Trabajo de Diploma ”Diagnóstico de patologías en presas de ...

Trabajo de Diploma:”Diagnóstico de patologías en presas de tierra y propuestas de soluciones. Caso de estudio: Presa Minerva y Gramal”. � ��

Pensamiento �


"Donde radica el mérito, si en dar todo por nada, o a partir de la nada poder crearlo todo.”

Leonardo Da Vinci

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A mi mamá Victoria Álvarez: Gracias mamita por estar presente en cada momento, por salir adelante con nosotros cuando el mundo se te hizo pequeño, por ser ejemplo de constancia , por quererme y ofrecerme lo mejor de ti, por la educación que desde la cuna me diste, gracias por todo mi viejita.

A mi otra mamá Olivia Ruiz : Por todo el amor y apoyo que me has dado, por acogerme como hijo, por aprender de ti las virtudes más lindas que pueda tener una persona, por ser mi refugio cuando las cosas fueron cuesta arriba, gracias.

A mi papá Ciro Rodríguez: Por retomar el lugar de padre que me negó el destino, por enseñarme a crecer como hombre, por ser todo lo que has sido en mi vida.

A mi hermano Ronny: Por cuidar de mi desde niño, por ser mi guía en todo momento, por enseñarme a no andar por los tropiezos que la vida te puso, a siempre apostar por un poco más, a ser perseverante, por asumir el papel de padre y hermano, por ser el manager de mi vida y más que todo y con orgullo agradezco, que hayas sido tú, mi hermano.

A mi tía Juana: Mi tía del alma, gracias por estar siempre pendiente de tu sobrino, por brindarme tu apoyo en todo momento cuando otros no lo hicieron, por confiar en mí y llenarme de optimismo, por todo esto y más……

A mis hermanos Nany y Tata: Por el cariño que me acogieron, por cuidarme en todo momento, por ser para ustedes el hermano menor, por estar ahí cuando más los necesité.

A Yara: Por ser paciente en todo momento, mi mejor amiga, por estar conmigo en las buenas y en las malas, por la ayuda que me brindaste en estos 5 años para lograr esto, por todas las demás cosas que sabes……. gracias.

A Mabe y Cabane: La otra parte de mi familia, gracias por acogerme como hijo, por ayudarme en todo momento a que las cosas salieran, gracias viejetes.

A mis cuñadas Yeny y Maybe: Por el apoyo que tuve en ustedes siempre.

A Colomar: Por ser un gran amigo.

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A mi amigo Araya: Por la amistad que hemos mantenido, por echar hacia delante en los momentos más difíciles, por ser ejemplo de cuando se quiere se puede, por la ayuda incondicional que siempre tuve en tí, por ser ante todo amigo y hermano.

A mi tutor Lamberto Álvarez Gil: Por haber confiado en mí, por ser ejemplo como profesional, por la ayuda que me brindó para que todo fuera posible.

Al profesor Luis Ibáñez: Como le digo mi segundo tutor, gracias.

A mis amigos Boris y Felipe: Por ayudarme que todo fuera.

A las familias: Rodríguez Ruiz, Pérez Cabane, Sánchez Verga, Araya García.

A mis amigos del cuarto: Javier, Dayran, Félix, El Niche, Goya, Soto, Osiris y el Chama.

A todo el grupo de 5to año de Ingeniería Civil curso 2008 – 2009.

A los profesores que se esforzaron porque aprendiera y llegara hasta aquí.

A mis amigos del pre: No tengo que mencionarlos gracias por su amistad.

A Nancy García: Gracias, siempre dispuesta cuando hizo falta.

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“A mi padre Ricardo Gutierrez por cuidarme siempre, que Dios te tenga en la gloria“.

Resumen � ��


En esta investigación se realiza un estudio detallado del estado del arte

referente a las obras hidráulicas, en específico las presas de tierra en relación

a las patologías que se pueden presentar en estas obras.

Se propone una metodología para el diagnóstico de las patologías por etapas

para el análisis de las presas Minerva y Gramal, situadas en la provincia de

Villa Clara, determinándose el diagnóstico, alternativas para la solución y los

materiales a utilizar.

Mediante la modelación de la galería y la cortina de la presa Minerva se obtuvo

el comportamiento de estos objetos de obra, permitiendo el análisis de las

causas de las patologías y establecer las recomendaciones necesarias.

Se presenta el diseño estructural de la glorieta que sirve como elemento de

cubierta al pozo central de la presa Gramal.

En este trabajo se incluye el catálogo final de las patologías para ambas

presas, mostrando su descripción, manifestación, diagnóstico y soluciones,

como herramienta de trabajo para la Empresa de Aprovechamiento Hidráulico

de Villa Clara.

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�Índice ��


TABLA DE CONTENIDO Pág. PENSAMIENTO AGRADECIMIENTO DEDICATORIA

RESUMEN ÍNDICE

1 INTRODUCCIÓN 1 2. CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL ESTADO DEL ARTE SOBRE LAS

PATOLOGÍAS EN ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS.

9 1.1 Introducción 9 1.2 Clasificación de tipos de presas. Elementos componentes 11 1.2.1 Tipos de presas 11 1.2.2 Elementos componentes de una presa. 13 1.3 Clasificación de los problemas de estabilidad en presas de tierra. 20 1.4 Patologías más frecuentes en obras hidráulicas. Mantenimiento y

reconstrucción. Metodología para la intervención.

22

1.5 Conceptualización de la modelación para su aplicación en la intervención de presas de tierra.

24

1.5.1 Introducción a la modelación. 24 1.5.2 Antecedentes de la modelación estructural aplicadas a obras de

ingeniería.

26

Conclusiones parciales del capítulo 32 3. CAPÍTULO 2. LAS PATOLOGÍAS EN LAS PMG, ORIGEN Y CAUSAS Y

METODOLOGÍA PARA LA INTERVENCIÓN. 33

2.1 Introducción

33

2.2 Metodología para el diagnóstico 34 2.2.1 Metodología para el diagnóstico. Análisis por etapas. 34 2.2.2 Esquema de la metodología propuesta para el análisis en obras

hidráulicas.

42 2.3 Análisis de las patologías en las PMG.

2.3.1 Análisis de las patologías en la presa Gramal. 2.3.2 Análisis de las patologías en la presa Minerva. Conclusiones parciales del capítulo

44 44 51

55

4. CAPÍTULO 3. ANÁLISIS Y PROPUESTAS DE INTERVENCIÓN TÉCNICA A LAS PATOLOGÍAS EN LAS PMG.

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�Índice ��


56 3.1 Introducción

56

3.2 Solución a las patologías en las PMG. 57 3.2.1 Solución a las patologías en la presa Gramal. 57 3.2.2 Solución a las patologías en la presa Minerva.

3.3 Modelación y análisis de la galería y la cortina de la presa Minerva. 3.3.1 Modelación de la galería de la presa Minerva. 3.3.2 Modelación de la cortina de tierra de la presa Minerva. 3.3.3 Diseño de la glorieta del pozo central de la presa Gramal. Conclusiones parciales del capítulo. CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍA ANEXO 1 ANEXO 2 ANEXO 3 ANEXO 4 ANEXO 5 ANEXO 6 ANEXO 7 ANEXO 8

63

68 68 74 81

86

87 89 90 92 96 97

102 111 120 125 128 136

Introducción ��


Por la necesidad de reparación de las obras hidráulicas en la provincia de Villa

Clara, se ha planteado por parte de los directivos relacionados con el tema,

realizar la inspección y evaluación de los daños existentes en las presas de

tierra, objetos de obras que cuentan actualmente con más de 20 años de

explotación y requieren una detallada investigación de sus partes

componentes.

En el presente trabajo se realizará una evaluación de los daños y afectaciones

que están presentes en los objetos de obra mediante el análisis de un caso de

estudio real.

Se aplicará una metodología para la identificación y caracterización de las

patologías que se manifiestan en las estructuras hidráulicas, donde se

establecerán las posibles causas encontradas y se darán las recomendaciones

para su solución, recopilando todos los datos en un catálogo.

Las presas de tierra tienen como partes componentes:

El aliviadero: Es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase, libre o

controlado del agua en los escurrimientos superficiales, formado por un

vertedor (muro de gravedad), muros de contención, losas de fondo y vigas en

las estructuras de entrada y salida según los tipos de aliviadero.

Las tomas: Son también estructuras hidráulicas, utilizadas para extraer agua de

la presa para un cierto uso, como puede ser abastecimiento, formado por una

galería por debajo del terraplén, muros y losa de fondo para la estructura de

entrada y salida y la torre de control donde se ubican los mecanismos que

regulan la entrada del agua.

La cortina: Se corresponde con el terraplén de materiales locales que se

construye en el valle del río para represar sus aguas y su geometría queda

definida por taludes y bermas en su sección transversal.

Con las disímiles ventajas que nos ofrece la computación, con todos los

programas de modelación de las estructuras ahora aplicada a las obras

hidráulicas podemos dar soluciones mas convenientes, económicas y con gran



velocidad de ejecución de las tareas una vez establecidas las propuestas de

solución, donde el tiempo es dinero y necesidad, por la complejidad de estas

obras y el peligro que pueden constituir un fallo.

La durabilidad es una de las propiedades básicas imprescindibles que se le

exigen a las construcciones y sus partes y materiales componentes,

expresando esta condición, la capacidad de las obras para mantener el resto

de sus propiedades durante el transcurso del tiempo, bajo los efectos de

diversos factores naturales y fortuitos , lográndose a partir del aseguramiento

de la calidad del diseño ,selección de los materiales y ejecución, también con

una correcta utilización de la obra y un mantenimiento sistemático durante su

período de servicio.

Las patologías en las estructuras, se manifiestan por diversos factores como:

defectos de diseño o ejecución, esfuerzos mecánicos, mala elección de

materiales entre otros. El estudio de las patologías, síntomas y causas

permiten definir su tratamiento y elaborar conclusiones sobre su prevención.

Intervenir una obra a tiempo, permitiría la devolución de su funcionamiento de

forma íntegra y sin mayores complicaciones, evitando la afectación a todos los

ciudadanos que se benefician de estos servicios, contribuyendo al bienestar de

la sociedad y la tranquilidad de las autoridades pertinentes. Contar con presas

para el almacenamiento de agua siempre es provechoso para el país,

garantizar la seguridad de las mismas es tarea de todo ingeniero a cargo de su

correcto funcionamiento.

Fundamentos metodológicos del trabajo

Situación Problemática:

Debido al grado de deterioro de las estructuras en las presas de tierra, caso de

estudio presas Minerva y Gramal (PMG) se ha planteado la necesidad de

plasmar en un catálogo de patologías las afectaciones existentes en las

mismas.



Planteamiento del problema:

No existe una metodología de inspección capaz de analizar las patologías y

revertir los daños en las presas Minerva y Gramal, obras hidráulicas que por

sus años de explotación lo requieren, la Empresa de Aprovechamiento

Hidráulico de Villa Clara ha buscado apoyo para afrontar la problemática.

Interrogante:

¿Identificación de las patologías en las estructuras hidráulicas en las PMG,

donde se haga una descripción de las mismas, diagnóstico técnico y las

soluciones necesarias para devolverle el correcto funcionamiento a la obra?

Objeto de estudio:

El objeto de estudio de esta investigación constituye las PMG con la

identificación de las patologías en sus estructuras.

Hipótesis:

Confeccionar una metodología de inspección capaz de analizar las patologías

en las PMG, identificarlas y poderlas ubicar en un catálogo donde se definan,

manifestación, diagnóstico, intervención técnica y recomendaciones, permitirá

revertir el grado de deterioro identificado en estas obras.

Objetivo general:

Caracterizar las patologías existentes en las presas de tierra Minerva y Gramal

mediante la aplicación de una metodología de análisis y diagnóstico que se

ajuste a este tipo de obras de ingeniería.

Objetivos específicos:

Identificar las patologías que se presentan en las estructuras hidráulicas, a

partir de la manifestación, diagnóstico, soluciones para atenuar los daños.

Elaborar un catálogo donde se incluyan las patologías detectadas en PMG.



Las tareas principales:

Recopilación bibliográfica preliminar, definición y elaboración del plan de

trabajo.

Bibliografía y análisis del estado del arte de las patologías en estructuras

hidráulicas.

Redacción del Capitulo1 “Caracterización del estado del arte sobre las

patologías en estructuras hidráulicas.”

Redacción del Capitulo 2 “Las patologías en las PMG, origen y causas y

metodología para la intervención.”

Confección de una metodología de inspección para determinar origen y causas

de las patologías existentes en las PMG.”

Redacción del Capitulo 3 “Análisis y propuestas de intervención técnica a las

patologías en las PMG. “

Elaboración de un catálogo que encierre de forma conjunta: patología,

descripción, diagnóstico e intervención técnica.

Redacción de las conclusiones y recomendaciones del trabajo, anexos y

bibliografía.

Novedad científica:

Formular una herramienta de evaluación de las patologías en las PMG

(Metodología de diagnóstico), que permita definirlas y establecer los materiales

y soluciones para ser intervenidas, mostrar el catálogo para las mismas.

Aportes científicos relevantes:

Mostrar las vías de solución más eficaces para la reparación o evaluación de

los elementos estructurales en las presas Minerva y Gramal.



Valor Científico de la investigación:

Se realiza una caracterización de los procesos patológicos existentes en una

obra hidráulica específica en explotación, con las referencias de los principales

autores que han desarrollado sus investigaciones en el tema. Definiremos los

principales conceptos a tener en cuenta para realizar los trabajos de

conservación y mantenimiento en las estructuras de las presas de tierra, la

forma de proceder, las vías más factibles y las recomendaciones necesarias

para evitar la ocurrencia de las patologías desde las etapas de diseño y

ejecución.

Valor Metodológico de la investigación:

Recopilación bibliográfica del estado del arte y las patologías existentes en las

PMG, desarrollando una metodología para realizar el diagnóstico e intervención

de los elementos afectados con la ayuda de los programas computacionales,

brindando las recomendaciones necesarias para la conservación y

mantenimiento de las presas.

Valor Práctico Ingenieril de la investigación.

La Empresa de Aprovechamiento Hidráulico de Villa Clara contará con una

investigación capaz de revertir los daños en las PMG, desde el análisis de las

causas hasta la forma de intervención, recomendaciones y materiales a usar en

las propuestas de solución.

En la página siguiente se muestra la metodología general de la Investigación.



Metodología general de investigación.

Desarrollo particular de cada etapa de la investigación:

Etapa 1. Búsqueda y análisis de información científico técnica sobre temas

afines a la investigación en cuestión.

Estudio de las fuentes bibliográficas identificadas para establecer:

Definición de estructuras hidráulicas.

Clasificación de las estructuras hidráulicas, características fundamentales.

Definición del problema de estudio

Recopilación de la bibliografía General

Formación de la Base Teórica General

Planteamiento de la Hipótesis

Definición de objetivos

Definición de las Tareas Científicas

Estudio bibliográfico y análisis del estado del arte de la temática

Diagnóstico de las patologías

Definir origen y causas de las patologías

Intervención técnica y elaboración del catálogo

Conclusiones y Recomendaciones



Partes de una obra o conjunto hidráulico. Partes componentes de las

estructuras hidráulicas.

Criterios de diseño y construcción de las estructuras hidráulicas. Principios de

Diseño.

Identificación de las principales patologías que se presentan en las estructuras

hidráulicas. Tipos, Características, causas y soluciones.

Conceptos referidos al mantenimiento y reconstrucción de obras hidráulicas.

Conceptualización de la modelación en obras hidráulicas.

Etapa 2 Definir las patologías, el origen y las causas de las mismas en las

estructuras hidráulicas en presas de tierra, PMG, además de la metodología

para la inspección e intervención.

Etapa 3. Modelación de algunos objetos de obra, establecimiento de las

intervenciones técnicas de las estructuras hidráulicas antes mencionadas y

elaboración del catálogo.

Etapa 4. Redacción y revisión del informe de la investigación realizada.

Correspondiente al proceso de entregas parciales de los resultados del trabajo

realizado a partir de cumplir y ser consecuente con el diseño de la investigación

en cuestión para su revisión y corrección.

Elaboración de conclusiones y recomendaciones:

En conclusión se pretende obtener el método de evaluación de las patologías

en las estructuras de las presas de tierra Minerva y Gramal, donde se

establezca la metodología de análisis para el diagnóstico y confeccionar un

catálogo donde se defina patología, descripción, diagnóstico y soluciones.



La estructura y orden del trabajo.

Introducción

Capítulo I: Caracterización del estado del arte sobre las patologías en

estructuras hidráulicas.

Capítulo II: Las patologías en las PMG, origen y causas y metodología para la

intervención.

Capítulo III: “Análisis y propuestas de intervención técnica a las patologías en

las PMG“.

Conclusiones

Recomendaciones

Bibliografía

Anexo

Campo de aplicación:

Este trabajo de investigación es aplicable en todo el país, para satisfacer la

necesidad de conservación y mantenimiento de las estructuras en presas de

tierra, a partir de una guía para la identificación de las patologías, origen,

causas e intervenciones a realizar, que en este caso es aplicado a obras

específicas como las PMG, constituyendo un documento que puede hacerse

extensivo para las demás obras hidráulica.

Capítulo �: “Caracterización del estado del arte sobre las patologías

en estructuras hidráulicas.”


1.1 Introducción.

Las presas de tierra han sido las más utilizadas desde la antigüedad, el suelo

como material componente de estas, es el más antiguo de los materiales de

construcción y el más complejo debido a su variedad y enormes propiedades.

Grandes esfuerzos realizaron los científicos en el siglo XX en la solución de los

problemas de la Mecánica de Suelos y con ello el diseño y construcción de

presas de tierra. La construcción de estas obras es de vital importancia para los

seres humanos en el desarrollo de sus tareas cotidianas. Nuestro país no esta

al margen de esto y por ello después del triunfo de la Revolución se ha

proyectado y construido una gran cantidad de presas de materiales locales

(tierra y enrocamiento). Al tener mayor conocimiento de la Mecánica de Suelo,

los ingenieros cuentan con métodos más racionales para su estudio. Cuando

una estructura como esta se encuentra en estado de fallo constituye una

enorme preocupación para los proyectistas y los residentes aguas abajo, su

rotura no constituye solo una perdida económica, sino una amenaza a la

seguridad de la población.

Las presas de materiales sueltos son terraplenes artificiales construidos para

permitir la contención de las aguas, su almacenamiento o su regulación. En los




siglos XIX y XX han tenido un uso bastante difundido debido al rápido

desarrollo de la técnica para trabajos con tierra y roca, y por la gran variedad

de esquemas constructivos que permite utilizar prácticamente cualquier suelo

que se encuentre en la zona, desde materiales de grano fino hasta suelos

rocosos previamente fracturados. Además de esto, las presas de materiales

sueltos tienen menos exigencias a la deformabilidad de la fundación que

cualquier otro tipo de presa.

Las presas deben ofrecer condiciones de seguridad durante la construcción y

en el transcurso de su operación. Para ello, es importante que exista una

buena coordinación entre el diseño y la construcción para asegurar que se

hagan las correcciones necesarias de manera que las obras se ajusten lo mejor

posible a las condiciones reales de campo.

Las presas, como cualquier otra estructura en particular constan de un proceso

productivo (producción y regulación de agua), requiere un mantenimiento o

conservación que le permita un funcionamiento idóneo, para la correcta

explotación dentro de ese proceso productivo.

Además, tienen un riesgo potencial, que nos obliga hoy en día a establecer

planes de mantenimiento para la correcta explotación que decimos, que no es

solo un problema de buen funcionamiento del proceso productivo, sino que

está relacionado con la seguridad.

Dada esta relación entre mantenimiento y seguridad de la presa, debe incluirse

en las normas de explotación un protocolo que regule este mantenimiento

reduciendo así los riesgos considerablemente.

En la actualidad se ha acudido en gran medida a la modelación de las

estructura hidráulicas en presas de tierra, ofreciendo grandes ventajas, una de

ellas es incrementa la efectividad de las investigaciones de patologías, la cual

investiga los fallos encontrados en las estructuras hidráulicas, permitiendo la




modelación para encontrar las soluciones más racionales de los problemas

estructurales de las presas que a su vez provoca un ahorro de los recursos

disponibles.

