10% de la generación energética del país. En la construcción y desarrollo del proyecto se ha utilizado la técnica de inyección de lechadas en macizo rocoso, iniciando en la cota 170msnm de la Ataguía, desde las galerías horizontales de la presa hasta el vertedero cotas 292 y 330 msnm.

Mediante el seguimiento analítico de las perforaciones, pruebas de permeabilidad in situ y pruebas de laboratorio, es posible determinar el tipo de lechada que tenga una mayor eficiencia en el macizo rocoso para lograr bajos y/o nulos niveles de permeabilidad en las rocas.

11

1. Antecedentes En 1995, M CAMBERFORT en su obra Perforaciones y Sondeos, presentó una síntesis particular de todos los problemas planteados en la investigación de la naturaleza de las capas geológicas profundas.

Después de la primera guerra mundial se empezó a hacer inyecciones de cemento de manera empírica, para impermeabilizar o para consolidar los terrenos cuando éstos no presentan las características que permitan, sin riesgo, la edificación de la obra.

Procedimientos que fueron mejorando gracias a los estudios sistemáticos y al desarrollo de los conocimientos en mecánica de suelos.

“Las inyecciones comportan actualmente morteros de arcilla, de bentonita, de mezclas de arcilla-cemento, de mezclas de arcilla-cemento-arena, de productos químicos a base de silicatos, de resinas, de morteros a base de mesclas hidrocarbonadas, de asfaltos asociados o no al cemento, a base de caucho, y finalmente de morteros aireados.

La inyección de suelos es en el momento la actualidad un procedimiento de construcción reconocido, sin embargo no es un procedimiento muy antiguo ya que sus comienzos se fijan en Francia a comienzos del siglo XIX. Su inventor fue BERIGNY en 1802. Inyectó con éxito morteros de cemento, eventualmente asociados con puzolanas, pero el mortero de arcilla no le fue lo suficientemente satisfactorio. Posteriormente lo secundaron ingenieros como Mary, CHARRIE, RAYNAL, BEAUDEMOULIN. Sin embrago, ingenieros fue difícil que ingenieros menos emprendedores aceptaran esta técnica. Sin embargo ellos sólo pretendían rellenar grandes fisuras inyectando únicamente morteros líquidos por gravedad.

12

Poco a poco se fueron perfeccionando los métodos de inyección y los morteros utilizados, pero el mayor impulso de las inyecciones ocurrió entre 1920 – 1930, época en que la construcción de ferrocarriles dió paso a la de obras hidráulicas.

Este procedimiento, se transformó en esencial en la construcción de presas, haciendo posible la eliminación de circulación de agua que circundaba esta clase de obras.

En esta época, el profesor LUGEON, geólogo de profesión, supo utilizar un procedimiento capaz de mejorar las estructuras del macizo rocoso. Su conocimiento de suelos le permitió establecer ciertas reglas, lógicas y a la vez flexibles, que aún se utilizan actualmente. Gracias a ellas, las inyecciones han sido bastante eficaces en Europa y la inyección de macizos rocosos quedó regulada para siempre.

Sin embargo, es el Ingeniero de Obra y de laboratorio quienes tienen la capacidad de determinar el mortero de inyección que ha de utilizarse, en función de sus posibilidades y de las características del suelo, y con su experiencia apoyada en un sólido conocimiento de los principios de inyección, le permite cambiar de mortero cuantas veces estime conveniente.

Este cambio de morteros es obligatorio durante los trabajos si se requiere llegar a un resultado satisfactorio de manera económica.

13

1.1. Antecedentes Del Proyecto Hidrosogamoso.

En los estudios de factibilidad (1996), los portales de las galerías de exploración, se excavaron en el coluvión, se generaron grietas y asentamientos en las partes altas del terreno, flujos de material hacia las excavaciones y deformaciones del talud por remoción de grandes bloques.

Los sondeos de refracción sísmica realizados en la margen derecha, mostraron que el espesor del coluvión aguas arriba del eje de la ataguía varía entre 3 y 7 metros, por debajo se encuentra roca con velocidades (Vp) de 1100 a 2016m/s.

Las perforaciones H-410, IC-CC-9, IC-CC-10, IC-CC-8, ejecutadas en la margen derecha, cerca del eje de la ataguía mostraron que el espesor del coluvión varía de 9 a 11 metros.

En los taludes de corte en la ladera derecha, los estratos presentarán inclinaciones de 8° hacia el interior del talud, favorable para la estabilidad. Sin embargo, los sistemas 1 y 3 de diaclasa, conforman paredes sub verticales que pueden afectar la estabilidad.

Se prevén infiltraciones de 3 – 5 l/s provenientes del coluvión y en el contacto de este material con la roca. Estas aumentarán cerca al lecho del río en el depósito aluvial.

En el sector de la ataguía se ejecutaron 7 sondeos con profundidades variables entre

30.30 metros y 139.10 metros, para un total de 376.60 metros de

perforación, distribuidos así: •

Margen Izquierda, 3 sondeos, para un total de 245.7 metros perforados.

•

Margen Izquierdo, 4 sondeos, para un total de 130.9 metros perforados.

14

a. Apiques Durante la etapa de diseño (1997), se excavaron 8 apiques para investigar las características de los depósitos de coluvión del área de la fundación de la presa y la ataguía, con profundidades variables entre 1.7 metros y 3.8 metros.

Se ejecutaron ensayos de humedad natural, límites de consistencia, granulometría y densidad de campo en los materiales del depósito de coluvión excavado en los apiques.

b. Ensayos de carga puntual

Ingetec S.A. ejecutó 665 ensayos de carga puntual diametral a los núcleos de roca representativos tomado de 13 sondeos, localizadas en el área de fundación de la presa y ataguía. De estos ensayos 368 se efectuaron a núcleos en estado seco (Natural) y 297 en estado saturado.

El 80 % de los núcleos ensayados en estado seco (comprendidos entre el 10% y el 90% de los datos) alcanzó resistencias muy bajas a medianamente altas.

En cuanto a los núcleos de roca ensayados en estado saturado, las resistencias son algo menores que las alcanzadas por los núcleos secos.

El 80% de los núcleos ensayados se clasifica como de resistencia baja a moderada. Se ensayaron muestras de arenisca (743 núcleos), arcillolita (49 núcleos), conglomerado (86 núcleos), y limolita (7 núcleos) pertenecientes a la formación La Paz.

c. Ensayos de Agua a presión

Se ejecutaron 398 pruebas de agua a presión tipo Lugeón, de las cuales 19 presentaron anomalías, para un total de 379 ensayos efectivos, en 17 perforaciones distribuidas 8 en la margen izquierda y 9 en la margen derecha del

15

Río Sogamoso, de las cuales 13 se localizan hacia aguas arriba del eje de la presa y 4 hacia aguas abajo.

En los registros litológicos de las perforaciones se observa que la permeabilidad disminuye con la profundidad. En general, los primeros 60 metros de profundidad, aproximadamente, presentan absorciones altas, entre 60 UL y 25 UL, a partir de los 60 metros la permeabilidad varía entre baja y muy baja, con promedios entre 8 UL y 3 UL.

d. Niveles freáticos Para determinar las variaciones del nivel freático en los estribos de la presa y en el área de las obras anexas se instalaron 40 piezómetros de tubo abierto en las perforaciones. Los niveles máximo y mínimo de las aguas freáticas, en general, no representan variaciones, a los 4 metros.

16

2. Marco conceptual Se presenta el marco conceptual general que se tiene en cuenta para el desarrollo del estudio definido en el marco legal, en estudios anteriores relacionados con el tema y en el marco técnico o metodología de análisis con la cual se desarrollara el estudio.

2.1 Normatividad •

CONSTITUCIÓN POLÍTICA DE COLOMBIA DE 1991

•

Ley 99 de 1993, reglamenta el Título VIII de la ley 99 de 1993, sobre Licencias Ambientales.

•

Ley 56 de 1981, Capítulo II, Impuestos, compensaciones y beneficios.

•

Ley 141 de 1994, Fija las regalías para la explotación de todo tipo de minerales metálicos y no metálicos para materiales de construcción como: gravas es del orden del 1%, para arenas y agregados es del 3%.

•

Ley 142 de 1994, del régimen de los servicios públicos domiciliarios.

•

Ley 143 de 1994, Régimen para la generación, interconexión, transmisión, distribución y comercialización de electricidad en el territorio Nacional.

•

Resolución 1280 de 2006, Acoge los términos referencia HE-TER-1-01 para la elaboración del Estudio de Impacto Ambiental para la Construcción y Operación de Centrales Hidroeléctricas Generadoras.

•

Resolución 044 de 1994, Por medio del cual se regula el cargue, descargue, transporte, almacenamiento y disposición final de escombros, materiales, elementos, concretos y agregados sueltos de construcción, de demolición y capa orgánica, suelo y subsuelo de excavación.

•

Decreto 136 de 1990, Artículo 6o. No se podrá otorgar licencia de exploración para proyectos de pequeña minería en aluviones de los ríos, de su margen, o de las islas ubicadas en sus márgenes. Expropiación.

17

•

Decreto 1320 de 1998. Reglamenta la consulta previa con las comunidades indígenas y negras para la explotación de los recursos naturales dentro de su territorio.

•

Decreto 948 de 1995, Reglamento de Protección del aire

•

Decreto 2041 d 2014. Porel cual se reglamenta el Título VIII de la Ley 99 de 1993 sobre licencias ambientales.

•

El Ministerio del medio Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial expidió la Licencia Ambiental del Proyecto Hidroeléctrico Sogamoso mediante Resolución 0476 del 17 de mayo de 2000.

18

2.2 Marco teórico 2.2.1 Inyecciones de Cortina Su principal objetivo es el de impermeabilizar o fortificar los macizos porosos, rocas fisuradas o cimentaciones defectuosas, incrementado de este modo las propiedades mecánicas de los mismos.

Además, tienen como propósito mejorar el módulo de deformabilidad de la roca de sedimentación mediante la inyección de mezclas a presión, a través de barrenos perforados previamente en un arreglo geométrico definido.

Figura 2-1:Detalle de la secuencia de inyecciones

5,0m

10,0m

1,5m

2,5m

Fila Lateral "A"

1,5m

Fila Central "C" Fila Lateral "B" 10,0m

DETALLE DE LA SECUENCIA DE INYECCIONES Convenciones Perforaciones Primarias (Separación 10m) Perforaciones Secuendarias (Separación 5m) Perforaciones Terciarias (Separación 2,5m)

19

2.2.3 Inyección de Impermeabilización Consiste en la impermeabilización de la roca mediante inyecciones a través de perforaciones, sellando fracturas o discontinuidades geológicas (fallas, diques) existentes, con el propósito de reducir la permeabilidad del terreno al formar una barrera lo suficientemente profunda para garantizar la estanqueidad de la obra.

2.2.4 Cortina Profunda de Inyecciones Corresponde a la perforación de una o más líneas de huecos, cada uno a la profundidad y dirección especificada, y la inyección de mezcla en tales huecos para conformar un plano de baja permeabilidad.

2.2.5 Huecos de Chequeo Perforación de huecos ejecutados utilizando el sistema de rotación y con recobro de núcleos para verificar la efectividad de las inyecciones ejecutadas.

2.2.6 Inyecciones empleando el método de engrosamiento sucesivo Las inyecciones de la fundación de la presa se harán con una mezcla de lechada única rica en cemento, para lograr el grado de impermeabilidad de diseño de la fundación de la presa y garantizar la durabilidad a largo plazo de las cortinas de inyección. El método especificado para las inyecciones será el método de engrosamiento sucesivo de la mezcla hasta obtener rechazo.

20

2.2.7 Ensayos Lugeón Consiste en anotar los caudales absorbidos a presiones crecientes y decrecientes, manteniendo cada caudal durante 5 minutos. El resultado viene expresado por la medida de agua absorbida en litros por minuto, y metro, para una presión de inyección de 10Kg/cm2, siendo cada tramo de sondeo ensayado de 5m de longitud. Actualmente todas estas condiciones se conocen con el nombre de unidad Lugeón (UL). Con cantidades inferiores a una (1) unidad Lugeón, podemos considerar que la inyección resulta innecesaria.

“Según Camberfort, Henri (1968), estos ensayos se realizan siempre antes de la inyección de una zona. Ante el gran número de medidas reunidas, se ha tratado de relacionar el número de unidades Lugeón en una zona con su absorción de cemento. Si se pudiera establecer a ciencia cierta esa relación, se simplificaría bastante el reconocimiento, ya que el ensayo de agua indicaría a la vez el estado de fisuración del macizo rocoso y la cantidad de lechada necesaria para su impermeabilización.

Tabla 2-1. Variación de la presión durante las pruebas de agua

21

2.3Marco técnico 2.3.1 Geología

Morfológicamente el sitio de presa se localiza en un estrecho cañón con paredes de altas pendientes, formado por el río Sogamoso en la Cuchilla La Paz, la cual está constituida básicamente por areniscas y arcillolitas de la Formación La Paz.

La ataguía tiene unos 200 metros de longitud, hace parte del cuerpo de la presa.

En este sector el Río tiene un ancho de 50 metros y la lámina de agua es de unos 5 metros de altura. La ladera izquierda presenta inclinaciones de 55°, la ladera varía entre 8° y 25°.

La ladera de la margen izquierda se encuentra cubierta por coluvión, de 2 a 4 metros de espesor, con bloques y fragmentos de arenisca en matriz arenoarcillosa. Se prevé presencia de agua en el contacto coluvión-roca.