1.2 Clasificación de tipos de presas. Elementos componentes.

Se hará referencia a los distintos tipos de presas hidráulicas, conceptos

fundamentales, conocer lo necesario acerca de sus partes componentes y la

función que realiza cada una. Tenemos como objetivo fundamental

familiarizarlo con todo lo referente al conjunto agua, tierra, hormigón

constituyente de estas estructuras.

1.2.1 Tipos de presas.

Los diferentes tipos de presas responden a las diversas posibilidades de

cumplir la doble exigencia de resistir el empuje del agua y evacuarla cuando

sea preciso. En cada caso, las características del terreno y los usos que se le

quiera dar al agua, condicionan la elección del tipo de presa más adecuado.

Presa:

Muro fabricado con piedra, hormigón o materiales sueltos ,que se construyen

habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río, arroyo o canal con la

finalidad de contener el agua en el cause fluvial para su posterior

aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el

objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, o para la producción de energía

mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía

cinética, y esta nuevamente en dinámica al accionar la fuerza del agua un

elemento móvil.

Clasificación según el uso.

Presas de almacenamiento: Se construye para embalsar el agua en los

periodos que sobra, para utilizarla cuando escasea.




Presas de derivación: Se construyen ordinariamente para proporcionar la carga

necesaria para desviar el agua hacia las zanjas, canales u otros sistemas de

conducción al lugar donde se va a usar.

Presas reguladoras: Se construyen para retardar el escurrimiento de las

avenidas y disminuir el efecto de las ocasionales.(Pequeñas Editorial orbe

Habana 1981)

Clasificación según su proyecto hidráulico.

Presas vertedoras: Se proyectan para descargar sobre sus coronas, deben

estar de materiales que no se erosionen con tales descargas.

Presas no vertedoras: Son las que se proyectan para que no rebase el agua

por su corona. Este tipo de proyecto permite ampliar la elección de materiales

incluyendo las presas de tierra y las de enrocamiento. (Pequeñas Editorial

orbe Habana 1981)

Clasificación según los materiales.

Presas de tierra: Constituyen el tipo de presa más común, principalmente

porque en su construcción intervienen materiales en su estado natural que

requieren el mínimo de tratamiento.

Presas de concreto del tipo de gravedad: Se adaptan a los lugares en los que

se dispone de una cimentación de roca razonablemente sana, aunque las

estructuras bajas se pueden establecer sobre cimentaciones aluviales si se

construyen los dados adecuados.

Presas de concreto del tipo arco: Se adaptan a los lugares en los que la

relación de la distancia entre los arranques del arco a la altura no es grande y

donde la cimentación en estos mismos arranques es roca sólida capaz de

resistir el empuje del arco.




Presas de concreto del tipo contrafuertes: Comprenden las losas y los arcos

requieren el 60 % menos de concreto que las presas macizas de gravedad.

(Pequeñas Editorial orbe Habana 1981)

1.2.2 Elementos componentes de una presa:

El aliviadero:

Es una estructura hidráulica destinada a permitir el pase, libre o controlado del

agua en los escurrimientos superficiales, formado por un vertedor (muro de

gravedad), muros de contención, losas de fondo y vigas en las estructuras de

entrada y salida según los tipos de aliviadero.

La importancia que tiene este tipo de estructura en el funcionamiento de una

presa es vital. Muchas de las fallas de estas se han debido a vertedores mal

proyectados o de capacidad insuficiente.

Además de tener suficiente capacidad el aliviadero debe ser hidráulica y

estructuralmente adecuado y debe estar localizado de manera que las

descargas no erosionen ni socaven el talón de aguas debajo de la presa.

Al determinar la mejor combinación de capacidad de almacenamiento y

capacidad del vertedor para afrontar la avenida deben considerarse todos los

factores pertinentes de hidrología, hidráulica, proyecto, costo y daños posibles.

La frecuencia del uso del vertedor la determinan las características de

escurrimiento de la cuenca y la naturaleza del aprovechamiento.

Vertedor de servicio: debe proyectarse para que de paso a las avenidas que

puedan ocurrir frecuentemente.

Vertedor auxiliar: se ajusta para funcionar solamente cuando se excedan las

avenidas pequeñas.

Vertedor de emergencia: se construyen para dar mayor seguridad en el caso

de que se produzcan emergencias que no se hayan tomado en cuenta en las




suposiciones normales del proyecto. Funciona como vertedor auxiliar cuando

ocurre una avenida mayor que la de proyecto.

Cuando las condiciones del emplazamiento son favorables debe estudiarse la

posibilidad de obtener una economía general utilizando un vertedor auxiliar en

combinación con uno de servicio.

Las características de evacuación de un vertedor dependen de la forma

especial de control que se haya elegido para la descarga. Puede tener la forma

de un vertedor de demasías, de orificio, de tubo corto o de tubo largo.

En la tabla 1.3 se sintetizan los varios tipos de vertedores que existen así como

las características que permiten su reconocimiento y funcionamiento.(J.

Hoffman 1981).

Tabla 1.1: Tipos de vertedores

Tipo de vertedor Características fundamentales De descarga libre El agua cae libremente de la cresta, pudiendo ser libre

la descarga o corriendo a lo largo de una sección angosta de la cresta. Ocasionalmente la cresta se prolonga en forma de boquilla volada para alejar el agua del paramento de la sección vertedora.

De cimaceo Tiene una sección en forma se “S”. La curva superior del cimaceo se ajusta rigurosamente al perfil de la superficie inferior de una lámina de agua, para que esta se adhiera al paramento del perfil evitando el acceso de aire a la cara inferior de la lámina. Debido a su mayor eficiencia esta es la sección que más se usa.

Con canales laterales

El vertedor de control se coloca a lo largo del costado y aproximadamente paralelo a la porción superior del canal de descarga. El agua sobre la cresta cae en un conducto angosto opuesto al vertedor, gira 90º y continúa hasta caer dentro del canal de descarga principal.

Con canal de descarga

Conduce su descarga desde el vaso hasta el nivel del río aguas abajo por un canal abierto colocado a lo largo




de la ladera del emplazamiento de la presa

De conducto y túnel

Se usa un canal cerrado o túnel para la conducción de la descarga. Se pueden usar la mayor parte de las formas de estructuras de control. Tiene ventajas en los emplazamientos de los cañones angostos, con laderas escarpadas o en lugares con peligro para las canales abiertas por derrumbes de roca u otros problemas.

De pozo o embudo

El agua entra sobre un bordo en posición horizontal, cae en un tiro vertical o inclinado y corre al cauce del río aguas abajo por un entubamiento horizontal. Su estructura la forman un vertedor de control, una transición vertical y un canal de descarga cerrado.

De alcantarilla Son adaptaciones especiales del vertedor de entubamiento o túnel. La abertura de su entrada está colocada verticalmente o inclinada aguas arriba o abajo y su rasante es uniforme o casi uniforme y de cualquier pendiente. El conducto debe funcionar parcialmente lleno.

De sifón Son sistemas de conductos cerrados con la forma de una “U” invertida colocada en tal posición que el interior de la curva del pasaje superior tenga la altura del nivel normal de almacenamiento en el vaso. Sus componentes incluyen: una entrada, una rama superior, una garganta o control, una rama inferior y una salida. Una de sus ventajas es su operación efectiva y automática sin mecanismos ni partes móviles.

El proyecto estructural de un vertedor y la selección de los detalles

estructurales específicos siguen a la determinación del tipo de vertedor y a la

disposición de los componentes y a la terminación del proyecto hidráulico

La cerrada: es el punto concreto del terreno donde se construye la presa.




El embalse: Es el volumen de agua que queda retenido por la presa.

El vaso: es la parte del valle que, inundándose, contiene el agua embalsada.

Las tomas: Son estructuras hidráulicas, utilizadas para extraer agua de la

presa para un cierto uso, como puede ser abastecimiento, formado por una

galería por debajo del terraplén, muros y losa de fondo para la estructura de

entrada y salida y la torre de control donde se ubican los mecanismos que

regulan la entrada del agua. (Cherry 2006)

Tabla 1.2: Clasificación de obras de toma

Obras Clasificación

Al río

Al canal

Por su salida A tubería forzada

Canal abierto

Canal cerrado

Conducto cerrado dentro de un corte y luego

cubierto

Por su cauce Túnel

Si tienen compuertas

Si no tienen compuertas

Por su operación

hidrológica

Si tienen conducto cerrado (a presión o como canal

abierto)

La forma que puede tener una obra de toma puede estar influida por varias

condiciones que provienen de los requisitos hidráulicos, a la adaptabilidad del

lugar y a la relación recíproca entre la obra de toma y los procedimientos de

construcción y a otras construcciones auxiliares del aprovechamiento. La

topografía y la geología pueden tener de manera más específica una gran

influencia en la selección del sistema.




Componentes de las obras de toma de agua

El tipo de la estructura de entrada depende de su localización y de su función,

de las diferentes estructuras auxiliares como rejillas para basuras, compuertas

de plumas o de las plataformas de operación que deben construirse. Debe

disponerse de un medio de disipar la energía del agua antes de volver la

descarga al río. Este puede consistir en un borde deflector, un estanque

amortiguador o un dispositivo semejante.

Pueden ser necesarias cámaras de compuertas, plataformas o locales que

proporcionen espacios necesarios para el resguardo y operación de los

mecanismos de control. También pueden requerir un canal de entrada para la

conducción del agua que se va a derivar o para llevar el agua cuando está a un

nivel bajo en el vaso y un canal de salida para regresar la descarga al río

Tabla 1.3: Componentes de las obras de toma

Componentes Tipos Observaciones

Canales

abiertos

Ordinariamente es un canal o canalón

construido a través del terraplén para llevar

el agua del vaso a un canal o hasta el nivel

del río aguas abajo.

Túneles Cuando las condiciones de las laderas y de

la cimentación permitan su empleo y si

resultan económicos en comparación con

otros tipos.

Obras de

conducción

Conductos

enterrados

Si las condiciones de cimentación no son

adecuadas para un túnel o si el tamaño del

conducto es demasiado pequeño para que

se justifique el túnel de tamaño mínimo.

Dispositivos

de control

Rejillas Impiden la entrada de basuras y peces.

Toman diferentes formas dependiendo de la




manera en que están montadas o

dispuestas en la estructura de entrada.

Compuerta

radial

Compuerta

deslizante

Generalmente se colocan los controles de

las compuertas aguas arriba para los

conductos en una estructura de forma de

torre con los mecanismos elevadores

montados en la plataforma de operación

Válvulas de

paso

Se construye un pozo seco o una cámara

con cápsula y se coloca en un tramo de tubo

cuyo extremo aguas arriba esté empotrado

en un tapón de concreto.

Pozo de control

de acceso

Debe ser lo suficientemente grande para

que permita el paso de las partes removibles

y cambiables de las compuertas cuando sea

necesario.

Casas de

control

Son alojamientos que se construyen

alrededor de los controles sin los cuales el

equipo de operación quedaría expuesto o

cuando prevalecen condiciones adversas del

clima durante el período de operación.

Estructura de

entrada

Depende de las funciones que va a

desempeñar, de la variación de la carga en

el vaso, del gasto a controlar, de la

frecuencia con que se desembalse el vaso y

de algunas otras circunstancias. Puede ser

vertical, inclinada u horizontal

Torre central Para el control del equipamiento y

ventilación del sistema.

Estructura de

toma

Galería

Donde aparecen los conductos para la

conducción del agua.( Ver arriba: Obras de




conducción)

Estructura de

salida

Sus dimensiones y necesidades de revestirla

con enrocamiento dependen del material en

el que se excave el canal.

Estanques de

inmersión

Cuando el conducto de salida termina en un

trampolín o cuando el agua sale de una

válvula de control o de un tubo de descarga

libre. Únicamente si el chorro descarga en el

aire y cae hacia abajo en el estanque.

Estructuras

terminales y

de disipación

Pozos

amortiguadores

El amortiguamiento hidráulico se produce

por la turbulencia y la difusión de la corriente

de llegada con elevada energía en el

volumen de agua que se encuentra en el

vaso.

Los paramentos:

Son las dos superficies más o menos verticales principales que limitan el

cuerpo de la presa, el interior o de aguas arriba, que esta en contacto con el

agua, o el exterior o de aguas abajo.

Las compuertas:

Son los dispositivos mecánicos destinados a regular el caudal de agua a través

de la presa.

Principales tipos de compuertas

Los principales tipos de compuertas se muestran en el anexo 1.

La coronación:

Es la superficie que delimita la presa superiormente.




Los estribos:

Son los laterales del muro que están en contacto con la cerrada contra la que

se apoya.

Descarga de fondo:

Es la encargada de mantener el denominado caudal ecológico.

La cimentación:

Es la superficie inferior de la presa, a través de la cual descarga su peso al

terreno.

La cortina:

Terraplén de materiales locales que se construye en el valle del río para

represar sus aguas y su geometría queda definido por taludes y bermas en su

sección transversal. También es posible diseñar una cortina que se adapte a

las condiciones del terreno encontrado. Las cortinas de tierra están constituidas

por limo arenoso, arcilla o lutita compactada con una protección en valles

anchos o angostos. Pueden construirse sobre materiales o formaciones de

resistencia variable, desde competentes (granito, caliza) hasta incompetentes

(gravas, arenas). Resisten disturbios sísmicos moderados y son

razonablemente económicos.

1.3 Clasificación de los problemas de estabilidad en presas de tierra.

Los problemas en el proyecto de una presa de materiales locales asociados al

cálculo y diseño de la misma, se pueden clasificar en tres grupos:

a) La estabilidad de tipo estático, entendiendo por tal la necesidad de que

el coeficiente de seguridad, frente a un deslizamiento total o parcial que

afecte a la presa o a su cimentación, sea aceptable, bajo las fuerzas

másicas que actúan de una forma permanente, como son el peso propio de




la obra, las fuerzas de filtración y de la presión intersticial del agua en las

diversas circunstancias que se presentan normalmente en la vida de la

presa. Este tema está ligado fundamentalmente con la resistencia al

esfuerzo cortante de los materiales que la componen, de una forma menos

acusada con la deformabilidad y permeabilidad de los mismos.

b) La estabilidad de tipo interno, llamando así a la permanencia de la

funcionabilidad de cada una de las partes de la presa en especial la del

núcleo o pantalla de impermeabilización. Problemas como la fisuración,

erosión externa, pero principalmente la interna o sifonamiento, preocupan

cada vez más a los técnicos de presas. La dispersabilidad de los

materiales, su deformabilidad, su colapsabilidad, la geometría de la sección

tipo y de los contornos de la obra, juegan un papel decisivo en su correcto

funcionamiento.

c) La estabilidad de tipo dinámico, en aquellos casos en los que la

sismicidad del emplazamiento sea de tener en cuenta, si bien la mayor

parte de las veces esta solicitación se transforma en otra de tipo estático

equivalente, en casos especiales o importantes; es preciso efectuar un

análisis verdaderamente dinámico del comportamiento de la obra.

d) En este trabajo se abordan aspectos solamente relacionados con los

problemas de estabilidad de tipo estático y algunos temas de la estabilidad

de tipo interno. No avanzamos sobre el problema dinámico por su

complejidad y la necesidad de profundizar en los objetivos del trabajo.

(Alvarez Gil 1998)




1.4 Patologías más frecuentes en obras hidráulicas. Mantenimiento y

reconstrucción. Metodologías para la intervención.

En los distintos elementos ya sea en la cortina, como en el aliviadero y la obra

de toma, las patologías más frecuentes en las presas de tierra, se expondrán a

continuación en un cuadro resumen figura 1.1, a modo de conocimiento

general, pues este trabajo tiene como antecedente la tesis de,(Cherry 2006)

donde hace referencia detallada de cada una de estas patologías por elemento

estructural afectado, además de citar algunas experiencias que se presentan

en estructuras hidráulicas como es el caso de: La Presa Lebrije, Jatibonico,

Sancti Espíritus.

Los conceptos fundamentales de las patologías que afectan a las obras

hidráulicas están expuestos en el Anexo 2.

Nuestro objetivo con esto es elaborar un catálogo de patologías propio tanto

para la presa Minerva como Gramal, incluyendo la confección de fichas

técnicas que nos serán muy útil en el desarrollo de la investigación y en cada

una de las inspecciones a realizar.

Es necesidad de nuestro trabajo el conocimiento de los conceptos de

mantenimiento y reconstrucción de las edificaciones, como es el caso de:

inspección, reparación, deterioro y proceso patológico por citar algunos, y sus

diversas manifestaciones en una estructura. En el anexo 3 se exponen los

mismos citados por: (Cherry 2006)




Figura # 1.1 Patologías en los tres objetos de obra de una presa de tierra.

. En este capítulo haremos referencia a varias metodologías para la

intervención que han propuestos varios autores en determinados condiciones

de trabajo y en edificaciones diferentes, aplicadas a centros de valor histórico,

trabajos realizados por el grupo de proyecto investigativo (CIDEM), de otras

instituciones nacionales y extranjeras. El objetivo nuestro será basarnos en

estos trabajos y confeccionar una metodología propia para las obras

hidráulicas, colocándola al servicio de la empresa con quienes trabajamos en el

proyecto. La misma será mostrada en el capítulo 2.

Patologías en presas de tierra

Cortina de tierra

Deslizamiento

Agrietamiento

Sifonamiento

Deformación

Asentamiento

Filtraciones

Erosión

Toma de agua y aliviadero

Corrosión

Fisuración

Eflorescencia

Abrasión y Desgaste

Lixiviación

Cavitación

Carbonatación




A continuación citaremos ejemplos metodologías aplicadas a obras de valor

histórico.

1. (FC.CIDEM.Uclv 2004) "Proyecto de Investigación Palacio de los

Capitanes Generales."

2. (Autores. 2004) "Diagnóstico de edificaciones de La Plaza del Cristo."

3. (Álvarez 2004) "Sistema metodológico para el diagnóstico de las

edificaciones en el Centro Histórico de La Habana."

4. (Fc.CIDEM.Uclv 2005) "Análisis de la cúpula del Hostal Palacio Azul.

Cienfuegos."

5. (Jurado Jiménez 1998) "Tecnología Previa a la Restauración de

Edificios Históricos."

6. (Construcción 2004) Patologías y modelación del Templete.

1.5 Conceptualización de la modelación para su aplicación en la

intervención de presas de tierra.

1.5.1 Introducción a la modelación.

En el campo de la ingeniería, el hombre ha tenido que enfrentarse a un grupo

de fenómenos donde por limitaciones del conocimiento o por la carencia de una

infraestructura técnica adecuada, no ha podido encontrar la respuesta en el

problema real. Esto ha propiciado que tenga que recurrir a su capacidad

creativa y lograr una abstracción de este problema, obteniendo modelos sobre

los cuales se trabajan buscando una respuesta analítica, que por muy precisa

que ella sea, los resultados obtenidos serán indicativos del problema real, en la

medida que el modelo represente fielmente sus propiedades esenciales.

(Broche Lorenzo 2005)

Para todo objeto de modelación debemos tener presente el análisis del

problema real, el modelo de las cargas, del material y de la estructura, así

como los métodos de diseño y seguridad aplicados a la solución del modelo del




problema real. A continuación se muestra en la figura 1.2 el esquema o

concepción general de la modelación.

Figura 1.2: Concepción General de la Modelación.

Modelar una estructura es idealizar una estructura real por medio de un modelo

teórico factible de ser analizado mediante procedimientos de cálculo

disponibles. La modelación incluye la definición de diversas propiedades de los

elementos que componen al modelo. Esto implica la recolección de datos y la

suposición de otras propiedades, como son las propiedades elásticas de los

materiales incluyendo el suelo de cimentación y las propiedades geométricas

de las distintas secciones... (Meli Piralla 1986)

Problema Real

Modelo

de las

Cargas

Modelo

del

Material

Modelo

de la

Estructura

Métodos de

Diseño y

Solución

del Modelo del Problema Real




1.5.2 Antecedentes de la modelación estructural aplicada a obras de

ingeniería.

Para el análisis del comportamiento estructural de edificaciones patrimoniales,

se expondrán a continuación bibliografías precedentes que muestran el uso de

la modelación, sirviendo como herramienta estos trabajos para luego hacerlo

extensivo a las obras hidráulicas.