Aguas abajo del eje de la ataguía sobre la ladera izquierda, se encuentran afloramientos de roca, mientras que hacia aguas arriba el depósito de coluvión se amplía y cubre un delgado depósito de aluvial.

El coluvión de la ladera izquierda cubre rocas del miembro inferior de la Formación La Paz, conformadas por arenisca de dureza media a friable con intercalaciones de arcillolita blanda de 0.50 metros y limolita hasta de 2 metros de espesor. De acuerdo con los estudios realizados en el área, las rocas se presentan fracturadas hasta unos 9 metros de profundidad, con un RQD menor del 70%. A partir de esta profundidad se presenta de mejor calidad.

22

El rumbo de los estratos es perpendicular a la inclinación de la ladera, con buzamientos de 30° hacia aguas abajo. En los taludes de corte, del costado izquierdo, los estratos presentarán inclinaciones de 8° a favor de la pendiente del terreno, que junto con el sistema 2 de diaclasas (N55°W/65°NE, N65°W/70°NE) delimitan bloques con inclinación desfavorable para los cortes.

El lecho del Río, en el sector de la Ataguía, está conformado por bloques sub redondeados hasta de 1 metro de diámetro, cantos, gravas, fragmentos, gravilla, arena, conglomerados, limolita, caliza, algunas rocas ígneas, como granodiorita, el depósito se encuentra poco consolidado a suelto y su espesor varía entre 8 y 15 metros.

Por debajo del material aluvial, se encuentran rocas del miembro inferior de la formación La Paz, conformadas por arenisca de grano fino o conglomerática, dureza media, en estratos lenticulares hasta de 1 metro de espesor. En los estudios realizados cerca del lecho del Río, las rocas presentan buena calidad con RQD superior al 70%. Sin embargo las intercalaciones lenticulares de arcillolita o limolita podrán estar alteradas a arcilla o lima arcilloso blando.

La arcillolita de la formación Toro en el lecho del Río, se encuentran a unos 45 metros por debajo del eje de la ataguía, en el contacto con la Formación La Paz, presentan un estrato de arcilla blando, continuo y húmedo.

2.3.3 Procedimientos preliminares a.

Perforación

Las perforaciones en los puntos a intervenir, siguieron los lineamientos indicados en los planos de construcción, teniendo en cuenta profundidad, diámetro (minimo 50mm), inclinación y rumbo de los huecos a ejecutar; o como instruido por interventoría, las perforaciones serán ejecutadas con maquinaria eléctrica Altas 23

Copco modelo Diamec 262 o similar, apta para perforar hasta una longitud máxima de 130 metros con cualquier inclinación. Las perforaciones fueron ejecutadas con el método a rotación o roto percusión garantizando un corte uniforme y el diámetro minimo en toda la longitud.

Todos los agujeros para inyección de cortina se perforaron con agua como fluido de perforación, que con su circulación aseguró una continua expulsión de las rebabas o sedimentos producidos y un constante lavado de las paredes.

b.

Pruebas de agua, lavado y limpieza para las inyecciones de cortina.

Para efectos de determinar la permeabilidad de la roca, se realizaron pruebas con agua a presión. Antes de empezar la prueba de agua, o la inyección, el hueco se limpió cuidadosamente con agua y aire a una presión no mayor a 1,0 MPa, con el fin de remover todos los sedimentos, rebabas de taladro, lodo y cualquier otra sustancia extraña. La operación de lavado se realizó por un tiempo entre 3 a 5 minutos o hasta cuando el agua retornó completamente limpia y se consideró que la perforación se encontraba libre de cualquier impuridad.

c.

Inyecciones 

Lechada de inyección

La lechada de inyección se produjo por un mezclador coloidal a altas revoluciones 1300rpm, equipado con caudalímetro por la medición de agua y un sistema reciclo. Después de cumplir con el tiempo de mezclado, l lechada se envió a un agitador de bajas revoluciones donde permanecía en movimiento. En el caso de la bentonita, esta fue preparada en un mezclador de altas revoluciones con un tiempo de mezclado de 5 minutos, de donde fue enviada a agitación durante 24 horas; posteriormente se utilizó para preparar las mezclas de inyección.

24



Inyección de cortina

La mezcla de inyección se realizó utilizando el método de engrosamiento sucesivo, disminuyendo el porcentaje de aditivos y bentonita, aumentando la viscosidad y disminuyendo así la permeabilidad. 

Engrosamiento sucesivo de la mezcla

Tabla 2-2. Engrosamiento sucesivo de mezcla CUADRO DE ENGROSAMIENTO SUCESIVO DE MEZCLA P < 20% Pmax o penetrabilidad es constante

Pasar de mezcla A

P > 20% Pmax o penetrabilidad disminuyendo

Continuar con mezcla A, hasta el límite de volumen

P < 20% Pmax o penetrabilidad es constante

Pasar de mezcla B

P > 20% Pmax o penetrabilidad disminuyendo

Continuar con mezcla B, hasta el límite de volumen

P < 20% Pmax o penetrabilidad es constante

Pasar de mezcla C

P > 20% Pmax o penetrabilidad disminuyendo

Continuar con mezcla C, hasta el límite de volumen

P < 20% Pmax o penetrabilidad es constante

Pasar de mezcla D

P > 20% Pmax o penetrabilidad disminuyendo

Continuar con mezcla D, hasta el límite de volumen

P < 20% Pmax o penetrabilidad es constante

Pasar de mezcla E

P > 20% Pmax o penetrabilidad disminuyendo

Continuar con mezcla E, hasta límite de volumen.

P < 20% Pmax o penetrabilidad es constante

Llegar hasta el límite de volumen y parar

P > 20% Pmax o penetrabilidad disminuyendo

Continuar con el rechazo o límite de volumen.

B, pasar a 2)

1) hasta 2000 lt

C, pasar a 3)

2) hasta 2000 lt

D, pasar a 4)

3) hasta 200 lt

E, pasar a 5)

4) hasta 2000 lt

F, pasar a 6)

5) hasta 2000 lt

6) hasta 2000 lt/m

25

2.2.4 Procedimiento constructivo

Como en este caso, el macizo rocoso no es una estructura con hormigón reforzado, las perforaciones se ejecutan sin la ayuda de tubos guía, el orden de ejecución es desde la parte inferior hasta la parte superior. Cada perforación tendrá una profundidad de 60m, las cuales iniciaron con presión y caudal de bombeo bajo para evitar el sellado repentino y se aumentó progresivamente.

El caballete fue conectado a la bomba de inyección por medio de mangueras e alta presión, ida y retorno, y de un sistema de comunicación de radio o de teléfono. La inyección fue controlada por medio de un aparato marca Jean Lutz tipo VOPI2, que permite visualizar en la pantalla de un computador en tiempo real el andamiento de la presión, caudal, volumen y penetrabilidad en función del tiempo. El aparato electrónico dirigirá el arranque y la parada del aparato de inyección. La inyección se consideró terminada cuando el caudal de bombeo fue inferior a 3.0 l/min.

a. Equipos

El equipo utilizado en las inyecciones corresponde a: 

Tanque mezclador coloidal 1300rpm, con caudalímetro para medir agua



Tanque agitador con capacidad de 800l, velocidad 22rpm



Bomba Altas Copco de tres pistones de desplazamiento positivo o similar (pruebas de agua)



Bomba para inyecciones ref. Tecniwell TWG7



Perforadora Altas Copco Diamec 262



Manómetro



Caudalímetro



Manguera de alta tensión 1” 26



Manguera de alta tensión ¾”



Válvula de alta tensión 1”



Válvula de alta tensión ¾”



Obturador hidráulico



Obturador mecánico



Equipo para automatización de inyecciones



Iluminación



Sistema de energía eléctrica, 60kw



Herramienta menor

Materiales 

Broca de perforación de 2” con sus respectivas barras



Cemento estructural tipo 3



Arena



Bentonita y micro sílice



Agua



Aditivos

27

3. Planteamiento del estudio A continuación se define las características específicas que se tienen en cuenta para el desarrollo del trabajo final.

3.2 El

Sitio del estudio proyecto hidroeléctrico Sogamoso se localiza en la zona nor-oriental de

Colombia en el Departamento de Santander. El conjunto de obras que conforman el proyecto se encuentra ubicado en el cañón donde el Río Sogamoso cruza la serranía La Paz, 62 Km después de la confluencia de los Ríos Suárez y Chicamocha y 75 Km antes de su desembocadura en el Río Magdalena.

Figura 3-1: Ubicación del Proyecto Hidroeléctrico Sogamoso

Fuente: Video “Hidrosogamoso – Proyecto Hidroeléctrico Sogamoso. Recuperado [on line]: www.youtube.com/watch?v=ock9oxy8LBQ”

28

Figura 3-2. Ubicación del mapa de estudio

El sitio de construcción de la cortina de inyección se encuentra relacionado con el sitio de la presa, el cual se encuentra localizado en las coordenadas por el lado izquierdo 107429.152 E 276860.26 N; lado derecho 074376.24 E 277092.47 N, Ataguía elevación 170 msnm., teniendo en cuenta que el propósito de esta cortina de inyección es la de impermeabilización y relleno de diaclasas en el eje de la presa, en función de mantener la permeabilidad dentro de los parámetros requeridos.

3.2 Consideraciones técnicas de las inyecciones 3.2.1 Distribución de la cortina de inyecciones Con la distribución explicativa que se muestra en la figura1, se trata de sellar las fisuras o grietas existentes en el macizo rocoso. Este tratamiento generalmente se aplica en el terreno de cimentación de la ataguía.

29

La ataguía es una estructura en concreto compactado con rodillo, de un volumen aproximado de 100.000m3, cuya función principal es de apoyo a la cara de concreto de la presa.

Figura 3-3. Cortina de Inyecciones Ataguía Elev 170.0 msnm.

Fuente: Propia Figura 3-4. Ataguía Elevación 170.0 msnm, perforaciones

Fuente: Propia

30

3.2.2 Características de las inyecciones de los barrenos Número de líneas

Es el número de líneas que forman la pantalla de impermeabilización. El cual depende de la resistencia mecánica, fracturamiento y permeabilidad del terreno. Cuando es difícil aplicar altas presiones para realizar la inyección porque el terreno es débil, se proyectan dos o más líneas paralelas.

La profundidad.

Depende generalmente de las condiciones geológicas del terreno. Existen casos extremos en donde la roca presenta muy baja permeabilidad y no se requiere de pantalla. Mientras que en otros las condiciones geológicas son muy desfavorables que involucran zonas profundas con alta permeabilidad que resulta la profundidad de pantalla mayor que la misma cortina.

Inclinación del plano de pantalla

Estas características de la pantalla dependen de la densidad, rumbo y echado de las discontinuidades. La dirección de las perforaciones se proyecta de tal forma,

que éstas crucen el

mayor número de

discontinuidades y en la forma más apropiada para que la mezcla de inyección penetre en los huecos con facilidad.

Separación de los barrenos.

La separación entra las perforaciones se establece en función de la penetración de la mezcla y de la resistencia mecánica del macizo rocoso.

31

En rocas muy fracturadas, la separación entre los barrenos se reduce, ya que no es posible aplicar presiones de inyecciones altas sin provocar el riesgo de fracturar más el terreno y llegar a hacer una condición llamada hidro fractura miento. Mientras que en terrenos fracturados la separación puede ser de 5 a 6 metros.

3.2.3 Métodos de Inyección Teniendo en cuenta el cumplimiento de las Especificaciones Técnicas, se establecen los siguientes métodos.

Inyección en una sola etapa:

Este constituirá en ejecutar, lavar e inyectar la perforación en toda su longitud, en una sola etapa.

Topografía.

Se materializaron los puntos, en las estructuras en donde se requiera perforaciones para realizar inyecciones de cortina. En este caso, en el área de estudio, la ataguía elevación 170 msnm, de acuerdo a los planos de construcción.

Perforación.

Las perforaciones en los puntos a intervenir, se ejecutaron de acuerdo a los lineamientos indicados en los planos de construcción, teniendo en cuenta la profundidad, diámetro (mínimo de 50mm), inclinación y rumbo de los huecos a ejecutar.

32

Las perforaciones se ejecutaron con maquinaria eléctrica Atlas Copco modelo Diamec 262, apta para perforar hasta una longitud máxima de 130 metros con cualquier inclinación. Además las perforaciones se ejecutaron a roto percusión, garantizando un corte uniforme y diámetro mínimo en toda su longitud. Todos los barrenos para inyección se ejecutaron con agua como fluido de perforación, que con su circulación asegura una continua expulsión de las rebabas o sedimentos producidos y un constante lavado de las paredes.

Cuando el flujo del retorno del agua presentó interrupción por perderse en el hueco, dicha perforación fue suspendida, se procedió a lavar el hueco con agua y aire a presión por tiempo de 3 a 5 minutos, a una presión máxima de 1MPa, o hasta que el agua retornara limpia.Luego se procede a inyectar dicha pérdida de agua, que será hecha de tal manera que se garantice el sellado de la fractura o vacío responsable de la mencionada pérdida. Después de un tiempo determinado (usualmente 12horas), una vez haya fraguado la lechada se procedió con la re-perforación del tramo inyectado y la perforación seguirá normalmente su curso hasta la cota final.

En general, los primeros huecos ejecutados fueron los primarios, solo después que dos huecos primarios hayan finalizado, se podrá ejecutar el hueco secundario ubicado entre ellos. Los huecos terciarios y de orden superior, fueron ejecutados de acuerdo a la absorción obtenida de la inyección de los huecos secundarios.