“Palacio de los Capitanes Generales”. (Centro histórico de La Habana Vieja)

Entre los años 2002 y 2004 se hace necesario un profundo estudio científico de

problemas detectados por envejecimiento físico de este inmueble, la

sobreexplotación a la que fue sometido y la falta de mantenimiento del edificio

entre otros, que provocó la aparición de patologías propias de estas

condiciones. Es por ello que se hizo necesario utilizar las más modernas

tecnologías y programas computacionales. En este caso se realizaron estudios

de las deformaciones y de las grietas encontradas con la instrumentación de

sensores. Se efectuó un levantamiento arquitectónico que posibilitó la

realización de una modelación estructural aplicando el programa profesional

Staad-III v.22.3 WM.

Con la realización de esta modelación se pudo determinar que las causas que

estaban generando estas deformaciones y agrietamiento eran las sobrecargas

que existían en el entrepiso y los gradientes de temperatura que se generaban

por el día entre la parte exterior y la interior de la obra. (Broche, Recarey 2002)

En la siguiente figura 1.3 se muestra la geometría, la modelación y los estados

tensionales de la estructura.




a) b)

c)

d)

Figura 1.3: Modelación del Palacio de los Capitanes Generales.

a) Vista de las fachas del palacio.

b) Maqueta del palacio realizada con el 3D Studio Max 3.0.

c) Modelo geométrico general de la obra.

d) Estados tensionales que se generan.

Análisis de la Cúpula del Hostal “Palacio Azul”. (Cienfuegos)

Para realizar la rehabilitación de la cúpula del hostal se realizó una defectología

de la misma y se corroboró con la implementación de la modelación estructural

utilizando el programa computacional ABAQUS/CAE versión 6.4-1. Con este

trabajo se evidenció que las columnas que habían fallado se debían por la

concentración de tensiones producto de la acción de la carga de viento

asociada a eventos extremos (huracanes) que afectaron esta región,




b)

pudiéndose implementar más tarde un sistema de apuntalamientos y propuesta

de rehabilitación(Broche Lorenzo 2005).

a)

c d)

Figura 1.3: Modelación de la Cúpula del Hostal “Palacio Azul.

a) Vista de la cúpula.

b) Modelo geométrico logrado.

c) Tensiones generadas por la acción del viento extremo.

d) Esfuerzos normales.

La tesis (Hernández 2008) “Modelación Estructural de Obras de Alto Valor

Patrimonial.”, constituye un trabajo precedente que presenta de forma precisa

todo lo relacionado a la modelación de estructuras para la ayuda de la

intervención técnica a las patologías, planteando toda la forma de proceder con

los programas computacionales en el análisis, en el cual nos apoyaremos y




tomaremos como referencia para el desarrollo de nuestra investigación, donde

la misma incluye un epígrafe relacionado con la modelación como herramienta.

Trabajos anteriores relacionados con la modelación de obras hidráulicas.

Como primera referencia tenemos la tesis “Modelación de la Torre de la Toma

de Agua”(Collado 2007), apoyado en el programa computacional SAP 2000,

modela la estructura, teniendo como base matemática el Método de los

Elementos Finitos (MEF).

La torre de la toma de agua se encuentra ubicada como se muestra a

continuación en la siguiente figura.

Figura 1.4: Torre de la toma de agua.

A continuación se muestra un modelo geométrico virtual de la estructura.

Figura 1.5: Modelo geométrico virtual de la estructura (toma de agua).




Para realizar la modelación del problema real es necesario conocer los

modelos de las geometrías, de los materiales y de las cargas que se le deben

entrar al software como herramienta en el proceso de modelación para

ajustarse lo mejor posible a la estructura real analizada(Collado 2007).

Como segunda referencia tenemos la tesis doctoral: “Algunas Aplicaciones

Prácticas del Análisis para la Estabilidad Interna y Estática de Presas de

Tierra”. (Alvarez Gil 1998)

Caso de estudio:

Comprobación de la estabilidad interna. Presa Agabama. Análisis del

agrietamiento.

Mediante el MEF se puede investigar la importancia relativa de los diversos

factores que afectan el desarrollo de las zonas de tensión en presas de tierra y

enrocamiento.

Breve descripción de los programas para la modelación.

Para crear nuestros modelos virtuales nos apoyaremos de manera específica

en el Sap2000, que es un programa de análisis, elástico lineal y de segundo

orden de estructuras, por medio de métodos de elementos finitos que incluye

un postprocesador gráfico para la presentación de resultados. Actualmente es

uno de los más utilizados entre los calculistas, investigadores y estudiantes.

Para la modelación de una estructura en el Sap 2000 existen tres

posibilidades:

1. Utilizar los “Models Templates” que son formas estructurales básicas que

luego son editadas para modelar las estructura.

2. La utilización de mallas tridimensionales que servirán para ubicar los nodos

y elementos en el espacio.

3. La importación de archivos de intercambio gráfico (.dxf). Estos son

generados en algún programa de dibujo como Autocad.




El Preproceso lo realiza primero definiendo todos los parámetros (menú

“Define”), ya sea materiales, geometría y cargas, para después asignarlos en el

menú “Assign”. Para completar esta acción se seleccionan primero los

miembros.

El programa permite una visualización gráfica de los valores tensionales,

esfuerzos y deformaciones.

También se utilizará el SIGMA/W, el cual permite trabajar diferentes modelos

de materiales (Lineal – elástico, elasto – plástico, superficie de deslizamiento,

etc.), y determinar la carga de rotura. Este programa tiene base matemática

en el Método de lo Elementos Finitos (MEF). En su algoritmo de trabajo, el

sistema parte de un estado tensional inicial y por sucesivos incrementos

internos de la carga se alcanzan la rotura.

El sistema SIGMA/W cuenta con un preprocesador y un postprocesador que

brinda la información referente a cada incremento de carga en cuanto a

tensión, deformación y plastificación.

Los ejemplos anteriores son sólo una muestra de la aplicación de las

herramientas de trabajo del proyectista para el cálculo, análisis e interpretación

de los distintos resultados necesarios para evaluar de una forma integral el

estudio del comportamiento de obras de ingeniería.




Conclusiones parciales del capítulo.

1. Mediante la caracterización del estado del arte se conoce las distintos tipos

de presas y sus partes componentes, materiales y condiciones a cumplir.

2. Se define las fuentes de conocimiento, referencias bibliográficas acerca de

las patologías y síntomas para la cortina de tierra, aliviadero y la toma de

agua que permiten proponer una forma de diagnóstico y catálogo de

patologías.

3. Se citan diferentes metodologías de diagnóstico que nos servirán como

base para elaborar una propuesta para las obras hidráulicas.

4. Se determina a partir de la experiencia acumulada en la modelación de

estructuras, la posibilidad de caracterizar la modelación de los objetos de

obras de presas de tierra, tomando como base: tipo de estructura, estados y

casos de carga que actúan sobre las estructuras para dar solución a los

problemas causales de las patologías presentes.

Capítulo II: “Las patologías en las PMG, origen y causas y metodología

para la intervención.”


2.1 Introducción.

En este capítulo se propone una metodología para la intervención bien definida

y explicada por etapas como aporte indispensable para la Empresa de

Aprovechamiento Hidráulico de Villa Clara, esta institución no cuenta con un

documento guía para inspeccionar y evaluar el estado de sus presas. Se hace

una caracterización general de las dos presas objetos de investigación, como

parte de una etapa de la metodología propuesta, conociéndose cada uno de

sus elementos componentes tanto el aliviadero, la obra de toma y la cortina.

Se inspeccionaron ambas obras con el apoyo del personal técnico de la

empresa y se detectaron cada una de las patologías definidas en fichas

técnicas que incluye: fotos, el elemento estructural afectado, la descripción de

la anomalía, hipótesis del origen y patología conocida.




2.2 Metodología para el diagnóstico.

El proceso patológico.

El encuentro con un proceso patológico tiene como objetivo su solución, que

implica la reparación de la unidad constructiva dañada para devolverle su

misión inicial.

Para atacar un problema constructivo, en primer lugar se debe diagnosticar, es

decir, conocer su proceso, su origen, sus causas, su evolución, sus síntomas y

su estado actual. Este conjunto de aspectos del problema, que pueden

agruparse de un modo secuencial, es lo que se denomina proceso patológico.

En un proceso patológico se pueden distinguir tres partes bien definidas, el

origen, la evolución y el resultado final, de tal modo que para su estudio se

debe recorrer dicho camino de forma inversa.

Así pues, se debe empezar por observar el resultado de la lesión, el síntoma,

para llegar a su origen, la causa, siguiendo la evolución de la misma.

Este análisis debe ser metódico y exhaustivo porque de él depende el éxito de

la empresa. Por ello es preciso adoptar un método sistemático de observación

y toma de datos y limitar las posibles ideas preconcebidas, es decir, contener la

intuición profesional que puede ser común y útil, pero muy peligrosa en algunas

ocasiones.

2.2.1 Metodología para el diagnóstico. Análisis por etapas.

1- Inspección inicial.

El objetivo de esta fase es inspeccionar la obra o la parte de ella que será

objeto de estudio en aras de trazar las estrategias para realizar el diagnóstico.

El reconocimiento del entorno en que se encuentra ubicada y la determinación

de sus características fundamentales constituyen los puntos claves de esta

etapa del trabajo de diagnóstico.




2- Inspección visual. Levantamiento de deterioros.

El objetivo de esta etapa es buscar la presencia de lesiones que se manifiesten

como síntomas del proceso patológico y a partir de las cuales podemos

conocerlo.

Lo primero es detectar las lesiones e identificarlas e independizar las lesiones y

procesos patológicos diferentes con el objetivo de seguirlos adecuadamente,

sobre todo teniendo en cuenta su posible relación.

Esta fase concluye con la confección del levantamiento de daños por elemento

afectado, ello implicará un número reiterado de visitas y la utilización de una

cámara fotográfica que permita plasmar gráficamente las lesiones en el

momento del inventario. De este modo, se puede obtener una serie de datos

físicos que faciliten la comprensión del proceso. Dentro de los datos que se

recogen se encuentran: el tipo de lesión, la descripción, las posibles causas,

los materiales afectados, los elementos constructivos dañados, la localización

de las lesiones en el edificio o unidad constructiva.

Para esta primera etapa del estudio es muy útil tener un listado con la

clasificación de las posibles lesiones y materiales afectados, así como con un

gran número de materiales constituyentes que van desde los más simples

hasta los más complejos.

3- Realización de ensayos rápidos o generales.

Esta etapa se realiza con el objetivo de evaluar de forma rápida los puntos más

críticos del lugar para poder determinar si necesitan ser intervenidos de forma

urgente, para ello se usarán aparatos o equipos de medida sencillos o

muestras de materiales como extracciones de testigos para saber de qué y

cómo está compuesto un elemento que no pueda ser observado a simple vista,

entre otros ensayos.




En esta etapa se realiza un estudio sobre los ensayos generales a realizar para

cada material y como componente de la metodología se ofrece una lista de

dichos ensayos con el objetivo de facilitar el trabajo de selección de los mismos

en función del tipo de material existente y de la tipología de los daños que se

estudie en cada caso.

4- Recopilación de antecedentes.

Una vez identificadas e independizadas las lesiones, se inicia esta fase, para la

cual se deben usar todas las fuentes disponibles. Esto implicará tratar de

conseguir todo tipo de documentación gráfica o escrita, e incluso entrevistas

con los operarios para conocer más detalles que no estén reflejados en la

documentación.

En esta fase pueden obtenerse planos, fotografías, informes de diagnósticos

anteriores, fecha de aparición o periodicidad de algunas lesiones, fecha de

construcción, sistema y detalles constructivos o nivel de contaminación del

entorno, etc.

Frecuentemente se consultará la información disponible en los archivos, y se

prestará especial interés a las entrevistas que se realicen y las visitas al lugar

del los hechos.

5- Confección de fichas y planos.

Las fichas y los planos deben recoger toda la información que se halla obtenido

en las etapas anteriores y son muy importantes porque pueden servir para

inspecciones en el futuro. Para la confección de los planos se recomienda que

los mismos sean elaborados a escala: 1:100, las plantas y elevaciones, 1:50,

los cortes y detalles constructivos.

En los planos deben señalarse, también a escala, los deterioros observados

en el momento de la inspección con la mayor precisión posible representando

el área afectada en cada caso.




6- Pre diagnóstico o establecimiento de las hipótesis de fallo.

El pre diagnóstico es un tipo de conclusión a la cual se puede llegar con los

datos obtenidos hasta el momento. Es como establecer hipótesis que serán

comprobadas en las siguientes etapas o pasos de esta metodología.

Sí con el pre diagnóstico solamente es posible realizar la propuesta de

intervención, se obviarán los pasos intermedios. Si los datos obtenidos no son

suficientes se pasará al próximo paso.

7- Selección de ensayos especiales.

También en este caso se realiza un estudio detallado de todos los ensayos

posibles, como componente de la metodología se ofrece al equipo de

diagnóstico una lista con el objetivo de facilitar el trabajo de selección de los

mismos en función del tipo de material existente y de la tipología de los daños

que se estudie en cada caso. Este estudio incluye ensayos destructivos y no

destructivos, a realizar en obra y/o en laboratorio.

En esta etapa será muy útil que el personal que realice la selección esté

capacitado en cuanto a los ensayos posibles a realizar, así como su aplicación

y resultados a obtener. En cualquier caso, la interpretación de los mismos

resultará de vital importancia para llevar a feliz término la investigación que se

está llevando a cabo.

Deberá priorizarse la realización de ensayos no destructivos para afectar lo

menos posible al objeto de análisis. En caso de que se requiera hacer ensayos

destructivos el plan de toma de muestras debe ser diseñado por el personal

más capacitado para evitar nuevos daños a la estructura, y hacer la

investigación lo más económica posible.

8- Diagnóstico.

Una vez terminada la toma de datos directa, y estando en posesión de los

resultados de posibles ensayos de laboratorio, se puede iniciar la




reconstrucción de los hechos, es decir tratar de conocer cómo se ha

desarrollado el proceso patológico, cuál ha sido su origen y sus causas, cuál su

evolución y cuál su estado actual.

En esta etapa se debe llegar a conclusiones para la posterior actuación que

implique la reparación de la edificación.

Este análisis debe contemplar los siguientes aspectos:

1. Causas que han originado el proceso, distinguiendo entre las directas y

las indirectas, con descripción precisa de cada una de ellas y explicación

de su relación, tanto de varias causas directas como de las posibles

indirectas que hayan actuado conjuntamente.

2. Evolución del proceso patológico, indicando sus tiempos, su posible

periodicidad, la transformación o ramificación en nuevos procesos

patológicos, etc.

3. Mecanismos de actuación, indicando las causas que de forma primaria o

secundaria han motivado el estado actual del elemento estudiado.

4. Estado actual de la situación del proceso, su posible vigencia o su

desaparición y las lesiones a que ha dado lugar y que constituyen los

síntomas perceptibles del proceso.

9- Pronóstico.

En esta etapa el equipo de diagnóstico deberá apoyarse en el diagnóstico para

prevenir la evolución de los daños y orientar el correcto tratamiento de los

mismos en una fase posterior. Un buen pronóstico debe basarse tanto en el

diagnóstico del proceso patológico como en el conocimiento de la obra pues al

ser este el que da soporte físico a la misma, incide en mayor o menor grado

sobre su evolución.




Resumiendo, es prever a distintos niveles lo que puede ocurrirle a la obra o

parte de esta por un problema patológico. Cuando el pronóstico no resulta

favorable se procederá a la demolición de la obra o el elemento estudiado.

10- Terapia.

Como objetivo final, el diagnóstico nos permite llegar a propuestas de

intervención constructiva que, como ya se ha dicho, tendrán como objetivo

devolverle a la obra su función constructiva.

La terapia dependerá del conocimiento que se tenga sobre la obra, sus

materiales componentes, etc. Puede ser conocida o no en cuyo caso habrá que

investigar en aras de garantizar la compatibilidad entre lo que ya existe y la

técnica a emplear para su reparación.

Debe referirse tanto a la causa como al efecto, recordando la preferencia de la

eliminación de la causa.

a) De las causas.

Sobre las causas indirectas se podrá actuar en ocasiones de forma general por

lo que conviene analizar distintos casos tipos.

Sí se trata de material defectuoso, ya sea por error en su selección o por

defecto de fabricación, se debe analizar si es posible su sustitución o si por el

contrario, resulta más adecuado su tratamiento físico o químico para darle las

propiedades que requiere. Este será un problema constructivo, y económico

por otro lado, cuyas condiciones habrá que colocar en una balanza.

Cuando nos encontramos en presencia de un problema de disposición

constructiva bien por defecto de diseño o por error en la ejecución, se podrá

estudiar la posibilidad de un cambio de dicha disposición, o la adición de

nuevos elementos constructivos que corrijan el defecto. En definitiva, las

causas indirectas son casi siempre de fácil corrección ya sea por uno u otro

motivo de los antes mencionados.




Las causas directas, por el contrario, suelen ser más difíciles de eliminar, sobre

todo cuando se trata de agentes atmosféricos o contaminantes.

Si se habla de causas mecánicas, se podrá actuar en los esfuerzos o cargas

que sean previsibles tratando de eliminarlos o al menos de limitarlos.

Las causas físicas son casi imposibles de eliminar debiendo recurrir a la

protección física o química de los elementos contra estas, que pueden ser la

lluvia, el viento, las temperaturas, etc.

Las causas químicas son también difíciles de eliminar, sobre todo cuando se

trata de agentes contaminantes de la atmósfera. En estos casos también habrá

que recurrir a la protección del material o del elemento.

Si el problema es de interacción de materiales se podrán resolver interponiendo

barreras entre ellos. Lo mismo ocurrirá cuando el origen del producto químico

sea los animales o las plantas. En este caso la actuación deberá recaer sobre

el mantenimiento.

En general, la mayoría de las causas directas se podrán resolver con

protecciones que eviten que los agentes físicos, químicos o mecánicos

alcancen al material o elemento susceptible o con productos o aditivos

aplicados al mismo material.

b) De los defectos.

Una vez corregida la causa y sólo después de ello se deberá proceder a la

reparación del defecto, lo que tendrá como objetivo de devolver al elemento su

aspecto y funcionalidad originales.

Las posibilidades de actuación son muy variadas, como lo son los materiales y

elementos que pueden verse afectados, así como el tipo de lesiones que les

pueden afectar.




11- Ejecución.

Esta etapa requiere de mano de obra especializada en las labores de

conservación y de una programación adecuada del proceso de intervención en

la obra para que la acción sobre la misma no resulte perjudicial. Además, es

necesario que se cuente con el equipamiento y herramientas necesarias para

llevar a cabo los trabajos.

Deberá prestarse especial interés a los materiales que se empleen para llevar a

cabo el proceso constructivo ya que no en todos los casos las

recomendaciones y experiencias de los fabricantes de los mismos o de los

usuarios se corresponden con las características físicas y químicas en las que

se encuentra ubicada el objeto intervención.

El control de la ejecución debe realizarse desde que comienza la ejecución de

los trabajos de rehabilitación hasta la puesta en servicio nuevamente de la

obra. Esta etapa del trabajo reviste una gran importancia pues de ella depende

en gran medida la calidad del producto final de la intervención.

12- Evaluación.

Se trata de evaluar los resultados finales alcanzados en la intervención

realizada. Es necesario prestar especial interés a la compatibilidad entre los

materiales originales y los que fueron colocados durante la reparación que se

ha llevado a cabo, a la cura de los defectos y sus causas, etc.

En esta etapa se debe comprobar en la práctica que el diagnóstico fue certero

y en su defecto se deberá volver a la etapa de diagnóstico con el objetivo de

corregir cualquier equivocación que ponga nuevamente en riesgo a la

edificación o elemento estudiado anteriormente.




13- Propuesta de mantenimiento.

Toda propuesta de reparación de un proceso patológico y todo proyecto de una

obra nueva debe estar acompañada por una propuesta de mantenimiento de la

unidad.

Los aspectos más importantes que toda propuesta de mantenimiento debe

contemplar son los siguientes:

1. Revisiones visuales periódicas.

2. Reposición periódica del material de acabado.

3. Limpieza periódica de superficies y elementos drenantes.

En conclusión, las propuestas de mantenimiento deben comprender todas las

acciones destinadas a mantener la integridad de la obra.

14- Registro de Caso.