Siendo que la cortina de inyección está compuesta por tres filas el orden de ejecución será primariamente los huecos de los dos flas laterales, y cuando la inyección de estas haya avanzado al menos 20 metros, se podrá empezar la perforación de la fila central.

33

3.2.4 Pruebas de Permeabilidad o ensayos Lugeón Estas pruebas de permeabilidad se ejecutaron simultáneamente con las perforaciones, se realizaron tanto en los sedimentos aluviales como en las formaciones rocosas que constituyen el sitio de la presa.

Antes de empezar cada prueba de agua, el hueco se limpió con agua y aire a presión no superior a 1MPa, con el fin de remover todos los sedimentos rebabas de taladro, lodo y cualquier otra sustancia extraña. La operación de lavado lleva un tiempo entre 3 y 5 minutos hasta cuando el agua retorne completamente limpia y se considere que la perforación se encuentre libre de cualquier impuridad.

La sección del hueco en la que se debe midió la impermeabilidad fue aislada por medio de un obturador simple o doble. Antes de iniciar la prueba de agua, se tomó la medida del nivel freático de cada perforación. Una vez iniciada la inyección de agua a través del obturador, se levantó la presión hasta designada y se esperó hasta cuando se estabilizó. Una vez estable la presión, se empezará el registro de los parámetros presión, caudal y tiempo.

Tabla 3-1. Variación de la presión durante las pruebas de agua

34

4. Análisis de Resultados Figura 4-1. Plano de distribución de las perforaciones de la cortina triple ataguía elevación 170.0 msnm. Entre abscisas K0+116.0 Y K0+306.

El siguiente esquema permite visualizar la distribución general en planta, de la cortina triple de inyecciones en la ataguía, identificando las perforaciones de primer, segundo y tercer grado y a su vez en su orden constructivo una fila “A” ubicada aguas arriba de la presa, una fila “B” ubicada aguas abajo de la presa, y una fila “C” o cortina central.

Para realizar un análisis de los resultados obtenidos durante las pruebas de permeabilidad tipo Lugeon y los resultados obtenidos de la inyección final de los barrenos, teniendo en cuenta que la distancia entre cada línea de perforaciones es de tan sólo 1.50 metros, se sectorizó en 39 tramos cada 5.0 metros horizontales.

Tramo 1

Tramo 2

Tramo 3

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

Tramo 4

Tramo 5

7

Tramo 6

9

Tramo 7

11

Tramo 8

13

Tramo 9

15

17

Fila "A"

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

Fila "C"

5

7

9

11

13

15

Fila "B"

5,0m

10,0m

1,5m

2,5m

Fila Lateral "A"

1,5m

Fila Central "C" Fila Lateral "B" 10,0m

DETALLE DE LA SECUENCIA DE INYECCIONES Convenciones Perforaciones Primarias (Separación 10m) Perforaciones Secuendarias (Separación 5m) Perforaciones Terciarias (Separación 2,5m)

35

17

18

Tramo 10

Tramo 11

19

20

21

19

20

21

Tramo 12

Tramo 13

23

Tramo 14

25

Tramo 15

27

Tramo 16

29

Tramo 17

31

Tramo 18

33

35

Fila "A"

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

Fila "C"

19

21

23

25

27

29

31

33

35

Fila "B"

Tramo 19

Tramo 20

Tramo 21

37

38

39

40

41

37

38

39

40

41

39

40

41

Tramo 22

Tramo 23

Tramo 24

43

44

45

46

47

43

44

45

46

47

Tramo 25

Tramo 26

49

Tramo 27

51

53

Fila "A"

42

48

49

50

51

52

53

54

Fila "C"

37

43

45

47

49

51

53

Fila "B"

Tramo 28

Tramo 29

Tramo 30

55

56

57

58

59

55

56

57

58

59

Tramo 31

Tramo 32

61

Tramo 33

63

Tramo 34

65

Tramo 35

67

Tramo 36

69

70

71

69

70

71

Fila "A"

60

61

62

63

64

65

66

67

68

Fila "C"

55

57

59

61

63

Fila "B"

Tramo 37

Tramo 38

73

Tramo 39

75

77

Fila "A"

73

74

75

76

77

Fila "C"

73

75

77

Fila "B"

36

65

67

69

71

72

UL 1

2

3

cm/seg

U

4

Fil "A" ó "B" Tramo 0 - 5 33,83 3,3830E-04 Tramo 5 - 10 15,40 1,5400E-04 Tabla4-1. Resultados de los Ensayos Lugeón.

Tramo 10 - 15 10,16 1,0160E-04 Tramo 15 - 20 0,16 1,6000E-06 Se realizaron 14 ensayos permeabilidad del tipo Lugeon en las dos 1,0000E-06 filas Tramo 20de- 25 0,10 laterales de la cortina, distribuidas misma,4,8000E-06 con Tramo 25 - 30 de manera uniforme a lo largo de la0,48 30estado - 35 y continuidad del macizo rocoso. 0,66 6,6000E-06 el fin de obtener unaTramo idea del 8,5000E-06 Tramo 35 - 40 la línea roja delimita en contacto entre 0,85 la zona Como se observa en el esquema, 3,4000E-06 40 - 45con Rodillo) y el macizo rocoso. Siendo 0,34 que del CCR (ConcretoTramo Compactado la Tramo 45 - 50 0,23 2,3000E-06 zona construida en concreto compactado con rodillo, consiste en un relleno de Tramo 50 - 55 1,67 1,6700E-05 nivelación en mortero, y como su nombre lo indica, compactado con rodillo, el área Tramo 55 - 60 0,28 2,8000E-06 de estudio del presente trabajo de grado se enfocó únicamente en el macizo rocoso.

2

1

1

1

Convenciones Perforaciones Primarias (Separación 10m)

Una vez ejecutados los ensayos Lugeon y haciendo el respectivo análisis de los

Perforaciones Secuendarias (Separación resultados obtenidos, teniendo en cuenta la clasificación de macizos rocosos 5m) en función de la permeabilidad (Olalla y Sopeña 1991), se hizo una modificación

(Separación 2,5m) clasificando el estado del macizo Perforaciones de la zona deTerciarias estudio en tres condiciones; impermeable, permeable y muy permeable.

Límite entre CCR (Concreto compactado con rodillo) y

Clasificación de macizos rocosos en función de la permeabilidad (Olalla y Sopeña, 1991) Modificado TIPO DE MACIZO

U.L.

Presión (Kpa)

Impermeable

0-3

1000

Permeable

3-6

1000

Muy permeable

>6

1000

37

FILA A "y" B Tramo 1

A Tramo 2 UL

1

2

A Tramo 3

cm/seg

3

UL

4

B Tramo 4

Tramo 5

7

9

cm/seg 5

Fil "A" ó "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60

33,83 15,40 10,16 0,16 0,10 0,48 0,66 0,85 0,34 0,23 1,67 0,28

3,3830E-04 1,5400E-04 1,0160E-04 1,6000E-06 1,0000E-06 4,8000E-06 6,6000E-06 8,5000E-06 3,4000E-06 2,3000E-06 1,6700E-05 2,8000E-06

9,48 20,72 7,52 11,60 1,20 10,52 0,56 0,38 0,08 0,12 11,70

11,80 7,58 0,23 0,30 0,42 0,56 0,00 0,67 0,77 0,82 0,84

9,4800E-05 2,0720E-04 7,5200E-05 1,1600E-04 1,2000E-05 1,0520E-04 5,6000E-06 3,8000E-06 8,0000E-07 1,2000E-06 1,1700E-04

1,1800E-04 7,5800E-05 2,3000E-06 3,0000E-06 4,2000E-06 5,6000E-06 0,0000E+00 6,7000E-06 7,7000E-06 8,2000E-06 8,4000E-06

Convenciones Perforaciones Primarias (Separación 10m) Perforaciones Secuendarias (Separación 5m) Perforaciones Terciarias (Separación 2,5m) Límite entre CCR (Concreto compactado con rodillo) y Macizo ocoso Clasificación de macizos rocosos en función de la permeabilidad (Olalla y Sopeña, 1991) Modificado

B

Tramo 6 (Kpa) Tramo 7 Presión

TIPO DE MACIZO

U.L.

Impermeable

011 -3

1000

3-6

1000

>6

1000

Tramo 8

Tramo 9

15

17

A Tramo 10 UL

13

19

cm/seg 20

Fil "A" ó "B" Permeable Tramo 0-5 Tramo 5 - 10 Muy permeable Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60

1,14 0,15 0,56 1,16 1,92 0,80 0,78 0,96

38

1,1400E-05 1,5000E-06 5,6000E-06 1,1600E-05 1,9200E-05 8,0000E-06 7,8000E-06 9,6000E-06

0,30 0,44 0,08 0,34 0,68 1,22 1,68 0,54

3,0000E-06 4,4000E-06 8,0000E-07 3,4000E-06 6,8000E-06 1,2200E-05 1,6800E-05 5,4000E-06

Tramo 11

Tramo 12

Tramo 13

B Tramo 14

Tramo 15

21

23

25

27

29

Fil "A" 贸 "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60

0,06 0,04 0,19 0,32 0,69 0,13 0,19

B Tramo 16

Tramo 17

6,0000E-07 4,0000E-07 1,9000E-06 3,2000E-06 6,9000E-06 1,3000E-06 1,9000E-06

A Tramo 19

Tramo 18

UL 31

33

35

37

38

Fil "A" 贸 "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60

0,21 1,31 0,30 0,00 0,00 0,53 2,61

29,0 48,5 280,2 1,9 8,3 16,2 27,0

2,1000E-06 1,3100E-05 3,0000E-06 0,0000E+00 0,0000E+00 5,3000E-06 2,6100E-05

39

Tramo 20

cm/seg

2,9000E-04 4,8500E-04 2,8020E-03 1,9000E-05 8,3000E-05 1,6200E-04 2,7000E-04

39

40

Tramo 21

Tramo 22

Tramo 23

Tramo 24

Tramo 25

41

43

45

47

49

Tramo 29

B Tramo 30

57

59

44

46

Fil "A" 贸 "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60 Tramo 26

B Tramo 27

51

53

A Tramo 28 UL 55

cm/seg 56

58

Fil "A" 贸 "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60

3,92 8,08 9,08 0,19 0,24 0,16 1,06 0,36 0,25

9,39 7,36 0,05 0,27 0,07 0,13 0,18 0,41 0,00

3,9200E-05 8,0800E-05 9,0800E-05 1,9000E-06 2,4000E-06 1,6000E-06 1,0600E-05 3,6000E-06 2,5000E-06

9,3900E-05 7,3600E-05 5,0000E-07 2,7000E-06 7,0000E-07 1,3000E-06 1,8000E-06 4,1000E-06 0,0000E+00

Tramo 31

Tramo 32

Tramo 33

B Tramo 34

61

63

65

67

8,58 8,98 9,40 5,02 0,65 0,31 0,35 0,42 0,69

8,5800E-05 8,9800E-05 9,4000E-05 5,0200E-05 6,5000E-06 3,1000E-06 3,5000E-06 4,2000E-06 6,9000E-06

A Tramo 35 UL 69

cm/seg 70

Fil "A" 贸 "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60

3,92 8,08 9,08 0,19 0,24 0,16 1,06 0,36 0,25

40

3,9200E-05 8,0800E-05 9,0800E-05 1,9000E-06 2,4000E-06 1,6000E-06 1,0600E-05 3,6000E-06 2,5000E-06

13,46 13,60 8,50 2,10 0,76 3,04 0,40 0,27 0,38 1,48

1,3460E-04 1,3600E-04 8,5000E-05 2,1000E-05 7,6000E-06 3,0400E-05 4,0000E-06 2,7000E-06 3,8000E-06 1,4800E-05

Tramo 36

Tramo 37

Tramo 38

71

73

75

B Tramo 39 77

Fil "A" 贸 "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60

0,04 14,60 0,04 14,47 5,00 0,13 0,28 1,66 0,72 0,77

4,0000E-07 1,4600E-04 4,0000E-07 1,4470E-04 5,0000E-05 1,3000E-06 2,8000E-06 1,6600E-05 7,2000E-06 7,7000E-06

En general, se puede observar, de acuerdo a la clasificaci贸n del macizo rocoso en funci贸n de la permeabilidad, que los mayores consumos de agua ocurrieron hacia los extremos de la atagu铆a y en el contacto entre la zona de CCR y la roca.

Aunque se muestran sectores dispersos de altos consumos de agua en donde es posible estar tratando una discontinuidad del macizo, y como caso puntual los resultados obtenidos en el tramo 19, en general estamos tratando una roca aparentemente sana, por lo cual se espera no obtener consumos de lechada importantes.

41

Tabla4-2. Resultados de consumos de inyección en función de la fila “A”

Como se explicó en el proceso constructivo de la cortina, una vez terminadas la pruebas de permeabilidad, se empezó con la inyección de la fila aguas arriba de la presa, posteriormente la fila inferior, y finalmente la fila central.

Durante la construcción de la fila inferior pudimos notar una reducción en los consumos de lechada en más de un 40% con relación a los consumos obtenidos en la inyección de la fila aguas arriba de la presa. Por lo que se realizó una clasificación de acuerdo a los consumos en función de la fila “A”.