Por último, deberá quedar archivado en las entidades correspondientes todo lo

concerniente a la intervención que se ha llevado a cabo en la obra con el

objetivo de que sirva de base a posible reparaciones posteriores y a la consulta

por parte de los profesionales para su utilización en otras obras que presenten

daños o situaciones patológicas similares.(Álvarez 2004)

2.2.2 Esquema de metodología propuesta para el análisis en obras

hidráulicas.

En la página siguiente mostramos la metodología propuesta para el

diagnóstico.




Inspección inicial

Inspección preliminar Levantamiento de deterioros

Realización de ensayos rápidos o generales Recopilación de antecedentes

Confección de fichas y planos

Realización de los ensayos

Pre diagnóstico Propuesta de intervención urgente

Selección de ensayos especiales en obra o en laboratorio y de la zona donde se realizarán

Pronóstico

Definición de conducta

Diagnóstico

Terapia

¿Es posible diagnosticar?

Si

No

Demoler Pesimista

Optimista

Desconocida

Conocida

Selección de los materiales

Ejecución

Evaluación

Propuesta de mantenimiento

Satisfactoria

No satisfactoria

Investigar

Intervenir No Intervenir

Registro de caso




Aplicación de la metodología.

Como parte de la metodología y para facilitar el trabajo del equipo de

diagnóstico que la aplique se elaborarán fichas, guías y procedimientos que

resultan de mucha utilidad durante el estudio y diagnóstico.

Ficha para realizar las inspecciones.

Procedimientos Generales para hacer las inspecciones.

Procedimientos para la búsqueda de antecedentes.

Guía para llevar a cabo entrevistas.

Recomendaciones generales sobre los ensayos a realizar.

Catálogo de soluciones. (Álvarez 2004)

2.3 Análisis de las patologías en las PMG.

2.3.1 Análisis de las patologías en la presa Gramal.

Los especialistas de la Empresa de Aprovechamiento Hidráulico de Villa Clara

solicitaron ayuda para el análisis de las patologías y propuestas de intervención

en la presa Gramal. Todo fue planificado según los aspectos necesarios

propuestos por nosotros para realizar la investigación y que puntos de esta

debían cumplir los mismos, en cuanto a transportación, documentación y

colaboración de personal calificado en cada una de las visitas a realizar. Todo

marchó según lo previsto luego de realizar las visitas de inspección y la previa

valoración de las patologías existentes por elemento estructural afectado.

Los trabajos de iniciaron con la recopilación y estudio de los antecedentes de

las obras objeto de estudio y se determinaron como sus principales

características y parámetros técnicos los resumidnos en el anexo 4. A partir de

las visitas técnicas se pudieron detectar las principales patologías y se

realizaron una serie de valoraciones sobre las causas de las mismas, que en

algunos casos será necesario comprobar con los estudios de modelación y

análisis de resultados.




Patologías en la cortina.

La primera estructura analizada fue la glorieta ubicada en el pozo central que

sirve como elemento de cubierta al mismo y que la empresa desea recuperar

por su función y por el valor histórico que tiene, al ser una presa que tiene

como fecha de puesta en explotación el año 1917.

Figura 2.1 Patología en columnas

Elemento: Columnas.

Descripción: Al analizar las columnas se identificaron grietas a lo largo de

donde se encuentran las armaduras, y el desprendimiento del hormigón en

estas zonas producto de la corrosión del acero, al aumentar el área de su

sección este provoca la caída del recubrimiento. Esta patología compromete el

comportamiento estructural del elemento por lo que deben ser revertida.

Figura 2.2 Patología en vigas

Elemento: Vigas perimetrales.




Descripción: En estos elementos también se localizan grietas longitudinales a

lo largo de las zonas donde se encuentran las armaduras, y en muchos casos

se observa la caída del recubrimiento como posterior efecto .Estas grietas

comprometen estructuralmente al elemento que como se ha observado esta en

muy mal estado.

Figura 2.3 Patología en losa de cubierta

Elemento: Cubierta.

Descripción: En la cubierta hay presencia de grietas con similares

características a las encontradas en las columnas y las vigas perimetrales,

caída del recubrimiento en zonas localizadas, como se muestra en la imagen,

además aparecen manchas de humedad en todo su conjunto, por lo que se

puede definir que existe filtración del agua a través del hormigón.

Hipótesis del origen: Para los elementos de la glorieta.

Patología: Carbonatación.

En una primera etapa aparecen en la superficie del hormigón unas grietas a lo

largo de donde se encuentran las armaduras. Después, el recubrimiento del

hormigón se desprende. La carbonatación del hormigón es un proceso químico

de envejecimiento ambiental causado por la acción del dióxido de carbono y el

agua, que transforman el hidróxido de calcio en carbonato cálcico. Durante la




carbonatación, la dureza y resistencia a compresión del hormigón aumentan y

el pH disminuye desde un valor inicial de 12 hasta llegar a 7, es decir de

alcalino a neutro. Estos fenómenos beneficiosos para el hormigón son sin

embargo nocivos para las armaduras. En un hormigón con reacción alcalina se

forma una capa pasivadora de óxidos sobre la superficie de las armaduras que

las protege frente a la corrosión. Esta capa desaparece cuando el pH

desciende por debajo de un valor aproximado de 9,5.

Patologías en el Aliviadero.

Figura 2.4 Patología en losa de fondo del aliviadero.

Elemento: Losa de fondo del aliviadero.

Descripción: Desgaste de la superficie de hormigón, creando zonas con cambio

de coloración (blancas), que han perdido los áridos, zonas pulidas, que

pueden agravarse con el paso del tiempo.

Hipótesis del origen.

Patología: Abrasión y desgaste.

Abrasión superficial producida por el arrastre de áridos. Es un daño típico en

aliviaderos y desagües en presas, lechos de esclusas, canales en plantas

depuradoras, etc.

Las acciones asociadas a esfuerzos que provocan un desgaste de la superficie

expuesta del hormigón se pueden agrupar como fenómenos de abrasión y




desgaste, aunque más específicamente se considera abrasión cuando hay una

acción mecánica por arrastre de sólidos sobre la superficie. (Drizoro 1997).

Figura 2.5 Patología en el muro de contención del aliviadero.

Elemento. Muro de contención.

Descripción: Oquedades en los muros de contención del aliviadero quedando el

acero en algunos lugares expuesto.


Patología: Disgregación que pasó luego a Desagregación.

Disgregación:

Es un tipo de deterioro que se manifiesta por señales de pudrición o corrosión

superficial del hormigón como la toma de agua y aliviadero de las presas de

tierra, llegando a provocar la degradación de sus capas exteriores,

erosionándose o perdiendo determinadas cantidades de la pasta de cemento

en polvo, provocando rugosidades superficiales, porosidad y oquedades que se

convierten en elementos facilitadores de la penetración de agentes

perjudiciales y devienen en problemas de mayor gravedad para el material. La

disgregación tiene, por lo general, una causal de origen químico, por procesos

de carbonatación, la acción de sulfatos, ácidos y otras sustancias deteriorantes

del hormigón. (Olivera 2004).




Desagregación:

Esta patología aparece en obras de hormigón como la toma de agua y

aliviadero en las presas de tierra. Es un estadío de mayor avance y gravedad

de los procesos causantes de la disgregación y, por tanto, de los propios

síntomas. En la desagregación el proceso destructivo llega a causar la pérdida

de los granos del árido, junto con la pasta de cemento solidificada que los

envuelve y aglutina, apareciendo grandes huecos en la superficie y hacia el

interior de los elementos de hormigón, causando y combinándose con otros

efectos y deterioros, por lo que puede llegar a la destrucción total de los

elementos. (Olivera 2004).

Figura 2.6 Patología en el muro de contención.

Elemento: Muro de contención.

Descripción: Grieta diagonal como se muestra en la figura, existe cierto

desplazamiento del muro hacia el interior del aliviadero.

Hipótesis del Origen: Sobrecarga del muro en esta zona debido al peso de las

rocas que se encuentran sobre el mismo, y que en un inicio no estuvieron ahí,

fueron desplazadas por corrientes de aguas al encontrarse una ladera en esta

zona del aliviadero y fueron a parar encima de la estructura.




Figura 2.7 Patología en los elementos disipadores.

Elemento: Disipador de energía.

Descripción: Oquedades en los mismos, así como pérdida de porciones del

elemento, principalmente en los bordes.


Patología: Abrasión y desgaste.

Anteriormente habíamos hecho referencia de la misma, es importante señalar

que aunque encerremos este estado patológico dentro de esta patología

pensamos que este fenómeno esta más asociado a la acción mecánica de los

sólidos arrastrados por el agua y el impacto de estos, como también por el

agua a presión.

Después de analizar el estado de la glorieta decidimos realizar la demolición de

la misma y en su lugar construir una nueva con las mismas características, en

cuanto a forma y dimensiones. Realizamos todo el estudio de campo y

levantamiento para su diseño, el cual se mostrará en el próximo capítulo, nos

apoyaremos en el programa computacional Staad Pro 2006, dándole de esta

forma solución a estas patologías ya definidas.

Las soluciones a las patologías encontradas en el aliviadero se expondrán

también en el capitulo 3, confeccionando en este el catálogo para cada presa.




2.3.2 Análisis de las patologías en la presa Minerva.

La presa Minerva es una obra hidráulica de gran importancia para la provincia

de Villa Clara, pues abastece de agua potable a una gran parte de la población,

de aquí la preocupación de las autoridades en su cuidado y conservación,

además de conocer lo peligroso que sería un fallo de la misma. Nuestro trabajo

radica en conocer las patologías que afectan las estructuras componentes y de

cierta forma erradicarlas. Realizamos una serie de visitas de inspección con el

apoyo de la Empresa de Aprovechamiento Hidráulico donde fueron

encontradas las siguientes patologías que a continuación mostraremos.

Patologías en el aliviadero.

Figura 2.8 Patología en el muro de gravedad

Elemento: Muro de gravedad.

Descripción: Filtración del agua a través del muro de gravedad, en varios

puntos localizados, según se muestra en las imágenes.

Hipótesis del origen:

Patología: Fugas en juntas constructivas.

1. Fugas en Juntas del hormigón.

Fugas en el hormigón en lugares donde existe una discontinuidad en la

colocación del hormigón. (Drizoro 1997)




Figura 2.9 Patología en el muro de contención.

Elemento: Muro de contención.

Descripción: Manchas rojizas localizadas en varios puntos del muro de

contención, proveniente del acero de refuerzo.


Patología: Corrosión del acero refuerzo.

La corrosión del refuerzo en el hormigón, es un proceso de naturaleza

electroquímica en el cual se producen reacciones químicas y hay un flujo de

corriente. Este fenómeno presupone la existencia de reacciones de oxidación

(pérdida de electrones) y de reducción (ganancia de electrones) y la circulación

de iones a través del electrolito, generándose una pila electroquímica que

funciona como un circuito cerrado en presencia de oxígeno y humedad.

(Olivera 2004).

Mecanismo de corrosión.

Cuando una barra de acero se embebe en hormigón Portland fresco, debido a

la alta alcalinidad del medio, se produce una pasivación del acero, en la cual se

crea alrededor de la barra una ligera capa o película de óxido de hierro gamma

que la envuelve, con lo cual el acero queda protegido.

Las causas por las que puede perderse la pasividad del acero son:




1. Neutralización; en virtud de la cual el anhídrido carbónico que se difunde a

través de los poros llenos de aire del hormigón reacciona con el hidróxido

cálcico dando carbonato cálcico produciendo una reducción del pH hasta

valores de 9.

2. Acción de los iones cloro, bromo, sulfato, etc., que actúan despasivando el

acero como consecuencia de la formación de iones complejos.(Fernández

Cánovas 1994)

Patologías en la cortina.

Figura 2.10 Patología en la cortina de tierra

Elemento: Cortina de tierra (aguas arriba)

Descripción: El rajón de la cortina se ha desgastado con el paso del tiempo

debido al oleaje, el tamaño del mismo no cumple con las especificaciones.

Figura 2.11 Patología en la cortina de tierra.

Elemento: Cortina de tierra (aguas abajo)




Descripción: Existe una sección de la cortina que presenta un cambio de

coloración en la vegetación, localizada en un área delimitada por los propios

operarios de la presa que se denomina este fenómeno como una beta húmeda.

Hipótesis del origen: Si las redes de flujo de la cortina están fuera de los

valores permisible, esto puede agravar la situación en un posterior sifonamiento

en la cortina. La propuesta nuestra es modelar esta sección de la cortina y

verificar la faja de flujo, es decir, saber los niveles de filtración admisible dentro

de la cortina, comparar con los valores que están arrojando los piezómetros y

llegar a conclusiones.

Patologías en la obra de toma.

.

Figura 2.12 Patología en la galería.

Elemento: Galerías

Descripción: En el muro central de la galería de la presa Minerva se

manifiestan fisuras transversales localizadas a similares distancias una de

otras, fueron puestas bajo control con la colocación de marcas y no han

manifestado evolución, es decir no son activas en este momento. Para esto

proponemos modelar la galería y de aquí arribar a conclusiones acerca de esta

patología, apoyados en el programa Sap 2000.




Conclusiones parciales del capítulo.

1. Se define una metodología para la inspección de estas obras hidráulicas,

desglosada y explicada por etapas y que puede emplearse para cualquier

otra obra en específico, poniendo al servicio de la empresa este documento,

con el cual no contaban para inspeccionar de forma periódica sus presas.

2. Se obtiene una descripción de los estados patológicos en ambas presas

definiendo en cada caso el elemento estructural afectado, la descripción de

la anomalía y la hipótesis del origen, llegando a establecer en varios casos

patologías definidas.

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Capítulo III. ”Análisis y propuestas de intervención técnica a las

patologías en las PMG”.��

Trabajo de Diploma:”Diagnóstico de patologías en presas de tierra y propuestas de soluciones. Caso de estudio: Presa Minerva y Gramal”.

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3.1 Introducción

En el capitulo II se analizaron las posibles hipótesis del origen de las patologías

existentes en ambas presas, con la excepción de algunos objetos de obra que

serán modelados para analizar los estados patológicos. Con el desarrollo de

este capítulo se brindará las soluciones a cada una, por elemento estructural

afectado, el procedimiento correcto de intervención definido por etapas y los

materiales y equipos a utilizar.

Se incluyen los casos analizados a través de la modelación y las conclusiones

a las que arribamos según los resultados de los modelos. Se realiza la

modelación de la galería de la toma de agua de la presa Minerva mediante el

programa Sap 2000, y la cortina de la presa por el SIGMA/W. Además se

obtiene el diseño estructural de la glorieta situada en la presa Gramal realizado

a través del programa Staad Pro 2006, como solución a la patología definida en

el capítulo anterior. Finalmente se brinda el croquis de los elementos y el

catálogo de patologías para las dos presas se resume en el anexo 8.

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3.2 Solución a las patologías en las PMG.

3.2.1 Solución a las patologías en la presa Gramal.

Patología: Oquedades en el muro de contención de la presa Gramal.

Manifestación típica.

Figura. 3.1 Manifestación típica de las oquedades.

Diagnóstico.

1. Dosificación inadecuada.

2. Tamaño máximo característico del agregado grueso inadecuado.

3. Colado y compactación inadecuada.

4. Excesiva cantidad de acero refuerzo.

Alternativas para la solución.

Después de analizar adecuadamente el elemento estructural puede ser necesario:

Eliminar el concreto segregado hasta llegar al concreto sano y limpiar bien las superficies.

� Preparación del sustrato. Procedimiento: Utilizando el disco de desbaste.

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Fig. 3.2 Disco de desbaste.

Usos más comunes: Retiro de rebabas, delimitación del contorno del área a ser

reparada, abertura de surcos – ranuras.

Procedimiento: Mantener el disco en posición ortogonal con relación a la

superficie. Antes de iniciar, demarcar con lápiz de cera o equivalente, el

contorno del servicio a ser ejecutado.

1. Procedimiento de limpieza. Solventes volátiles.

Figura 3.3 Aplicación de solventes volátiles.

Uso más comunes: Limpieza de superficies de concreto o de acero, instantes

antes de la aplicación de resinas de base epóxica.

Equipo: Pincel estopa y algodón.

Procedimiento: Aplicar el producto (acetona industrial) con estopa, pincel o

algodón en las superficies y ejecutar movimientos adecuados para la retirada

de eventuales residuos y contaminaciones.

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2. Materiales:

- Mortero polímero de base cemento.

Alcance 0,5cm � e � 2,5 cm.

Corte de contorno: Espesor � 0,5 cm. para superficies en general.

Espesor � 1,0 cm. para pisos.

Sustrato: Saturado y con superficie seca, sin encharcamiento.

Preparación: En una mezcladora mecánica, adicionar el componente agregado

al componente resina, mezclar y homogeneizar por 3 minutos.

Aplicación: Aplicar conector (puente) de adherencia constituido por la pasta de

cemento con adhesivo de base acrílico, en relación 3:1:1(cemento: adhesivo

de base acrílica: agua), en volumen. Presionar fuertemente el mortero polímero

(de baja contracción) contra el sustrato en capas secuenciales de 1,0 cm.

hasta alcanzar el máximo espesor deseado (� 2,5 cm.).

Terminación: Frota de madera, espuma de goma o metálica.

Curado: Húmedo por 7 días o dos manos de un adhesivo de base acrílica,

aplicadas con pistola o después del inicio del fraguado con brocha o rodillo. En

las primeras 36 horas evitar la irradiación solar directa tapando la superficie.

3. Aplicar revestimiento de protección.

Pinturas impermeabilizantes.

Mecanismo de protección:

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El mecanismo básico de protección por pinturas impermeabilizantes de

superficie consiste en la formación de una película semiflexible y continúa, que

actúa como barrera de baja permeabilidad a gases, agua y a vapor de agua.

Estas pinturas requieren sustratos homogéneos y lisos, con poros de abertura

máxima de 0,1 mm. Tiene flexibilidad superior a la del concreto y acompañan

pequeños movimientos estructurales. La mayoría no es capaz de absolver

eventuales fisuraciones posteriores de la estructura, o sea, son capaces de

cubrir una fisura existente de hasta 0,1 mm, pero la película se rompe si la

estructura se fisura después que la pintura de protección esta concluida.

Principales características:

1) Reducen significativamente la carbonatación.

2) Reducen significativamente la lixiviación.

3) Reducen la permeabilidad y difusividad a sales solubles.

4) Reducen la aparición de moho e inhiben el crecimiento de hongos y

bacterias.

Patología: Abrasión y desgaste en el aliviadero de Gramal.

Manifestación Típica:

Figura 3.4 Manifestación típica de la abrasión y desgaste.

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Desgaste

Abrasión

Diagnóstico:

1) Concreto de resistencia inadecuada.

2) Roturas localizadas por la acción de cargas excesivas o asentamiento.

3) Velocidad excesiva del líquido.

4) Exceso de partículas abrasivas.

5) Ausencia de protección.


Después de inspeccionar y analizar la situación es necesario:

1. Preparar y limpiar cuidadosamente las superficies.

Preparación del sustrato.

Procedimiento: Utilizando el disco de desbaste.

Figura 3.5 Disco de desbaste

Ya se explicó su uso en la patología anterior.

Curado: El curado del primer ocurre por la simple evaporación del solvente.

2. Material a utilizar: Mortero polímero de base cemento.

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Figura 3.6 Aplicación del mortero de reparación.

En patologías anteriores se explicó todo lo referente al uso de este material.

3. Aplicar revestimiento de protección.


Se hizo referencia a las mismas anteriormente.

Patología: Grieta transversal en el muro de contención del aliviadero de

la presa Gramal.


1) En este caso se retirará las rocas que están encima de la estructura y se

eliminará el rehincho en la zona afectada.

2) Se demolerá el área de muro marcada más 50 cm. a cada lado, si la

armadura esta en buen estado se mantendrá en su lugar para ser

nuevamente utilizada. (en este caso se utilizaría el disco de corte antes

mencionado).

3) Si la armadura esta corroída eliminar, colocar aceros salientes empotrados

en el hormigón en la cimentación para luego empalmar la nueva malla.

4) Colocar la malla de refuerzo si fuera preciso.

5) Hormigonar el área de muro señalada.

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6) Curado.

7) Rehincho.