CONVENCIONES Perforaciones Primarias (Separación 10m) Perforaciones Secuendarias (Separación 5m) Perforaciones Terciarias (Separación 2,5m) Tomas de lechada superiores a 50Kg/m Límite entre CCR y Macizo Rocoso Cemento Kg/m

<250 250-500 500-750 750-1000 >1000 Cuadro de Clasificación del terreno de acuerdo a los consumos en función de la Fila “A”

42

Tramo 1 Fecha Iny

21/12/13 15/08/14 1 2

Tramo 2 25-0214 3

Tramo 3

29/10/14 14/01/14 4 5

Tramo 4

Tramo 5

02/03/14 7

09/01/14 9

94

55

Fila "A" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10

3.280

32

100

52

279

Tramo 10 - 15

294

39

71

323

5.438

478

1.463

Tramo 15 - 20 10.196

19

32

7.380

6.409

1.463

Tramo 20 - 25

805

37

6.409

6.409

3.462

6.409

Tramo 25 - 30

51

48

18

507

51

6.795

Tramo 30 - 35

760

50

95

1.097

49

250

Tramo 35 - 40

7.630

52

25

526

93

136

Tramo 40 - 45

82

143

39

4.228

29

4.581

Tramo 45 - 50

24

47

39

2.403

24

486

Tramo 50 - 55

2.036

75

45

13

159

165

Tramo 55 - 60

3.258

66

38

1.485

6.409

273

Prom Kg/m

516,7

130,2

541,2

313,7

401,4

Fecha Iny

07/02/14

07/03/14 3

10/02/14 5

09/03/14 7

06/02/14 9

271

25

286

51

1

2

Fila "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10

170

Tramo 10 - 15

774

85

3.082

44

211

Tramo 15 - 20

90

119

1.600

3.048

4.637

Tramo 20 - 25

20

4.431

63

104

6.409

Tramo 25 - 30

18

33

5.248

2.385

14

Tramo 30 - 35

39

23

22

50

1.932

Tramo 35 - 40

18

123

176

31

450

Tramo 40 - 45

19

160

146

56

275

Tramo 45 - 50

7.291

25

54

3.207

74

Tramo 50 - 55

21

37

36

31

20

Tramo 55 - 60

1.564

1.361

2.124

147

796

Prom Kg/m

182,3

121,2

228,7

170,7

270,3

43

44

45

46

47

48

49

50

Tabla 4-3. Resultados de consumos de inyección en función del promedio de “A+B”

Para finalizar, se tomaron los resultados de las inyecciones ejecutadas en la fila “A” y la fila “B”. De acuerdo a estos resultados se hace una nueva clasificación del terreno, con el fin de determinar en qué sectores de la longitud de la ataguía

CONVENCIONES Perforaciones Primarias (Separación 10m) Perforaciones Secuendarias (Separación 5m) Perforaciones Terciarias (Separación 2,5m) Tomas de lechada superiores a 50Kg/m Límite entre CCR y Macizo Rocoso Cemento Kg/m

<150 150-300 300-450 450-600 >600

51

52

Tramo 10

Tramo 11

Tramo 12

Tramo 13

Tramo 14

Tramo 15

Tramo 16

Tramo 17

19

21

23

25

27

29

31

33

20

Fila "A" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 456 Tramo 25 - 30 28 Tramo 30 - 35 25 Tramo 35 - 40 117 Tramo 40 - 45 3.765 Tramo 45 - 50 44 Tramo 50 - 55 155,36 Tramo 55 - 60 747

9

25 16 33 46 39 119 42 34

245 5.632 7.879 88 3.927 7.148 8.470 4.935

26 57 41 139 227 28 129 111

987 987 3.572 3.572 5.690 5.003 1.098

5.438 35 2.694 6.409 6.409 313 129

1.200 9.904 9.195 6.409 5.001 5.632 5.904

24 787 304 39 127 88 908

5.307 14.011 5.438 2.479 1.565 13 3.410

958,1

19,0

597,4

612,1

1.235,5

65,1

920,6

19

21

23

25

27

29

31

33

130 6.409 144 3.825 85 20 6.409 2.309 53

28 79 23 2.237 25 6.409 268 387

2.146 6.409 3.900 25 301 958 113

405 1.687 40 246 51 230 507

38 14 17 30 35 227 487

28 28 49 45 13 96 2.779

27 20 55 27 466 564 186

30 17 27 48 30 27 755

484,6

236,4

346,3

90,4

24,2

86,8

38,5

26,7

Prom Kg/m 133,4

Fila "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60 Prom Kg/m

353

Terciarias

Tramo 10  309

Tramo 11

Tramo 12

Tramo 13

Tramo 14

Tramo 15

Tramo 16

Tramo 17

597

183

344

318

661

52

474

380

53

Tramo 18

Tramo 19

Tramo 20

Tramo 21

Tramo 22

35

37

38

39

40

41

43

44

Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60

61 6.409 60 6.409 3.217 200 2.849

4.124 658 6.694 44 4.821 2.696 130

24 158 30 38 63 42 35

4.000 439 122 42 29 21 34

50 134 92 36 71 60 36

795 6.418 3.224 2.537 47 71 24

159 355 174 282 776 56 3.457 88

147,6 40,8 38,8 82,5 71,9 28,2 22,3 12,6

Prom Kg/m

548,7

547,6

133,9

374,7

133,7

35

37

39

40

41

43

31 78 132 32 34 142 119

11 20 119 18 27 28 176

18 39 52 22 33 390 37

110 44 41 58 51 35 25

96 111 549 549 466 44 42

19 43 40 30 42 58 22 49

16,2

11,4

16,9

10,4

53,0

7,6

390

842

Tramo 18

Tramo 19

Tramo 20

Tramo 21

Tramo 22

282

280

75

214

71

Fila "A"

Fila "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60 Prom Kg/m Terciarias



184

54

445

Tramo 23

Tramo 24

Tramo 25

Tramo 26

Tramo 27

Tramo 28

Tramo 29

Tramo 30

Tramo 31

45

47

49

51

53

55

56

57

58

59

61

1.798 6.409 75 33 304 21 28 1.559 47

51 373 384 58 23 85 28 14 23

6.267 6.267 7.380 788 6.409 810 2.696 61 11

35 168 45 20 47 34 154 15 31 66

157 2.141 2.141 6.409 134 29 65 132 709 203

10.739 10.739 10.739 3.196 490 2.630 1.866 244 650

46

Fila "A" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60

1.259 6.409 303 380 38 1.447 99 27

681 6.409 125 140 1.564 1.643 2.345 51

329 6.409 52 4.185 58 2.357 558 52

5.200 5.200 5.200 6.409 6.409 227 6.409 2.148 476

249,0

323,9

350,0

837,3

228,3

681,9

242,4

917,6

45

47

49

51

53

55

57

59

61

3.105 5.438 7.380 106 22 56 43 55

12 66 13 36 52 21 30 35

85 1.069 1.666 3.917 606 6.409 159 34

186 337 752 52 174 209 1.360 200 26

1.565 6.409 6.409 6.409 89 255 205 654 654

22 98 451 418 689 78 155 37 50

155 2.429 6.409 46 17 32 19 719 806

57 3.777 118 18 23 12 15 479 46

52 274 7.380 52 87 21 92 27 675

405,1

6,6

348,6

73,3

503,3

44,4

236,3

101,0

192,5

5.438 16 7.499 5.632 5.632 2.951 4.221 3.480

68,9 12,6 16,5 17,5 27,2 24,3 22,3 14,6

Prom Kg/m 871,7

Fila "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60 Prom Kg/m

204

Terciarias

Tramo 23  638

1.039

615

Tramo 24

Tramo 25

Tramo 26

Tramo 27

Tramo 28

Tramo 29

Tramo 30

Tramo 31

128

336

212

670

136

459

172

555

370

55

Tramo 32

Tramo 33

Tramo 34

Tramo 35

Tramo 36

Tramo 37

Tramo 38

Tramo 39

63

65

67

69

70

71

73

75

77

970 6.409 4.698 6.409 5.697 4.516 788 23 22 105

112 147 47 82 73 52 43 170 32 64

3.163 3.163 2.512 950 738 273 6.409 22 19 782

6.409 6.409 120 120 1.259 7.280 820 820 29 848

2.164 2.164 2.164 1.279 326 1.303 29 604 36 28

30 2.441 6.409 3.600 6.409 5.632 170 6.409 6.409 516 5.386

Fila "A" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60

7.380 6.409 6.409 6.409 56 824 6.409 39 405

6.409 1.329 1.329 1.329 169 169 169 789 58

4.699 4.699 4.699 4.699 189 1.203 171 515 51 20

Prom Kg/m

763,1

261,1

418,9

592,7

360,6

482,3

201,9

789,2

63

65

67

69

71

73

75

77

19 569 212 6.409 24 54 36 27 22 45

1.441 1.441 2.374 2.374 31 20 29 48 47 17

40 119 2.106 6.409 3.975 40 28 34 59 32 88

52 194 66 2.236 523 6.409 12 35 31 18 10

148,4

156,4

235,1

174,3

Fila "B" Tramo 0 - 5 Tramo 5 - 10 Tramo 10 - 15 Tramo 15 - 20 Tramo 20 - 25 Tramo 25 - 30 Tramo 30 - 35 Tramo 35 - 40 Tramo 40 - 45 Tramo 45 - 50 Tramo 50 - 55 Tramo 55 - 60 Prom Kg/m

53 429 593 840 133 13 14 17 332

225 225 822 822 37 16 21 432 552

98 1.953 1.549 180 44 23 34 17 109

462 6.409 6.409 200 29 45 40 58 51 20

53,9

70,1

89,0

274,4

Tramo 32

Tramo 33

Tramo 34

Tramo 35

Tramo 36

Tramo 37

Tramo 38

Tramo 39

408

166

254

434

254

319

219

482

820

Terciarias



320

56

5. Conclusiones El estudio fue desarrollado para determinar el estado del macizo rocoso en la fundación de la presa, y el posible comportamiento de la lechada dentro del mismo.

Con el seguimiento hecho durante el proceso constructivo de la cortina tiple de inyección se determinó que se presentaron zonas muy marcadas de falla principalmente hacia el centro del plano de construcción de la ataguía.

Del mismo modo se notó un considerable consumo de lechada durante la primera fase de construcción, es decir durante la inyección de las perforaciones primarias siendo que se estaba tratando un macizo rocoso sin ningún tratamiento previo.

De acuerdo a los resultados obtenidos, durante las inyecciones de segundo orden (Inyecciones secundarias), y al dar inicio a la fila de perforaciones aguas abajo, en determinados tramos se vió una disminución del consumo en más de un 50% lo que nos determina que la primera lechada inyectada afectó de manera positiva una cantidad importante de fallas dentro de la roca.

Al hacer un análisis comparativo a las perforaciones a las cuales se les realizó el ensayo Lugeón contra los consumos de lechada, no fue posible determinar un parámetro de estado del macizo rocoso, siendo que los resultados Lugeónno fueron afines con los consumos de las mismas perforaciones, por lo tanto podemos concluir que los ensayos Lugeón no son un dato determinante para tener una idea del plano de falla dentro de las perforaciones.

57

6. Recomendaciones

Es importante realizar un estudio analítico de este tipo de trabajos particulares teniendo en cuenta que Colombia, por su topografía es un país óptimo para realizar este tipo de obras y está pasando por un momento de auge en la construcción de importantes hidroeléctricas, lo cual con base en este tipo de estudio se pueden replantear procedimientos constructivos más rápidos y económicos.

Se considera realizar de manera aleatoria perforaciones con recobro durante el proceso constructivo de la cortina con el fin de tener una idea más acertada sobre las condiciones del macizo rocoso, siendo que los ensayos Lugeón parece nos ser tan efectivos como se esperaba.

58

7. Referencias CASSAN, Maurice. et.al. “Los ensayos “in situ” de la mecánica de suelo.”

CHACIN, María Gabriela. Optimización De Los Criterios Utilizados Para La Construcción De La Cortina De Inyección En La Presa De Enrocamiento Izquierda Con Pantalla De Concreto Del Proyecto Hidroeléctrico “Manuel Piar” (Tocoma), Estado Bolívar. Universidad De Oriente Núcleo Bolívar Escuela De Ciencias De La Tierra Departamento De Geotecnia. 2010

CHAVES. Carlos y VARGAS. Asdrúbal. Criterios utilizados para el diseño de la cortina de Impermeabilización del Proyecto hidroeléctrico PIRRÍS, Costa Rica Centro de Servicio Exploración Subterránea, Área de perforación y servicios conexos, Instituto Costarricense de Electricidad. 2005 Consorcio Integral – VQ Ingeniería. Grupo ICT II S.A.S. CONALVÍAS. “Procedimiento Técnico de Inyección y Cortina”. Betulia. Santander, Colombia 2011.

DE GIORDANO. Pablo Tratamiento De Fundaciones – Inyecciones Recopilación de “Groutingtechnology” del U.S. Army Corps of Engineers, reportes del Bureau of Reclamation,“Construction and design of cementgrouting” de A. C. Houlsby, artículos de Lombardi y Deere, y otras publicaciones. Pág. 15

EMPRESA MISICUNI. Especificaciones Técnicas. Construcción Presa y Obras anexas. Capítulo 10. Inyecciones a Presión y Huecos de Drenaje.

Especificaciones Técnicas, Construcción presas y obras anexas, Inyecciones a presión y huecos.

59

INSTITUTO

COLOMBIANO

documentación;

Presentación;

DE

NORMAS

Tesis

y

TÉCNICAS.

Trabajos

de

Descriptores, Investigación.

Sextaactualización. Bogotá D.C. ICONTEC 1486, 4490 y 5613.

EWERT, F.K. (1992) “The individual groutability of rocks”. Water Power & Dam Construction, Vol. 44, N° 1, January 1992.

60

Anexos

61