3.2.2 Solución a las patologías en la presa Minerva.

Patología: Corrosión en el muro de contención del aliviadero de la presa

Minerva

Diagnóstico 1. Concreto con alta permeabilidad y/o elevada porosidad.

2. Recubrimiento insuficiente del acero refuerzo.

3. Agentes agresivos del ambiente impregnados en la estructura(cloruros)

4. Agentes agresivos incorporados involuntariamente al concreto durante el

mezclado.

5. Mala ejecución.

Manifestación: Manchas rojo-marrón en la superficie del elemento estructural.

Figura 3.7 Manifestación de la corrosión en muros.

Después de analizar el elemento estructural y establecer el diagnóstico y las

consecuencias del problema, se debe:

a) Remover cuidadosamente el concreto afectado y los productos de la

corrosión, limpiando bien las superficies.

- Preparación del sustrato.

Procedimiento: Utilizando del disco de desbaste como se explicó

anteriormente.

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-Procedimiento de limpieza. Solventes volátiles.

Nota: Se explicó en otras patologías.

b) Reconstruir la sección original del acero refuerzo.

Refuerzos – Enmiendas para reconstruir la sección del acero refuerzo.

Figura 3.8 Reconstrucción de la sección de refuerzo.

Por traslape:

Longitud del traslape para refuerzo en compresión, se recomienda conforme al

diseño:

Mortero de base cemento: L � 40Ø con espesor de recubrimiento conforme ACI

318.

Longitud del traslape para refuerzo en tensión, debe estar conforme al diseño

se recomienda.

- Ø �12,5 mm y hasta 50 % de enmiendas en la misma sección – ídem para

refuerzo en compresión

- Ø � 12,5 y hasta 100 % de enmiendas en la misma sección – aumentar de

50 % la longitud del traslape.

- Ø � 12,5 mm: seguir recomendaciones del ACI 318.

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Observación: Se considera acero de refuerzo CA -50 corrugado, hb � 1,5

Ante la presencia de agentes agresivos, efectuar la corrección con primer rico

en zinc y colocar una barrera de resina epóxica entre el concreto contaminado

y el mortero de reparación.

Material a utilizar: Mortero polímero de base cemento.

Figura 3.9 Colocación del mortero

En patologías anteriores se explico todo lo referente al uso de este material.

c) Aplicar revestimiento de protección.


Patología: Fugas en juntas de hormigón en el muro de gravedad del

aliviadero Minerva.

Solución: Reparación de fisuras.

Especificar que esta reparación debe efectuarse en los meses de período seco

cuando la presa tenga niveles de agua bajo, si es necesario, se colocarían

tablestacas en las zonas donde se vaya a trabajar para operar en seco.

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Figura 3.10 Reparación de fisuras.

Mortero polímero de base cemento:

Alcance: Reparación de los bordes de juntas en superficies de pequeñas

solicitaciones.

Sustrato: Cortar con cortadora de disco a la profundidad de 1 cm. (pisos) o 0,5

cm. (superficies verticales).Demoler o escarificar con inclinación de 3 a 1 la

arista del elemento estructural. Limpiar y mantener el sustrato saturado y con la

superficie seca, sin encharcamientos.

Aplicación: Aplicar el conector (puente) de adherencia constituido por pasta de

cemento con adhesivo de base acrílica, en relación 3:1: 1(cemento: adhesivo

de base acrílica: agua), en volumen. Compactar el mortero polímero de base

cemento (de baja contracción) en los bordes de la junta. Aplicar en capas de

espesor 2,5 cm., desfasadas en 2 horas, dejando las superficies que recibirán

la próxima capa, ranuradas.

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Terminación: Frota de madera, espuma de goma o metálica.

Curado: Húmedo por 7 días o dos manos de adhesivo de base acrílica

(membrana de curado) aplicadas con pistola o después del fraguado con

brocha o rodillo. En las primeras 36 horas evitar la irradiación solar directa

tapando la superficie.

Aplicación del sellador: Después del total endurecimiento de los bordes (cerca

de siete días) y con la superficie seca, aplicar el sellador de acuerdo con las

recomendaciones de utilización del producto. En el mayor de los casos es

recomendable el empleo de primer. Cuidar de la profundidad h � 1, (ancho de

la junta).El sellador no se debe adherir al fondo, solamente a los laterales.

Las soluciones a las patologías expuestas en los epígrafes anteriores fueron

consultado en: (Helene 2003)

Patología: Desgaste en el rajón de la cortina de tierra de la presa Minerva.


Protección de roca colocada a volteo que resista con eficiencia el embate de

las olas. Para el cálculo del peso de la piedra para soportar los esfuerzos

producidos por la presión estática y dinámica de la ola, así como en el cálculo

de la estabilidad a la acción erosiva de las olas son considerados los siguientes

factores: peso específico de las piedras, altura de la ola y talud que se quiere

proteger.

La recomendación para el rajón estará entre 0.5 y 1 m de diámetro, de roca

resistente a la meteorización y densidad superior a los 20 kN/m3.En el epígrafe

correspondiente al análisis de las redes de flujo de la cortina en la estación 9 +

63 se abarcará acerca de la colocación del mismo como solución inmediata al

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problema de los niveles altos de agua dentro de la cortina en esta zona.(Del

Cañizo Perate and 1980)

3.3 Modelación y análisis de la galería y la cortina de la presa Minerva.

3.3.1 Modelación de la galería Minerva.

La galería de la presa Minerva se modeló por el programa SAP 2000, una

sección de 15 m con todos los estados de carga presentes. Los empujes de

suelos sobre la estructura se calcularon por el programa Sigma/W, los

resultados de los mismos se muestran en el Anexo 5 .Las cargas que se

derivan de las tuberías en estado lleno se calcularon en el Staad haciendo una

simplificación como una viga empotrada en los apoyos a las distancias

correspondientes. La carga del peso propio de la estructura la asume el Sap

2000 a partir de la geometría y del material asignado con sus propiedades.

Estados de Carga:

1) Carga permanente (Cp).

2) Carga del peso propio de la tubería más el agua en estado lleno (Cc).

3) Carga del suelo en estado saturado. (Cvs, Cls)

Combinación más desfavorable: (C1 =1,2Cp + 1,2Cc + 1,2 Cvs +1,2 Cls)

Material: Hormigón armado.

Modelación en el Sigma/W para obtener las tensiones.

Figura 3.11 Tensiones del suelo sobre la galería de Minerva.

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La obtención de las tensiones, mediante gráficos y valores por puntos se

muestran en el anexo 5.

Con todos los estados de carga ya definidos, la combinación más crítica para

este caso y la geometría de la estructura pasamos a la siguiente fase de la

modelación del problema.

Modelación en el Sap 2000 de la galería.

Figura 3.12 Dimensiones de la galería Figura 3.13 Modelo de la geometría

En este modelo analizaremos las tensiones que se generan en el muro central

donde se localizan las grietas.

Fig. 3.14: Convenio de esfuerzos que adopta el programa.

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Cálculo de las tensiones en el muro central de la galería.

Sección Y= 0

Figura 3.15 Tensiones S11, S22, S33 respectivamente


Sección Y = 1,55

Figura 3.17 Tensiones S11, S22, S33 respectivamente.

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Sección Y= 7, 5



Sección Y= 13, 75


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Sección Y = 15



En la tabla 3.1 se resumen los valores numéricos representativos de tensiones

máximas en compresión y tracción para las secciones y para la combinación

antes mencionada.

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Tabla 3.1 Tensiones máximas compresión y tracción en kN/m2

Combinación C1 S11 S22 S33 S12 S13 S23 Comp. -5322.93 -1009.67 -4876.18 -80.22 -371.35 -346.98 Y= 0.00

m Tracción 5604.49 228.17 - 82.10 586.16 122.30 Comp. -5332.45 -1054.80 -4749.04 -104.43 -341.83 -529.19 Y= 1,55

m Tracción 5153.56 965.45 - 103.55 702.61 125.03 Comp. -5502.03 -1490.23 -4564.88 -15.60 -695.08 -117.92 Y= 7,5 m Tracción 5650.32 884.25 - 15.36 684.75 - Comp. -5469.59 -1569.53 -4611.37 -2.17 -675.09 -25.50 Y= 13.75

m Tracción 5676.80 838.69 - 2.14 704.51 - Comp. -5243.78 -1547.31 -4675.01 -233.81 -717.88 -516.40 Y= 15.00

m Tracción 5131.88 1046.80 - 230.18 709.91 51.12

Análisis de los resultados.

Después de observar los resultados de las tensiones en las diferentes

secciones para la región del muro central donde están presentes las fisuras

pasamos a realizar la comparación con las tensiones admisibles tanto a

tracción como a compresión del hormigón armado.

Para el caso del hormigón armado, surgió como una derivación de los enfoques

que se hacían en el diseño de acero por el Método de Tensiones Admisibles, el

empleo de un comportamiento elástico del hormigón y se basa en garantizar

que tanto este como el acero no sobrepasaran determinadas tensiones

admisibles fijadas previamente. (Hernández Santana).

Para un Hormigón de 28 MPa

[fc] = 0.45 fm [fc] = 0.45 (28)=12.6 MPa

[fs] = 0.5 fy [fs] = 0.5 (300) =150 MPa

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Para un Hormigón de 17,5 MPa

[fc] = 0.45 fm [fc] = 0.45 (17.5)=7.88 MPa

[fs] = 0.5 fy [fs] = 0.5 (300) =150 MPa

fm – resistencia media del hormigón.

fy – tensión de fluencia del acero.

Al analizar los valores de tensiones tanto a tracción como a compresión del

hormigón en la galería en ninguno de los dos estados sobrepasa los 6 MPa y al

comparar con las tensiones admisibles incluso para un hormigón de 17,5 MPa

están dentro de los valores permisibles. Estas fisuras no aparecen por un fallo

del hormigón, el comportamiento del mismo bajo los estados de carga a los que

está sometido es bueno. Recomendamos seguir observando estas fisuras a

pesar de que no han mostrado actividad desde su inicio en el año 2005, seguir

con el control de las marcas instaladas.

3.3.2 Modelación de la cortina de tierra de la presa Minerva.

Se modeló la cortina de tierra en la sección correspondiente al estacionado 9 +

63 por el programa Sigma/W que tiene su base en el Método de Elementos

Finitos, para conocer en un primer caso como se estaban generando las

tensiones en el terraplén y detectar si existían zonas de tracción en el mismo.

Se modeló para una discretización de malla de 0,5 m, 1m y 1,5m donde al

analizar los diferentes modelos los valores obtenidos no diferían en forma

significativa unos de otros. En un segundo caso se analizó la curva de filtración

y las redes de flujo dentro de la cortina. Ambos serán mostrados a

continuación y se expondrán los resultados obtenidos y las conclusiones a

partir de estos.

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Las hipótesis usadas para la aplicación del MEF en el cálculo de esfuerzos y

deformaciones en la presa, en cuanto al análisis del agrietamiento son:

a) Existen condiciones de deformación plana.

b) Los materiales en cada zona de la presa son isotrópicos, linealmente

elásticos y con módulo de Young y relación de Poisson iguales en tensión y

compresión.

c) Las únicas fuerzas que actúan en la presa son las producidas por su peso

propio.

d) El peso de los materiales de la presa se aplica en un solo incremento.

e) No hay deslizamiento en el contacto entre las laderas y la cimentación de la

presa, ni entre los contactos entre zonas de diferentes materiales.

Al suponer que los materiales en la presa y su cimentación son linealmente

elásticos, se exageran los efectos que producen la configuración de las laderas

y las demás características de diseño. Sin embargo, la magnitud de los

esfuerzos de tensión, la geometría de las zonas de tensión y la localización de

los esfuerzos máximos no son básicamente diferentes cuando se comparan

con los que se desarrollan en los terraplenes reales.

Fig. 3.25 Modelo geométrico de la cortina de la presa Minerva estación 9 + 63

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Chequeo de las tensiones en la sección de la cortina analizada en la presa

Minerva.

Fig. 3.26 Contorno de los valores de las tensiones totales sigma x.

Figura 3.27 Contorno de los valores de las tensiones totales sigma y.


Al chequear las tensiones tanto en X como en Y en la cortina de la presa

Minerva en la sección objeto de análisis estamos verificando si existen zonas

de tracciones en el terraplén que no pueden existir porque el suelo no resiste

tracciones y estaría provocando afectaciones en el correcto funcionamiento de

la cortina. Realizamos este análisis, y los resultados de las tensiones se

muestran en el anexo 6, donde se puede comprobar que todos los valores de

tensiones son positivos es decir a compresión por lo que no existe ninguna

dificultad en cuanto a los estados tensionales de la cortina.

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Análisis de la red de flujo en la sección de la cortina analizada en la presa Minerva. La modelación de la cortina de la presa Minerva, se realizó para obtener la

línea de corriente superior en la misma y analizar las lecturas de los

piezómetros instalados en esta sección y establecer comparaciones.

Figura 3.28 Curva de filtración obtenida en el modelo.

Tabla 3.2 Resumen de las lecturas de los piezómetros del 2004 – 2007.

----------- Año Pieztro(Corona) Lectura(m) Desde la base.

Mes N.E Cota Pieztro(m)

Máx. 2004 11 10,2 1 79.61 77.20 Mín. 11 8,04 6 76.29 75.04 Máx. 2005 11 12,15 11 82.09 79.15 Mín. 11 7,32 5 75.16 74.32 Máx. 2006 11 12,33 11 82.17 79.33 Mín. 11 11,15 5 80.70 78.15 Máx. 2007 11 12,26 11 82.15 79.26 Mín. 11 11,49 5 81.10 78.49 Pieztro Berma

Máx. 2004 12 7,04 1 79.61 73.11 Mín. 12 5,95 9 77.62 72.02 Máx. 2005 12 8,63 10 82.13 74.78 Mín. 12 7,14 9 80.50 73.21 Máx. 2006 12 8,68 10 82.22 74.75 Mín. 12 7,06 6 80.72 73.13 Máx. 2007 12 8,7 6 82.22 74.77 Mín. 12 7,56 4 81.34 73.63 N.E: Nivel del embalse.

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Análisis de la altura de los puntos en la curva de filtración.

Tabla 3.3 Alturas de los puntos 8 y 12 en la curva de filtración en la corona y

berma respectivamente, para kx= 0,1 m/d considerando Kx/Ky=1, es decir que

las filtraciones en la horizontal son iguales en la vertical.

Comparación de los resultados.

Los puntos 8 y 12 corresponden a los valores de altura de agua en la curva de

filtración calculada en las zonas donde se encuentran los piezómetros

11(corona) y 12(berma).El piezómetro 11 ubicado en la corona va desde un

valor de cota de la boca de 87.17 m hasta la base del terraplén 67 m, mientras

que el 12 va desde un valor de cota de 76.42 m hasta 66,07 en la berma.

Tabla 3.4 Comparaciones entre las lecturas de los pieztros y la altura de la curva de filtración de cálculo.

-------- Lectura del Pieztro 11 Altura de la curva calculada (m)

Diferencia Promedio por encima de la curva

------- 2004 2005 2006 2007 Eje de la corona (m)

Mín. 8,04 7,32 11,15 11,49 7,7 1,8 Máx. 10,2 12,15 12,33 12,26 7,7 4,035

Lectura del Pieztro 12

--------- 2004 2005 2006 2007 Eje Berma Mín. 5,95 7,14 7,06 7,56 4,6 2,32 Máx. 7,04 8,63 8,68 8,7 4,6 3,66

Pt # Altura

8 7,7

12 4,6

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Después de establecer las comparaciones entre la curva de filtración y la

lectura de los piezómetros es evidente que existe problema en la cortina de la

presa en esta zona que se manifiesta en la beta húmeda que se localiza hasta

1m por encima de la berma. Haciendo un estudio más profundo en los archivos

de la empresa se encontró que este problema surgió en el año 1988 después

del paso de la depresión tropical Alberto y que se ha ido manifestando de forma

continuada principalmente en época de lluvia aunque en período seco también

se ha manifestado en ocasiones. La empresa en uno de sus informes técnicos

del año 2008 asegura que las lecturas de los piezómetros 11 y 12 están bien

porque fueron analizados por este mismo motivo. Solo se analizó en el período

del 2004 – 2007 porque en el año 2008 y como todos los años analizados se

mantuvo que la curva real estuvo por encima de la teórica asegura el colectivo

técnico de la obra.

A continuación presentamos una tabla de 4 corridas considerando que el

coeficiente de filtración horizontal es 36 veces el coeficiente de filtración

vertical, es decir Kx = 36Ky (efecto de anisotropía). El objetivo nuestro fue ir

incrementando el valor de K, (coeficiente de filtración) para saber en relación

con la altura de agua medida por los piezómetros a partir de que valor la curva

comienza estar por encima de estas lecturas para que la presa en esta sección

tenga entonces un comportamiento normal.

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Tabla 3.5 Corridas del Sigma/W variando el coeficiente K, considerando el

efecto de anisotropía.

Corrida 1 K (m/d) Kx H (m) de la curva en el eje de la corona.

Suelo 1 0,1 36 7,2 Suelo 2 0,01 1 ----- Suelo 3 5 1 ----- Corrida 2 K (m/d) Kx H(m) Suelo 1 10 36 10,8 Suelo 2 0,01 1 ----- Suelo 3 5 1 ----- Corrida 3 K (m/d) Kx H(m) Suelo 1 40 36 12,2 Suelo 2 0,01 1 ----- Suelo 3 5 1 ----- Corrida 4 K (m/d) Kx H(m) Suelo 1 60 36 12,5 Suelo 2 0,01 1 ----- Suelo 3 5 1 ----- Suelo 1: Suelo de la cortina

Análisis de los resultados de la tabla 3.5.

Al hacer el incremento del coeficiente K, a partir de un valor para K =40 m/d,

comienzan a estar los valores de los piezómetros en niveles normales, pues la

mayor altura de agua leída es de 12,15 m, y la altura de la curva sería en el eje

de la corona de 12,2 m.

Soluciones.

Como el rajón de la presa se encuentra desgastado producto del oleaje,

patología esta que hicimos referencia anteriormente proponemos:

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1) Eliminar el material en mal estado (realizar los trabajos en época de niveles

de embalse bajo).

2) Reparar el material de escollera: Actualmente, existe una tendencia al

empleo de escolleras no simplemente vertidas en tongadas altas, sino

compactadas en capas de 1 a 2 m. de espesor. Se ha comprobado que

escolleras de matriz rocosa de calidad intermedia, de granulometría

extendida, con bastantes finos, pero bien regada y compactada, son

mejores, por ser menos deformantes y tener una mayor resistencia al

esfuerzo tangencial, que otra de la misma piedra menos meteorizada y mal

graduada.(Del Cañizo Perate and 1980)

3) Protección de roca colocada a volteo que resista con eficiencia el embate de

las olas en el talud aguas arriba. (El Rajón estará entre 0.5 y 1 m de

diámetro, de roca resistente a la meteorización y densidad superior a los 20

kN/m3 ) (Del Cañizo Perate and 1980)

4) Si al realizar estas labores de reparación se sigue manifestando la beta

húmeda un período después de la reconstrucción se recomienda entonces lo

siguiente para evitar la ocurrencia en un mayor estadío de la patología un

fallo por sifonamiento de la cortina.

5) En este caso las labores de reparación elevarían su costo pero serían

indispensables para evitar un posible fallo: La solución sería para conseguir la

impermeabilidad requerida en el cuerpo de la presa a través de la creación

de una cortina de inyecciones, a partir de la coronación, con mezclas de

cemento, arcilla o inyecciones de tipo químico en la zona comprendida por la

beta pero en el talud mojado. (Del Cañizo Perate and 1980)

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3.3.3 Diseño de la glorieta del pozo central de la presa Gramal.

La glorieta se diseñó por el programa Staad Pro 2006, donde se analizaron los

estados de carga actuantes en la estructura. En este trabajo solo se incluyen

los resultados del diseño, ya que no es objetivo realizar el proyecto ejecutivo

del objeto. En el anexo 7 se resumen los resultados del análisis y diseño

estructural.

Estados de carga

1) Carga permanente (Cp).

2) Carga de uso (Cu).

3) Carga de viento (Cv).

Combinaciones

1) 1,2Cp + 1,6 Cu

2) 1,2Cp + 1,3 Cv

Modelo de la geometría.

Figura 3.29 Modelo de la geometría de la glorieta del pozo central de la presa Gramal.

• Diseño por elementos.

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Diseño de las columnas.

Figura 3.30 Geometría de las columnas.

Diseño

Figura 3.31 Diseño de las columnas de la glorieta.

Diseño de las vigas.

Viga tipo I

Geometría.

Figura 3.32 Geometría de la viga tipo I

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Diseño

Figura 3.33 Diseño de la viga tipo I

Viga tipo II

Geometría

Figura 3.34 Geometría de la viga tipo II.

Diseño.

Figura 3.35 Diseño de la viga tipo II.

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Capítulo III “Análisis y propuestas de intervención técnica a las patologías

en las PMG.“ �


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Croquis de la malla de la losa de cubierta.

Figura 3.36 Detalle de la malla electro soldada con acero ø 10 @ 20 cm para la losa tipo 1.

Figura 3.37 Detalle de la malla electro soldada con acero ø 10 @ 20 cm. para la losa tipo 2.

La losa tipo 1 tiene un ancho de 1,40 m, mientras que la losa tipo 2, 2 m. Las

mallas de ambas losas se empalman formando una sola malla.

El espesor de la losa es de 10 cm. con un recubrimiento de 3 cm. y la

colocación de la malla a 6,5 cm. de la parte superior de la losa.

Conclusiones parciales del capítulo

Después de la conformación de este capítulo se obtuvieron los resultados

siguientes:

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Capítulo III “Análisis y propuestas de intervención técnica a las patologías

en las PMG.“ �


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1. Se planteo la solución de las patologías existentes en ambas presas,

Minerva y Gramal, definiéndose en cada caso el diagnóstico del estado

patológico, las alternativas para la solución explicadas detalladamente por

etapas y con todos los equipos y materiales a utilizar en cada caso.

2. Mediante la modelación de la galería de la Presa Minerva en el SAP – 2000,

y el análisis de las tensiones en el muro central en distintas secciones se

comprobó que las fisuras aquí presentes no tenían su origen en un fallo

estructural a causa del hormigón armado, pues se demostró que los valores

obtenidos estaban lejos de las tensiones admisibles para el material. Se

definió como recomendación mantener la vigilancia en un posible progreso

de la patología y seguir chequeando las marcas instaladas.

3. Con la modelación de la sección de la cortina Minerva en el estacionado 9 +

63 por el programa Sigma/W, se comprobó que los problemas presentes no

estaban asociados a zonas de tracción en el terraplén, los estados

tensionales dentro de la cortina y principalmente en el núcleo se encuentra a

compresión.

4. Con la obtención de la curva de filtración y el chequeo de las lecturas de los

piezómetros en el período del 2004 – 2007 se demostró que los niveles de

agua dentro de la cortina en esta zona están por encima de la línea de

corriente superior calculada. A partir de este análisis se brindaron las

recomendaciones par atenuar la problemática.

5. Apoyados en el programa computacional Staad- Pro 2006 se diseñó la

glorieta que sirve como elemento de cubierta al pozo central (recolector de

filtraciones) de la presa Gramal, mostrando el diseño de los elementos

columnas, vigas y losa de cubierta.

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Conclusiones


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1. Mediante la caracterización del estado del arte se conoce las distintos tipos

de presas y sus partes componentes, materiales y condiciones a cumplir.

2. Se define las fuentes de conocimiento, referencias bibliográficas acerca de

las patologías y síntomas para la cortina de tierra, aliviadero y la toma de

agua que permiten proponer una forma de diagnóstico y catálogo de

patologías.

3. Se define una metodología para la inspección de estas obras hidráulicas,

desglosada y explicada por etapas y que puede emplearse para cualquier

otra obra en específico, poniendo al servicio de la empresa este documento,

con el cual no contaban para inspeccionar de forma periódica sus presas.

4. Se obtiene una descripción de los estados patológicos en ambas presas

definiendo en cada caso el elemento estructural afectado, la descripción de

la anomalía y la hipótesis del origen, llegando a establecer en varios casos

patologías definidas.

5. Se planteo la solución de las patologías existentes en ambas presas,

Minerva y Gramal, definiéndose en cada caso el diagnóstico del estado

patológico, las alternativas para la solución explicadas detalladamente por

etapas y con todos los equipos y materiales a utilizar en cada caso.

6. Mediante la modelación de la galería de la Presa Minerva en el SAP – 2000,

y el análisis de las tensiones en el muro central en distintas secciones se

comprobó que las fisuras aquí presentes no tenían su origen en un fallo

estructural a causa del hormigón armado, pues se demostró que los valores

��

Conclusiones


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obtenidos estaban lejos de las tensiones admisibles para el material. Se

definió como recomendación mantener la vigilancia en un posible progreso

de la patología y seguir chequeando las marcas instaladas.

7. Con la modelación de la sección de la cortina Minerva en el estacionado 9 +

63 por el programa Sigma/W, se comprobó que los problemas presentes no

estaban asociados a zonas de tracción en el terraplén, los estados

tensionales dentro de la cortina y principalmente en el núcleo se encuentra a

compresión.

8. Con la obtención de la curva de filtración y el chequeo de las lecturas de los

piezómetros en el período del 2004 – 2007 se demostró que los niveles de

agua dentro de la cortina en esta zona están por encima de la línea de

corriente superior calculada. A partir de este análisis se brindaron las

recomendaciones par atenuar la problemática.

9. Apoyados en el programa computacional Staad- Pro 2006 se diseñó la

glorieta que sirve como elemento de cubierta al pozo central (recolector de

filtraciones) de la presa Gramal, mostrando el diseño de los elementos

columnas, vigas y losa de cubierta.

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Recomendaciones


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1. Abordar más el tema referente al comportamiento de obras hidráulicas

(presas), en la carrera.

2. Acentuar aun más el conocimiento de los programas computacionales a los

estudiantes.

3. Hacer extensiva la metodología de diagnóstico propuesta para la inspección

de otras presas.

4. Para las labores de reparación de las patologías en algunos casos se

recomienda que se realicen en período seco.

5. Después que se realicen las labores de reparación en la cortina de la presa

Minerva, mantener un control sobre las filtraciones en esta zona.

6. Seguir chequeando las marcas instaladas en las fisuras de la galería

Minerva para prever una posible actividad de estas.

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Referencias


� ��

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la Estabilidad Interna y Estática de Presas de Tierra."

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10. Broche Lorenzo, J. L. (2005). "Conferencia de modelación de

estructuras."

11. Broche Recarey, J. (2002). "Palacio de los Capitanes Generales."

12. Collado, D. (2007). "Modelación de la Torre de la Toma de Agua."

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58. Uller, L. (1997).

��

Anexo 1


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Tabla.1.1 Principales tipos de compuertas. Obra Tipos

Compuerta tipo anillo

Compuerta tipo basculante

Compuerta tipo cilindro

Compuerta tipo esclusa

Compuerta tipo lagarto

Compuerta tipo rodante

Compuerta tipo sector

Compuerta tipo segmento

Compuerta tipo Stoney

Compuerta tipo tambor

Compuerta tipo tejado

Compuerta tipo vagón

Compuerta tipo vicera

Compuerta tipo Stop Log

Para canales, presas, esclusas y obras hidráulicas de envergadura los principales tipos de compuertas

Compuertas automáticas para control de nivel.

Compuertas para el control de nivel aguas arriba: Compuerta AMIS.

Compuertas para el control de nivel aguas abajo: Compuerta AVIS

Para tuberías los principales tipos de compuertas, también llamadas válvulas, son:

Válvula esférica

Válvula mariposa

Válvula Aguja

Anexo 2 ��


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Patologías en la cortina de tierra.

Sifonoamiento: Se produce cuando una fuga de agua concentra y erosiona el

suelo progresivamente hasta formar un conducto que une al embalse con el pie

del talud aguas abajo. El sifonamiento constituye la causa más frecuente de

fallo catastrófico en las presas después del desbordamiento. El mayor número

de fallos por esta causa se ha registrado en presas viejas o mal construidas y,

debido a que es casi siempre catastrófico, es difícil reconstruir su secuencia y

mecanismo. “Armas Novoa 1987.”

Este fallo tiene dos posibilidades de ocurrencia, por el cimiento o por la cortina,

muchos de los requerimientos que hoy día se exigen en las presas de tierra,

son medidas concebidas para disminuir la posibilidad de sifonamiento, ejemplo

de lo anterior son las especificaciones de humedad y peso especifico seco para

los suelos en contacto con las estructuras de hormigón, que son zonas

preferenciales para la ocurrencia de este fenómeno .También las exigencias en

cuanto a homogeneidad del terraplén, evitando zonas potenciales de flujo, todo

esto junto con otros elementos han hecho que en la practica moderna de

construcción de presas, sea raro un caso de sifonamiento por el

terraplén.(Armas Novoa 2002, Taller Nacional sobre Fallos de Presas de

Tierra.)

Agrietamiento: El agrietamiento se origina cuando la deformación de la cortina

produce zonas de tracción, que aparecen por asentamiento diferencial de la

masa de suelo, sea por deformación del propio cuerpo del terraplén o del

terreno de cimentación.

De la misma manera las grietas resultan muy peligrosas para la cortina de

tierra, pues atraviesa la presa desde aguas arriba hasta aguas abajo,

facilitando el flujo concentrado en una zona de la cortina. Se originan por

asentamientos diferenciales entre tramos adyacentes de la cortina; por ejemplo

una zona que descanse sobre el área del cauce y otra que descanse sobre un

Anexo 2 ��


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hombro rocoso. Esta situación empeora si el terreno en la zona del cauce está

compuesto por estratos compresibles.

Las grietas más peligrosas son las que ocurren transversalmente al eje de la

cortina, pues crean una zona de concentración de flujo, son producidas

generalmente por asentamiento diferencial, de la zona de la cortina próxima a

las laderas de la boquilla, respecto a la zona central del cauce.

Las grietas longitudinales suelen ocurrir cuando los taludes de las presas se

asientan mas que su núcleo impermeable de material bien compactado y

espaldones pesados de enrocamiento. (Armas Novoa 2002, Taller Nacional

sobre Fallos de Presas de Tierra.)

Deslizamientos: En los deslizamientos los factores más importantes son la

gravedad, peso y su distribución, carga y descarga, variación e intensidad de

la presión de poro, fuerza de expansión y contracción, remoción de soportes,

cambios de pendientes, alteración, saturación de agua, voladuras, sismo,

actividad volcánica y disminución de la resistencia con el tiempo. (Ruiz

Vázquez y González Huesca, 2002.)

Existen tres tipos de fallas por deslizamiento:

Falla durante la construcción.

Falla durante la operación.

Falla después de un vaciado rápido.

Patologías más frecuentes en la toma de agua y el aliviadero.

La eflorescencia: Es una de las patologías que ocurre en la superficie de los

elementos de hormigón, provocado por reacciones químicas de los compuestos

salinos resultantes de los procesos de fraguado.

Anexo 2 ��


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Abrasión: Es un daño típico en aliviaderos, es superficial, producido por el

arrastre de áridos. Capitación es un patología típica de aliviaderos donde el

despegue de los áridos y aglomerantes de la superficie del hormigón debido a

la succión creada por la presión negativa en zonas aguas abajo, donde el agua

circula con rapidez.

La carbonatación: de hormigón es una patología que causa la superficie del

hormigón unas grietas a lo largo de donde se encuentran las armaduras.

Después, el recubrimiento del hormigón se desprende. La carbonatación del

hormigón es un proceso químico de envejecimiento ambiental causado por la

acción del dióxido de carbono y el agua, que transforman el hidróxido de calcio

en carbonato cálcico. Durante la carbonatación, la dureza y resistencia a

compresión del hormigón aumentan y el pH disminuye desde un valor inicial

aproximado de 12 hasta llegar a 7, es decir de alcalino a neutro. Estos

fenómenos, beneficiosos para el hormigón son, sin embargo, nocivos para las

armaduras. En un hormigón con reacción alcalina se forma una capa

pasivadora de óxidos sobre la superficie de las armaduras que las protege

frente a la corrosión. Esta capa desaparece cuando el pH desciende por debajo

de un valor aproximado de 9,5.

Corrosión por lixiviación: Se desprende el hormigón o mortero, esta

patología aparece como fugas amarillo-blanquecinas en las grietas.

Fugas en juntas: Es una patología que es típico en la toma de agua de

trabajo, las fugas en el hormigón están en lugares donde existe una

discontinuidad en la colocación del hormigón.

(Según el folleto titulado “Obras hidráulicas, las patologías en estructuras

hidráulicas de la firma Drizoro S A del año 1997.)

Anexo 2 ��


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La corrosión: Es un proceso que ocurre en fase acuosa, en el caso del

hormigón armado, el fenómeno tiene lugar en la solución existente en los poros

interiores. El fenómeno se observa con frecuencia en hormigones de baja

calidad, elaborados con altas relaciones agua – cemento y por consiguiente

que presentan elevada porosidad, así como en componentes estructurales

afectados por humedad o ciclos de mojado.

La abrasión y desgaste: Son acciones asociadas a esfuerzos que provocan

un desgaste de la superficie expuesta del hormigón se pueden agrupar como

fenómenos de abrasión y desgaste, aunque más específicamente se considera

abrasión cuando hay una acción mecánica por arrastre de sólidos sobre la

superficie. El arrastre de sedimentos en un canal revestido, la acción de

neumáticos protegidos con cadenas o clavos para la circulación sobre

superficies congeladas, el transporte de sólidos en una tubería de conducción y

la situación de un vertedero de una presa son situaciones típicas donde se

produce la erosión.

Las eflorescencias: Ocurren frecuentemente en la superficie del hormigón

cuando el agua tiene posibilidad de percolar a través del material, ya sea en

forma intermitente o continua, o cuando una cara expuesta sufre el proceso de

humedecimiento y mojado en forma alternativa. Las eflorescencias consisten

en el depósito de sales que son lixiviadas fuera del hormigón, las que se

cristalizan luego de la evaporación del agua que las transportó o por la

interacción con el dióxido de carbono de la atmósfera. Entre las sales típicas

podemos citar los sulfatos y carbonatos de sodio, potasio o calcio.

El asentamiento: Es una de las causas más frecuentes que generan la

aparición de fisuras y daños en las estructuras de hormigón armado, están los

denominados asentamientos diferenciales. Los asentamientos diferenciales

pueden ser provocados por distintas causas, algunas de las cuales, las más

importantes, se mencionan a continuación. (Ver anexo 1)

Anexo 2 ��


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Errores en el proyecto o en la ejecución de las fundaciones.

Cargas no previstas en el proyecto original.

Deformación excesiva del suelo de fundación, no considerado en el proyecto

por desconocimiento o información errónea de sus características.

Deformación excesiva localizada del suelo por la aparición de alteraciones no

previstas (inundación, vibración, erosión, socavación, etc.).

Fundación sobre pozos mal cegados, rellenos mal ejecutados, alteraciones del

terreno desconocidas, etc.

Fundación de una misma estructura sobre distintos tipos de suelo y/o utilización

de distintos sistemas de cimentación o niveles de la fundación.

Alteraciones por construcciones vecinas.

Existencia de suelos expansivos.

Inyección del terreno en zonas próximas, que genere un importante empuje

vertical sobre la superficie de apoyo de la fundación (ascensos de los apoyos).

(Según Manual de Rehabilitación 2003.)

Anexo 3 ��


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Definiciones referentes a mantenimiento y reconstrucción.

Pronóstico

Según el diccionario de la Real Academia: Juicio que el especialista forma

acerca del curso, duración y terminación de un proceso patológico.

Según Babe 1989 El pronóstico es predecir la probable evolución de la

anomalía, prevenir que puede suceder. El concepto de pronóstico, asociado

siempre al diagnóstico, lleva implícito la idea de prevención.

Los dos definiciones son ciertas, pero a los efectos para éste trabajo se

considera la dada por Babe.

Deterioro

Según la Norma Cubana NC-52-55:1982: Desgaste, daño o rotura de la

construcción o de sus elementos componentes que impiden su utilización o le

ocasiona deficiencias constructivas, funcionales o estéticas.

Inspección

Según Norma Cubana NC-52-55:1982: Revisión de Carácter técnico que se

realiza en las construcciones de arquitectura e ingeniería para detectar el

estado de los diferentes elementos componentes e indicar los trabajos a

realizar para que cumplan su función.

Inspección parcial

Según Norma NC-52-55:1982: Inspección que abarca uno o varios elementos

componentes de la construcción.

Anexo 3 ��


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Inspección intensiva

Según Norma Cubana NC-52-55:1982: Inspección que se realiza mediante

instrumentos y que puede requerir pruebas de carga, estudio de proyecto,

cálculos estructurales u otros análisis más detallados.

Inspección ordinaria

Según Norma Cubana NC-52-55:1982: Inspección que se realiza

periódicamente se acuerdo a una planificación.

Inspección Extraordinaria

Según Norma Cubana NC-52-55:1982: Inspección que se efectúa por

indicación de una inspección ordinaria o por situaciones especiales como

catástrofes, accidentes u otros.

Mantenimiento

Según Norma Cubana NC-52-55:1982: Trabajo periódico de carácter

preventivo y planificado, que se realiza en las construcciones durante su

explotación, para conservar las propiedades y capacidades funcionales que

son afectadas por el uso, agentes atmosféricos o su combinación, sin que sus

elementos componentes fundamentales sean objeto de modificación o

sustitución total o parcial. Su planificación se basa en la durabilidad de sus

elementos componentes.

Según Menéndez 1986: El mantenimiento es el conjunto de trabajos sencillos

que se realizan para evitar la degradación de una construcción, empezando por

la limpieza.

Según Babe1989: Trabajos que deben realizarse de forma cíclica para la

atención de los equipos y de los elementos componentes de las construcciones

Anexo 3 ��


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con el fin de subsanar sus deficiencias, y mantener de manera eficaz los

servicios que brinden, con énfasis especial de aquellas partes que por su uso

continuado o por su ubicación se encuentran más expuestos al deterioro.

Según Gerardo Ruiz y Eduardo Hernández 2001: Trabajos de carácter

periódico, sistemático y planificado, que deben realizarse a lo largo de la vida

útil de la edificación para conservar sus características, propiedades y

funcionamiento, sin que impliquen la modificación o sustitución de

componentes fundamentales.

Según Babe en el año 1989 existen varios tipos de mantenimiento, entre ellos:

Mantenimiento Preventivo, mantenimiento correctivo, mantenimiento de obras

nuevas, mantenimientos de obras viejas existentes, mantenimiento privado y

mantenimiento estatal. Se expondrán las definiciones de los dos primeros tipos

referidos en este trabajo.

Mantenimiento preventivo

El que debe ser previsto por el profesional al realizar el proyecto de una obra.

Mantenimiento correctivo

El que se planifica ejecutar en las construcciones para evitar el máximo de

deterioros.

Reparación

Según Norma Cubana NC-52-55:1982: Trabajo que se realiza en las

construcciones durante su explotación para arreglar o sustituir partes o

elementos componentes. Según su alcance puede ser parcial o total: según su

carácter, normal o urgente.

Según Menéndez 1986: Componer, arreglar una construcción que ha sufrido

deterioro sin afectar sus elementos fundamentales.

Anexo 3 ��


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Según Babe 1989: Trabajos que se realizan para arreglar los desperfectos

sufridos por elementos componentes de una construcción, que puede incluir en

ciertos casos, la sustitución de elementos no estructurales o de equipos, que

por su uso continuado, por su ubicación o falta de mantenimiento se han

deteriorado a tal extremo que se hace imprescindible su sustitución.

Según Alfonso del Rio Bueno Consiste en la restitución de los niveles originales

de seguridad de la estructura cuando estos se han reducido considerablemente

por alguna causa. Consecuentemente, implica la existencia previa de un daño

de cierta entidad.

La definición más acertada, a juicio de la autora de este trabajo es la de Babe.

Reconstrucción

Según Norma Cubana NC-52-55:1982: Trabajo que se realiza a las

construcciones para sustituir o construir de nuevo sus elementos componentes

total o parcialmente, con el fin de devolverle su valor de uso y prolongarle su

vida útil. Término permisible: revalorización.”

Según Menéndez 1986: Arreglar una construcción que ha sufrido deterioro en

sus elementos fundamentales.

Según Babe en el año 1989: Sustitución de los elementos que no admiten

reparación o reformación lo que puede lógicamente conducir a la necesidad de

construir de nuevo entrepisos, cubiertas, pilares, vigas, muros, cimientos, etc.

A juicio de la autora de este trabajo la definición más completa es la dada por la

Norma Cubana.

Rehabilitación

Anexo 3 ��


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Según norma Cubana NC-52-55:1982: Acción dirigida a devolver en un edificio

declarado inhabitable o inservible, las condiciones necesarias para su uso

original u otro nuevo.

En este trabajo se utilizará la definición dada por la Norma Cubana, sabiendo

que existen otras consideraciones en la bibliografía internacional.

Restauración

Según Norma Cubana NC-52-55:1982: Trabajo que se realiza en las

construcciones de valor histórico, arquitectónico o ambiental para preservar o

restablecer sus características originales con estrictos requisitos de

autenticidad.

Según Carta de Venecia la restauración es una operación que debe tener

carácter excepcional. Tiene como fin conservar y revelar los valores estéticos

e históricos de un monumento y se fundamenta en el respeto hacia los

elementos antiguos y las partes auténticas. Se detiene en el momento en que

comienza la hipótesis; más allá, todo complemento reconocido como

indispensables se destacará de la composición arquitectónica y llevará el sello

de nuestro tiempo. La restauración estará siempre precedida y acompañada

por un estudio arqueológico e histórico del monumento.

La definición más adecuada, a juicio de la autora de este trabajo es por la

Norma Cubana.

Vida Útil

Según un Folleto de Patología y Terapéutica por el profesor Olivera 2004: La

vida útil de una edificación o construcción es el máximo período de tiempo o

edad que puede alcanzar manteniendo un estado técnico y una capacidad de

respuesta ante las exigencias de uso, sin sobrepasar los niveles de confort y

seguridad que se hayan establecido.

Anexo 3 ��


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La Norma Cubana NC-52-55:1982: Define el tiempo de vida útil como: “Tiempo

durante el cual la construcción o sus elementos componentes, mantiene dentro

de niveles aceptables sus condiciones técnicas, higiénico-ambientales,

funcionales y de seguridad, sometida a una explotación normal y recibiendo

trabajos periódicos de conservación”.

Según Cruz Alonso 2001: período en el que la estructura conserva los

requisitos del proyecto sobre seguridad, funcionalidad y estética, sin costos

inesperados de mantenimiento.

La definición más completa es si a la dada por Olivera se le agregara que dicho

tiempo depende de la durabilidad de los materiales empleados, de la calidad de

ejecución de los trabajos y de su correcta explotación, teniendo presente las

actividades de mantenimiento.

Proceso Patológico

El concepto de Proceso Patológico es la secuencia que comprende el origen y

las causas del estado de lesión o desperfecto de la edificación, la evolución del

proceso de deterioro, sus síntomas y finalmente las manifestaciones de

deterioro que se detectan u observan en las construcciones afectadas.

Concluyentemente, el Estudio Patológico comprenderá el estudio de las etapas

o secuencias del proceso patológico, el cual parte del análisis del estado

patológico o los síntomas y resultados de las lesiones, hasta llegar a sus

orígenes o causas, con el propósito de definir su tratamiento (algunos autores

lo entienden como “la terapéutica”) y elaborar conclusiones sobre su posible

evitación.

Los métodos de análisis constituyen un instrumento básico para la

conservación de edificios ya que, intentar frenar o corregir el deterioro de las

construcciones sin un diagnóstico de sus problemas o un pronóstico sobre su

evolución, es un riesgo con un alto porcentaje de probabilidades de fracaso. La

Anexo 3 ��


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inspección en los casos de reparaciones parciales o de urgencia se basa en un

método de análisis y de unos conceptos bien asentados. Toda acción de

conservación debe contemplar el conjunto de factores que actúan sobre la vida

útil de la construcción y nada debe ser improvisado o abordado de forma

superficial o rutinaria.

La utilización de una metodología adecuada para el diagnóstico de los daños

presentes en una estructura, así como su evolución y pronóstico de desarrollo

deberá repercutir directamente en una mejor calidad de los proyectos de

rehabilitación a realizar, así como en la obtención de mejores resultados desde

el punto de vista científico, técnico y económico en las investigaciones que es

necesario llevar a cabo para estos fines.

El proceso patológico en una parte o el todo de la estructura presupone que

hay unas causas que constituyen el origen, que a su vez provocarán las

patologías que se manifiestan a través de un síndrome (cuadro clínico). Éstas,

antes y después de manifestarse, se han desarrollado, en mayor o menor

medida y con mayor o menor correspondencia con el origen, lo que constituye

un reto para el correcto diagnóstico y la terapéutica que las debe atender y

eliminar. Este es el momento en que se retoma el camino a la inversa al que

siguió el proceso patológico para investigar y llegar a las causas y origen de la

lesión. Esto sería técnico y económicamente sustentable, pues de lo contrario

se puede propiciar el origen de lo que se conoce como patologías.

Se puede concluir que cuando hablamos de patología en un material, elemento

componente o estructuras en general, debemos entender que el término lleva

implícito el concepto de sistema, es decir, que implica aceptar y estudiar un

proceso: el proceso patológico.

El proceso patológico fue investigado por Odalys en el año 2004, el trabajo

tiene como objetivo su solución, que implica la reparación de la unidad

constructiva dañada para devolverle su misión inicial.

Anexo 3 ��


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Para atacar un problema constructivo, en primer lugar se debe diagnosticar, es

decir, conocer su proceso, su origen, sus causas, su evolución, sus síntomas y

su estado actual. Este conjunto de aspectos del problema, que pueden

agruparse de un modo secuencial, es lo que se denomina proceso patológico.

En un proceso patológico se pueden distinguir tres partes bien definidas, el

origen, la evolución y el resultado final, de tal modo que para su estudio se

debe recorrer dicho camino de forma inversa. Así pues, se debe empezar por

observar el resultado de la lesión, el síntoma, para llegar a su origen, la causa,

siguiendo la evolución de la misma.

Este análisis debe ser metódico y exhaustivo porque de él depende el éxito de

la empresa. Por ello es preciso adoptar un método sistemático de observación

y toma de datos y limitar las posibles ideas preconcebidas, es decir, contener la

intuición profesional que puede ser común y útil, pero muy peligrosa en algunas

ocasiones.

Podemos utilizar la misma forma de evaluación para el proceso patológico en

las estructuras hidráulicas que incluye cuatro momentos esenciales que son:

• Diagnóstico

• Pronóstico

• Tratamiento

• Prevención.

El término Diagnóstico significa, la capacidad de reconocer, el conocimiento de

la enfermedad, por lo tanto diagnosticar supone conocer las anomalías y

discernirlas.

Pronóstico es un término que significa previsión de lo que ha de ocurrir, o sea

este concepto lleva implícito la idea de previsión o evolución.

Anexo 3 ��


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Un buen pronóstico, solo es posible sobre la base de un adecuado diagnóstico

y de un conocimiento integrador de la construcción, pues esta es el soporte

físico de la patología e incide en mayor o menor grado en su evolución.

El Tratamiento es el juicio mediante el cual, se seleccionan las vías o

procedimientos más adecuados para eliminar o mejorar la anomalía. La

selección de un tratamiento adecuado, debe basarse, por supuesto, en un

diagnóstico y pronóstico bien fundamentado, teniendo además en cuenta las

condiciones específicas del contexto en que se aplicará, o sea el aspecto

económico y el desarrollo tecnológico existente o disponible.

La Prevención es una propuesta de las medidas preventivas, incluyendo las

acciones de mantenimiento, requeridas para la evitación del estado patológico.

Anexo 4 ��


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Caracterización de las presas Minerva y Gramal.

En este epígrafe se muestra una caracterización general de las presas objeto

de estudios, sus niveles de explotación, características estructurales, datos

propios del embalse, fechas de puesta en explotación y otros parámetros

necesarios para tener una panorámica sintetizada de las mismas.

Caracterización de la presa Gramal.

Está situada al sudeste de la ciudad de Santa Clara, en el macizo montañoso

conocido como Sierra Alta de Agabama, en el curso del río Gramal afluente del

Agabama. Fue construida entre 1915 y 1919 con el objetivo de abastecer de

agua a la ciudad de Santa Clara con una capacidad media de entrega de 4 088

m3 diarios (47 l / s). La Presa es del tipo escollera con núcleo de hormigón de

160.0 m de longitud y altura máxima de 22 m. En la margen derecha posee un

vertedor de demasías regulado por compuertas. Las entregas se realizaban por

gravedad a través de una tubería de hierro fundido de 14 pulgadas de diámetro

y 2 Km. de longitud a través del lecho del embalse Agabama hasta la estación

de bombeo aguas debajo de este último embalse. El volumen total del embalse

es de 1.794 hm3. Actualmente trasvasa directamente al vaso del embalse

Agabama.

Datos Generales.

Tipo de presa: Mixta, escollera con núcleo de hormigón y pozos colectores de

filtración.

Coordenadas de cierre: Norte: 274.26 Este: 615.62

Acceso: De Santa Clara hasta el Km. 9 por la carretera a Revacadero, terraplén

a la izquierda Km. 7.

Anexo 4 ��


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Datos de Investigaciones.

2. Hidrológicos y fisiográficos Longitud del río principal: 7.3 Km.

Área de la Cuenca: 8.0 km2 Altura media de la cuenca: 340.0m

Densidad de drenaje: 0.69 Km. / km2

Otros datos

Tipo de regulación: Anual

Coeficiente de regulación: 0.46 Volumen útil: 2.040 hm3

Volumen de entrega garantizada: 1.700 hm3

Cota ( m ) Volumen (hm3)

Área Embalse (km2)

N.A.M. 233.16 2.151 0.364 N.A.N. 232.16 1.794 0.326 N.M. 217.50 0.006 0.005

DATOS DE LOS OBJETOS DE OBRA

Parámetros Cortina Tipo Escollera con núcleo de hormigón Material Roca serpentinita y hormigón Longitud de la corona ( m ) 160 Ancho de la corona ( m ) 10 Ancho de la base máx. (m ) 158 Cota de base ( cauce ) ( m ) 211.66 Cota de corona ( m ) 233.50 Altura máx. ( fondo del río ) ( m )

21.84

Revestimiento talud mojado Roca serpentinita Revestimiento talud seco Capa vegetal y césped

Anexo 4 ��


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Datos de Interés:

La obra pose un núcleo de hormigón con 58 pozos colectores revestidos de

hormigón los cuales se comunican en el fondo con un pozo central, desde el

cual se evacua el agua proveniente de las filtraciones mediante una tubería de

8” y válvula de cuña hasta una caja de hormigón, al pie del talud aguas abajo.

Características de los pozos de filtración:

Margen Derecha: Cantidad: 29 ∅ 1.70m Profundidad: Variable

Margen Izquierda: Cantidad: 29 ∅ 1.70m Profundidad: Variable

Distancia entre ejes: 1.90m

Pozo Central: ∅ 3.00m Profundidad: 22m

Parapeto: Longitud: 114m Alto: 0.9m Ancho: 0.18m

Drenaje Pozo Central: Tubería 8” con válvula de cuña

2.- Aliviadero

2.1- Datos del aliviadero

• Tipo de aliviadero : Frontal recto con compuerta

• Canal de Aproximación: Longitud:11.2m Ancho:15m

• Aletón Izquierdo: Largo: 34m Alto: 2.7m Ancho: 0.3m

• Aletón Derecho: Largo: 15m Alto: 2.7m Ancho: 0.3m

• Sección Vertedora: Longitud: 11.2m (6 secciones 1.2 x 1.2m)

• Compuertas: Tipo: Planas de acero Cantidad: 6 Dimensiones: 1.2 x 1.2m

• Compuertas: Tipo: Planas de acero Cantidad: 4 Dimensiones: 0.95 x

1.20m

• Mecanismo de Elevación: Tipo: Tornillo con volante Cantidad: 6

Anexo 4 ��


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• Tipo de Operación: Manual Capacidad:3 Ton

• Entrega por Obra de Toma: 0.70m3/seg.

Las compuertas de acero se ubican en dos secciones de 3 compuertas dentro

de las 3 pilas centrales del puente y las de madera en secciones de 2 metros

en los extremos.

• Rápida: Longitud: 140m Ancho máximo: 15m Ancho mínimo: 9m

• Muros: Altura máxima: 2.7m Altura mínima: 1.4m

• Cota del Piso: Superior: 231.00m Inferior: 213.50m

2.2- Gasto de diseño

Probab. de

la avenida

Cota ( m ) Carga ( m ) Gasto aliviadero

(m3/s )

5% 233.16 2.16 100

Gasto máximo para una compuerta 43m3/seg.

3.- Obra de toma y entrega

• Tipo de entrega: Gravedad

• Tipo de Obra de Toma: Pozo con válvula y tubería soterrada de 360m ∅ con

entrega por gravedad y su control se realiza con válvula instalada aguas

abajo al final de la cortina de igual diámetro.

• Tipo de Control: Válvulas

• Válvulas de Operación: Cantidad: 2 ∅ 14” Tipo: Cuña

• Válvulas de Reparación: Cantidad: 1 ∅ 14” Tipo: Cuña

• Gasto de Entrega: 47 l/seg.

• Sistema de Operación: Cantidad: 2 – 14” Tipo: Cuña

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4.- Desagüe de fondo

• Tipo de Desagüe: Tubería soterrada

• Tipo de Control: Válvulas

• Válvulas: Cantidad: 1 de 24” Tipo: Cuña

• Tubería de salida: ∅ 18”

Volúmenes de trabajo

Concepto UM Cantidad Terraplén MM3 162.8 Excavación MM3 119.3 Filtros MM3 5.0 Hormigón MM3 4.56 Enrocamiento MM3 15.0

V.- Datos sobre proyectos, construcción y costos.

Jefe Técnico de la construcción: Ing. Torrance y Portal

Costo de la obra según presupuesto: 0.840 MMP

Fecha de inicio de la construcción: agosto 1915

Fecha de terminación de la construcción: 3 de julio 1919

Fecha de comienzo del almacenamiento: 1917

Fecha de inicio de la explotación: 1917

Anexo 4 ��


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2.2.2 Caracterización de la presa Minerva.

Datos generales.

Objetivo: Abasto a la ciudad de Santa Clara, acuicultura, riego de caña, arroz y

pastos.

Cuenca: Sagua la Chica Río: Sagua la Chica

Tipo de presa: Homogénea

Coordenadas de cierre: Norte: 289.80 Este: 624.04

Hoja cartográfica: 1: 50 000 4283 – III

Acceso: a 18 Km. al noroeste de la ciudad de Santa Clara por la carretera de

Camajuaní.

� Datos de investigaciones.

Hidrológicos y fisiográficos

Área de la Cuenca: 313.0 km2 Longitud del río principal: 32.5 Km.

Pendiente del río: 4.20 % Pendiente de la cuenca: 66.0 %

Longitud de las laderas: 554.0 m Altura media de la cuenca: 147 m

Densidad de drenaje: 0.95 Km. /km2

Geología

Vaso: Loan arcilloso y diabasas poco permeables

Cierre: Margen izquierda, metadiabasas, diabasas y serpentinitas gris verdoso fuerte monolíticas.

Zona del cauce: Arcilla, arena arcillosa, cantos rodados, grava y gabro diabasas.

Anexo 4 ��


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Margen derecha: Arcilla, canto anguloso, grava angulosa, gabro diabasas fuerte, ortoperidotitas y metadiabasas.

PARÁMETROS DEL EMBALSE.

• Tipo de regulación: Híper anual • Coeficiente de regulación: 0.89 Volumen útil: 118 hm3 • Volumen de entrega garantizada : 95 hm3

Cota (m)

Volumen (hm3)

Área del embalse (Km2)

N.A.M. 85.30 195.60 24.80 N.A.N. 82.00 123.00 18.00 N.M. 66.50 5.00 1.25

Ubicación Coordenadas

Capacidad Volumen (hm3)

Norte Este Útil Muerto Normal Máximo

Corona (m)

290.70 624.10 118.00 5.00 123.00 195.60 87.00

Anexo 4 ��


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DATOS DE LOS OBJETOS DE OBRA

Cortina y Diques auxiliares

Parámetros Cortina Dique Tipo Homogénea Arcilla Material Arcilla Arcilla Longitud de la corona ( m ) 1625 1313 Ancho de la corona ( m ) 6 5 Ancho de la base máx. (m ) 202.4 43.20 Cota de base ( cauce ) ( m ) 50.0 - Cota de corona ( m ) 87.0 86.0 Altura máx. ( fondo del río ) ( m ) 37.00 6.0 Tipo de revest. ( talud mojado ) Enrocamiento Enrocamiento Tipo de revest. ( talud seco) Capa vegetal y rajón. Césped. Tipo de dentellón o similar Arcilla Arcilla Tipo de filtro ( talud mojado ) Enrocamiento a

volteo Enrocamiento a volteo

Tipo de filtro ( talud seco ) Recostado Recostado Prisma de drenaje Si No Cortina de inyección No No

Otros datos de interés

La presa tiene colocado a todo lo largo desde el pie del talud hasta la altura de

la berma un filtro recostado de arena, grava y macadan, este filtro cubre parte

del talud seco hasta la corona entre las estaciones 3 + 50 y 5 + 80 frente

a la toma de agua, a todo lo largo de la base de la presa fue excavado un

dentellón el cual fue cuidadosamente limpiado y rehinchado con arcilla plástica

al igual que el resto de la presa.

El enrocamiento del talud mojado fue colocado a volteo y está formado por

desecho de cantera con mucha irregularidad entre sus componentes.

La corona fue cubierta con una capa asfáltica de 0.1 m de espesor. En la zona

del cauce fue colocado un prisma de drenaje de piedra.

Anexo 4 ��


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Obras de Toma y Aliviaderos

Toma de Agua Aliviadero Gasto Q (m3/s) Tipo Máx. Nor

Órgano de cierre

Tipo Capac. (m3/ s)

Entrega Garantizada

Gravedad, torre con galería, válvulas y compuertas. Galería Ancho ---- 3.50 m Largo ----- 165.85 m Altura ----- 3.0 m Sección rectangular Tubería Ø 1200 mm De 74.0 m de longitud y dos válvulas de Ø 1200 mm tipo cono.

30.0

10.0

Válvula y compuerta Válvula Ø 1200 y largo máximo 16.3 m Compuerta Plana de 3x2 m

Abanico, con perfil con vacío y rápida. Sección vertedora 137.8 m con rápida y disipador de energía

1250 para la avenida del 0.5% de prob.

95.0

Fecha de inicio de la construcción: 1969

Fecha de terminación de la construcción: 1970

Fecha de comienzo del almacenamiento: 1970

Fecha de inicio de la explotación: 1971

Anexo 5 ��


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Tensiones del suelo en estado saturado sobre la galería de la presa Minerva obtenidas en el Sigma/W. La grafica como las tablas de los valores por puntos.

Figura. 5.1 Puntos en la base de la galería Minerva.

Figura. 5.2 Puntos en la cubierta de la galería Minerva.

Anexo 5 ��


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Figura. 5.3 Puntos en el lado derecho de la galería Minerva.

Figura. 5.4 Puntos en lado izquierdo de la galería Minerva.

Anexo 5 ��


� ��

Puntos en la base de la galería Minerva. Pt # Distance Y-T. Stress1 1 +0.0000e+000 +3.3496e-001 2 +2.9300e-001 -2.6960e+001 3 +5.8600e-001 -5.1080e+000 4 +8.7900e-001 -4.5703e+000 5 +1.1710e+000 -4.1243e+000 6 +1.4640e+000 -2.6503e+000 7 +1.7570e+000 -9.2232e-001 8 +2.0500e+000 -4.4734e-001 9 +2.3430e+000 +8.7077e-002 10 +2.6360e+000 +4.0141e-001 11 +2.9290e+000 +7.3044e-001 12 +3.2210e+000 +8.8970e-001 13 +3.5140e+000 +1.0564e+000 14 +3.8070e+000 +1.1246e+000 15 +4.1000e+000 +1.1938e+000 16 +4.3500e+000 +1.1894e+000 17 +4.6000e+000 +1.1912e+000 18 +4.8930e+000 +1.1186e+000 19 +5.1860e+000 +1.0472e+000 20 +5.4790e+000 +8.7680e-001 21 +5.7710e+000 +7.1394e-001 22 +6.0640e+000 +3.7957e-001 23 +6.3570e+000 +6.0034e-002 24 +6.6500e+000 -4.7864e-001 25 +6.9430e+000 -9.5711e-001 26 +7.2360e+000 -2.7174e+000 27 +7.5290e+000 -4.2174e+000 28 +7.8210e+000 -4.6046e+000 29 +8.1140e+000 -5.1022e+000 30 +8.4070e+000 -2.7426e+001 31 +8.7000e+000 +1.7307e-002

Anexo 5 ��


� ��

Puntos en la cubierta de la galería Minerva. Pt # Distance Y-T. Stress1 1 +0.0000e+000 +2.4261e+001 2 +2.9300e-001 +7.7430e+001 3 +5.8600e-001 +4.9539e+001 4 +8.7900e-001 +4.7841e+001 5 +1.1710e+000 +4.5885e+001 6 +1.4640e+000 +4.3590e+001 7 +1.7570e+000 +4.0976e+001 8 +2.0500e+000 +4.0017e+001 9 +2.3430e+000 +3.8995e+001 10 +2.6360e+000 +3.8354e+001 11 +2.9290e+000 +3.7696e+001 12 +3.2210e+000 +3.7337e+001 13 +3.5140e+000 +3.6971e+001 14 +3.8070e+000 +3.6809e+001 15 +4.1000e+000 +3.6648e+001 16 +4.3500e+000 +3.6653e+001 17 +4.6000e+000 +3.6647e+001 18 +4.8930e+000 +3.6806e+001 19 +5.1860e+000 +3.6966e+001 20 +5.4790e+000 +3.7331e+001 21 +5.7710e+000 +3.7688e+001 22 +6.0640e+000 +3.8344e+001 23 +6.3570e+000 +3.8983e+001 24 +6.6500e+000 +4.0002e+001 25 +6.9430e+000 +4.0957e+001 26 +7.2360e+000 +4.3572e+001 27 +7.5290e+000 +4.5865e+001 28 +7.8210e+000 +4.7790e+001 29 +8.1140e+000 +4.9462e+001 30 +8.4070e+000 +7.7402e+001 31 +8.7000e+000 +2.4275e+001

Anexo 5 ��


� ��

Puntos en el lado derecho de la galería Minerva. Pt # Distance X-T. Stress1 1 +0.0000e+000 +4.4634e+000 2 +3.0000e-001 +1.6917e+001 3 +6.0000e-001 +2.4511e-002 4 +8.5000e-001 +5.8555e+000 5 +1.1000e+000 +1.0585e+001 6 +1.3500e+000 +1.0299e+001 7 +1.6000e+000 +9.5119e+000 8 +1.8500e+000 +1.0043e+001 9 +2.1000e+000 +1.0604e+001 10 +2.3500e+000 +1.1533e+001 11 +2.6000e+000 +1.2422e+001 12 +2.8500e+000 +1.0543e+001 13 +3.1000e+000 +9.6916e+000 14 +3.3500e+000 +1.9205e+001 15 +3.6000e+000 +3.0805e+001 16 +3.9000e+000 -1.4657e+000 17 +4.2000e+000 +7.4045e+000 Puntos en lado izquierdo de la galería Minerva. Pt # Distance X-T. Stress1 1 +0.0000e+000 +3.3798e+000 2 +3.0000e-001 +1.5240e+001 3 +6.0000e-001 -1.6458e+000 4 +8.5000e-001 +4.4608e+000 5 +1.1000e+000 +9.4935e+000 6 +1.3500e+000 +9.6630e+000 7 +1.6000e+000 +9.3189e+000 8 +1.8500e+000 +1.0096e+001 9 +2.1000e+000 +1.0874e+001 10 +2.3500e+000 +1.1863e+001 11 +2.6000e+000 +1.2815e+001 12 +2.8500e+000 +1.0918e+001 13 +3.1000e+000 +1.0054e+001 14 +3.3500e+000 +1.9550e+001 15 +3.6000e+000 +3.1131e+001 16 +3.9000e+000 -1.1467e+000 17 +4.2000e+000 +7.5263e+000

Anexo 6 ��


� ��

Tensiones en la cortina de la presa Minerva en la sección analizada Puntos por el borde de la cortina de izquierda a derecha X – Total Stress. Pt # Distance X-T. Stress1 1 +0.0000e+000 -9.5814e-001 2 +1.0303e+000 -4.1980e-002 3 +3.0912e+000 +7.9361e-001 4 +7.2127e+000 +2.0357e+000 5 +1.4940e+001 +3.9211e+000 6 +1.9062e+001 +4.8392e+000 7 +2.4214e+001 +5.9564e+000 8 +2.8851e+001 +6.9428e+000 9 +3.4003e+001 +7.9922e+000 10 +3.9670e+001 +9.1023e+000 11 +4.4822e+001 +9.9839e+000 12 +5.1005e+001 +1.0671e+001 13 +5.7703e+001 +9.9764e+000 14 +5.8728e+001 +9.4750e+000 15 +6.0799e+001 +7.6709e+000 16 +6.1824e+001 +5.2381e+000 17 +6.4234e+001 +8.8737e+000 18 +6.5574e+001 +8.5885e+000 19 +6.6104e+001 +8.0834e+000 20 +6.6644e+001 +7.0174e+000 21 +6.7174e+001 +5.3623e+000 22 +6.8228e+001 +7.8098e+000 23 +6.9819e+001 +9.2458e+000 24 +7.1400e+001 +1.0041e+001 25 +7.7744e+001 +1.0639e+001 26 +8.3551e+001 +1.0044e+001 27 +8.8831e+001 +9.1486e+000 28 +9.4638e+001 +8.0794e+000 29 +9.5174e+001 +7.9028e+000 30 +1.0045e+002 +6.8431e+000 31 +1.0468e+002 +5.9648e+000 32 +1.1049e+002 +4.7698e+000 33 +1.1419e+002 +3.9496e+000 34 +1.1894e+002 +2.8906e+000 35 +1.2264e+002 +1.9821e+000 36 +1.2686e+002 +7.8818e-001 37 +1.2898e+002 -3.6646e-003 38 +1.3056e+002 -1.1946e+000

Anexo 6 ��


� ��

Puntos en el núcleo de cortina X – Total Stress. Pt # Distance X-T. Stress1 1 +0.0000e+000 +7.0839e+000 2 +2.4500e+000 +8.0844e+000 3 +6.2208e+000 +7.1748e+000 4 +8.2628e+000 +8.0568e+000 5 +1.2269e+001 +7.0908e+000 6 +1.4719e+001 +8.0913e+000 7 +1.9541e+001 +8.8551e+000 8 +2.3949e+001 +8.4429e+000 9 +2.6629e+001 +8.4727e+000 10 +2.9299e+001 +8.4484e+000 11 +3.3870e+001 +8.2262e+000 12 +3.5888e+001 +8.2004e+000 13 +3.7388e+001 +8.2288e+000 14 +4.0895e+001 +8.3435e+000 15 +4.6756e+001 +8.2992e+000 16 +5.0616e+001 +8.3278e+000 17 +5.3130e+001 +8.2141e+000 18 +5.5630e+001 +8.9219e+000 Puntos en la cortina Y –Total Stress Pt # Distance Y-T. Stress1 1 +0.0000e+000 +1.2904e+001 2 +2.8625e+000 +1.1506e+001 3 +5.0871e+000 +8.1953e+000 4 +1.0454e+001 +1.8961e+001 5 +1.7610e+001 +2.8239e+001 6 +2.9717e+001 +1.2980e+001 7 +4.0283e+001 +2.9934e+001 8 +5.0423e+001 +1.9015e+001 9 +5.8173e+001 +3.1916e+001 10 +7.2955e+001 +1.9686e+001 11 +7.4455e+001 +2.2237e+001 12 +7.5455e+001 +2.3931e+001 13 +8.0455e+001 +1.5427e+001 14 +8.6455e+001 +2.5618e+001 15 +8.7455e+001 +2.7297e+001 16 +9.5455e+001 +1.3728e+001 17 +1.0445e+002 +2.8970e+001 18 +1.1495e+002 +1.1192e+001

Anexo 6 ��


� ��

19 +1.1595e+002 +9.5185e+000 20 +1.2895e+002 +3.1479e+001 21 +1.4814e+002 +6.6258e-002 22 +1.6832e+002 +3.3170e+001 23 +1.8332e+002 +7.8689e+000 24 +1.9932e+002 +3.4875e+001 25 +2.0018e+002 +3.4641e+001 26 +2.1850e+002 +5.4791e+000 27 +2.1950e+002 +3.9610e+000 28 +2.4045e+002 +3.4150e+001 29 +2.6290e+002 +1.7555e+000 30 +2.6394e+002 +3.9871e-002 31 +2.9025e+002 +3.3334e+001 32 +2.9151e+002 +3.3007e+001 33 +2.9557e+002 +3.2100e+001 34 +2.9848e+002 +3.2605e+001 35 +3.2779e+002 +6.4592e-002 36 +3.5830e+002 +3.2322e+001 37 +3.6253e+002 +3.1490e+001 38 +3.6589e+002 +3.2045e+001 39 +3.6794e+002 +3.1602e+001 40 +3.7130e+002 +3.1955e+001 41 +3.7701e+002 +3.1007e+001 42 +3.8111e+002 +3.1524e+001 43 +4.0609e+002 +1.4543e+001 44 +4.3788e+002 +3.0448e+001 45 +4.4029e+002 +3.0529e+001 46 +4.6284e+002 +3.2131e+001 47 +4.7345e+002 +1.2291e+001 48 +5.0529e+002 +3.0390e+001 49 +5.3206e+002 +2.3437e+001 50 +5.3698e+002 +2.9897e+001 51 +5.4053e+002 +2.8240e+001 52 +5.4454e+002 +2.6035e+001

Anexo 7 ��


� ��

Diseño de los elementos de la glorieta. Columnas

Geometría

Propiedades

Anexo 7 ��


� ��

Cortante

Deflexiónn

Anexo 7 ��


� ��

Diseño

Vigas

Vigas tipo 1

Geometría.

Anexo 7 ��


� ��

Propiedades

Cortante

Anexo 7 ��


� ��

Deflexión

Diseño

Anexo 7 ��


� ��

Viga tipo 2

Geometría

Propiedades.

Anexo 7 ��


� ��

Cortante

Deflexión

Anexo 7 ��


� ��

Diseño

Anexo 8 ��


� ��

Patologías en la presa Gramal.

Carbonatación en los elementos de la

glorieta

Descripción: Al analizar los elementos

se identificaron grietas a lo largo de

donde se encuentran las armaduras, y

el desprendimiento del hormigón en

estas zonas producto de la corrosión

del acero, al aumentar el área de su

sección este provoca la caída del

recubrimiento. Esta patología

compromete el comportamiento

estructural del elemento por lo que

deben ser revertida.

Diagnóstico

� Envejecimiento del material

Soluciones: Demolición de la

Estructura.

El resultado del diseño mostrado

En el capítulo 3.

Anexo 8 ��


� ��

Abrasión y desgaste en el aliviadero

Descripción: Desgaste de la superficie

de hormigón, creando zonas con

cambio de coloración (blancas), que

han perdido los áridos, zonas pulidas,

que pueden agravarse con el paso del

tiempo.

Diagnóstico:

1) Concreto de resistencia inadecuada.

2) Roturas localizadas por la acción de cargas excesivas o

asentamiento.




Soluciones

4. Preparar y limpiar cuidadosamente

las superficies.

� Preparación del sustrato.

Procedimiento: Utilizando el disco de

desbaste.

Procedimiento de limpieza.

Solventes volátiles.

Material a utilizar: Mortero polímero

de base cemento.

Aplicar revestimiento de protección.

-Pinturas impermeabilizantes.

Nota: Los detalles de estos

procedimientos de reparación

verlos en el capitulo 3 epígrafe

3.2.1

Anexo 8 ��


� ��

Patología: Disgregación que pasó luego a

Desagregación.

Descripción: Oquedades en los

muros de contención del aliviadero

quedando el acero en algunos

lugares expuesto.

• Diagnóstico.

1. Dosificación inadecuada.

2. Tamaño máximo característico del agregado grueso

inadecuado.

3. Colado y compactación inadecuada.

4. Excesiva cantidad de acero refuerzo.

Soluciones

� Preparación del sustrato.

Procedimiento: Utilizando el disco de

desbaste.



efectuar la corrección con primer

rico en zinc

Materiales:

- Mortero polímero de base cemento.

Aplicar revestimiento de protección.


Grieta diagonal en el muro de contención del aliviadero.

Descripción: Grieta diagonal como se

muestra en la figura, existe cierto

desplazamiento del muro hacia el

interior del aliviadero.

�

Diagnóstico:

Soluciones: 1) En este caso se retirará

Anexo 8 ��


� ��

Sobrecarga del muro en esta zona debido al peso de las rocas

que se encuentran sobre el mismo, y que en un inicio no

estuvieron ahí, fueron desplazadas por corrientes de aguas al

encontrarse una ladera en esta zona del aliviadero y fueron a

parar encima de la estructura.

�

las rocas que están

encima de la estructura y

se eliminará el rehincho

en la zona afectada.

2) Se demolerá el área de

muro marcada más 50 cm. a

cada lado, si la armadura

esta en buen estado se

mantendrá en su lugar para

ser nuevamente utilizada.

(en este caso se utilizaría el

disco de corte antes

mencionado).

3) Si la armadura esta

corroída eliminar, colocar

aceros salientes empotrados

en el hormigón en la

cimentación para luego

empalmar la nueva malla.

4) Colocar la malla de

refuerzo si fuera preciso.

5) Hormigonar el área de

muro señalada.

6) Curado.

7) Rehíncho.

Anexo 8 ��


� ��

Abrasión y desgaste en los elementos disipadores de energía

Descripción: Oquedades en los

mismos, así como pérdida de

porciones del elemento,

principalmente en los bordes.

�

Diagnóstico: 1) Concreto de resistencia inadecuada.

2) Roturas localizadas por la acción de cargas excesivas

o asentamiento.




Soluciones

1. Preparar y limpiar

cuidadosamente las

superficies.

� Preparación del

sustrato.

Procedimiento: Utilizando el disco

de desbaste.



Reconstruir la sección original

del acero refuerzo si se

encuentra dañada.

a) Refuerzos – Enmiendas para

reconstruir la sección del acero

refuerzo.

b) Ante la presencia de agentes

agresivos, efectuar la

corrección con primer rico en

zinc y colocar una barrera de

resina epóxica entre el

concreto contaminado y el

mortero de reparación.

Anexo 8 ��


� ��

c) Material a utilizar: Mortero

polímero de base cemento.

d) Aplicar revestimiento de

protección.

-Pinturas impermeabilizantes.

Patologías en la presa Minerva

Fugas en juntas de hormigón �

�

Descripción: Filtración del agua a

través del muro de gravedad, en

varios puntos localizados, según se

muestra en las imágenes.

�

�

Diagnóstico: � Mala ejecución de las juntas. � Envejecimiento del material utilizado como junta.

Soluciones Especificar que esta

reparación debe efectuarse

en los meses de período seco

cuando la presa tenga niveles

de agua bajo, si es necesario,

se colocarían tablestacas en

las zonas donde se vaya a

trabajar para operar en seco.

1. Preparación del sustrato. Disco de desbaste. 2. Material: Mortero Polímero

de base cemento. 3) Terminación: Frota de

madera, espuma de goma o

Anexo 8 ��


� ��

metálica.

4) Curado.

�

Anexo 8 ��


� ��

Corrosión del acero refuerzo�

�

Descripción: Manchas rojizas

localizadas en varios puntos del

muro de contención, proveniente del

acero de refuerzo.

�

Diagnóstico

6. Concreto con alta permeabilidad y/o elevada

porosidad.

7. Recubrimiento insuficiente del acero refuerzo.

8. Mala ejecución.

9. Agentes agresivos del ambiente impregnados

en la estructura(cloruros)

10. Agentes agresivos incorporados

involuntariamente al concreto durante el

mezclado.

Soluciones a) Remover

cuidadosamente el

concreto afectado y los

productos de la corrosión,

limpiando bien las

superficies.

- Preparación del sustrato.

Procedimiento: Utilizando

el disco de desbaste.

b) Procedimiento de limpieza.


c) Reconstruir la sección

original del acero refuerzo.

-Refuerzos – Enmiendas para

reconstruir la sección del

acero refuerzo.

d) Material a utilizar: Mortero

polímero de base

cemento.

e) Aplicar revestimiento de

protección.

Anexo 8 ��


� ��

-Pinturas

impermeabilizantes.

Desgaste del rajón de la cortina

Descripción: El rajón de la

cortina se ha desgastado con

el paso del tiempo debido al

oleaje, el tamaño del mismo

no cumple con las

especificaciones.

�

Diagnóstico

� Desgaste del material producto de la acción de las olas.

Soluciones

Protección de roca colocada a

volteo que resista con

eficiencia el embate de las

olas.

La recomendación para el

rajón estará entre 0.5 y 1 m

de diámetro, de roca

resistente a la meteorización

y densidad superior a los 20

kN/m3

Beta húmeda en el talud seco

Descripción: Existe una

sección de la cortina que

presenta un cambio de

coloración en la vegetación,

Anexo 8 ��


� ��

�

localizada en un área

delimitada por los propios

operarios de la presa.

�

Diagnóstico:

� Filtración excesiva del agua a través de la cortina. �

�

�

�

�

Soluciones

Como el rajón de la presa se

encuentra desgastado

producto del oleaje, patología

esta que hicimos referencia

anteriormente proponemos:

6) Eliminar el material en

mal estado (realizar los

trabajos en época de niveles

de embalse bajo).

7) Reparar el material de

escollera: Actualmente,

existe una tendencia al

empleo de escolleras no

simplemente vertidas en

tongadas altas, sino

compactadas en capas de

1 a 2 m. de espesor. Se ha

comprobado que

escolleras de matriz

rocosa de calidad

intermedia, de

granulometría extendida,

con bastantes finos, pero

Anexo 8 ��


� ��

bien regada y

compactada, son mejores,

por ser menos

deformantes y tener una

mayor resistencia al

esfuerzo tangencial, que

otra de la misma piedra

menos meteorizada y mal

graduada.

8) Protección de roca

colocada a volteo que

resista con eficiencia el

embate de las olas en el

talud aguas arriba. (El

Rajón estará entre 0.5 y 1

m de diámetro, de roca

resistente a la

meteorización y densidad

superior a los 20 kN/m3 )

9) Si al realizar estas labores

de reparación se sigue

manifestando la beta

húmeda un período

después de la

reconstrucción se

recomienda entonces lo

siguiente para evitar la

ocurrencia en un mayor

estadío de la patología un

fallo por sifonamiento de la

cortina.

10) En este caso las

labores de reparación

elevarían su costo pero

serían indispensables para

Anexo 8 ��


� ��

evitar un posible fallo: La

solución sería para

conseguir la

impermeabilidad requerida

en el cuerpo de la presa a

través de la creación de una

cortina de inyecciones, a

partir de la coronación, con

mezclas de cemento, arcilla

o inyecciones de tipo

químico en la zona

comprendida por la beta

pero en el talud mojado.

Fisuras transversales en la galería

�

�

�

Descripción: fisuras

transversales localizadas en el

muro central de las galerías

dispuestas a todo lo largo de

estas, y a similares distancias

una de otras. Las mismas

fueron puestas bajo control

con la colocación de marcas y

no han manifestado evolución,

es decir no son activas en

este momento.

�

Diagnóstico

� Causa desconocida.

Recomendaciones

Al analizar los valores de

tensiones tanto a tracción

como a compresión del

hormigón en la galería en

ninguno de los dos estados

sobrepasa los 6 MPa y al

comparar con las tensiones

admisibles incluso para un

Anexo 8 ��


� ��

hormigón de 17,5 MPa están

dentro de los valores

permisibles. Estas fisuras no

aparecen por un fallo del

hormigón, el comportamiento

del mismo bajo los estados de

carga a los que está sometido

es bueno. Recomendamos

seguir observando estas

fisuras a pesar de que no han

mostrado actividad desde su

inicio en el año 2005, seguir

con en control de las marcas

que estas poseen.

Trabajo de Diploma ”Diagnóstico de patologías en presas de ...

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