Presas de Materiales Sueltos con Núcleo Central

1. Principios Generales

• Distribución de funciones de los materiales.
• Optimización de los materiales disponibles en las inmediaciones.

(Nota: El diseño típico incluye un núcleo central, espaldones laterales y filtros.)

2. Construcción

• Se producen asentamientos en el propio cuerpo de la presa y posible colgamiento del núcleo sobre los espaldones.
• La compactación puede generar elevadas presiones intersticiales en el núcleo.

3. Comportamiento Durante el Llenado del Embalse

• Rápida saturación del espaldón de aguas arriba.
• Asentamiento del espaldón de aguas arriba que produce movimientos en el núcleo.
• Aplicación del empuje hidrostático sobre el núcleo y el espaldón de aguas abajo.

4. Embalse Lleno (Filtraciones Estacionarias)

• Desarrollo de la red de filtración en el núcleo y saturación del mismo si transcurre tiempo suficiente.
• Desarrollo de filtraciones y fisuras o vías preferentes de filtración que pueden ocasionar el colapso del núcleo si los filtros aguas abajo no funcionan correctamente.
• Empuje hidrostático sobre el núcleo y el espaldón de aguas abajo. Posible presión intersticial en el espaldón de aguas abajo en función de su permeabilidad debido a filtraciones del núcleo.

5. Desembalse Rápido

• Posible riesgo de deslizamiento del espaldón de aguas arriba en función de su permeabilidad debido a la presión intersticial (interesa que sea lo más permeable posible).
• Empuje del núcleo saturado sobre el espaldón.

6. Espaldones

• Sujeción del núcleo.
• Espaldón de aguas arriba: Su estabilidad será crítica frente a un desembalse rápido.
• Espaldón de aguas abajo: Su estabilidad se verá afectada por el empuje hidrostático (Eh) ejercido sobre el núcleo con embalse lleno, y por la resistencia de las presiones intersticiales originadas por las filtraciones a través del núcleo.
• Deben ser lo más permeables posible para bajar la línea de saturación rápidamente.
• Constituyen la mayor parte del cuerpo de la presa.

7. Núcleo

7.1. Material para el Núcleo

• Sirve cualquier material con permeabilidad baja, siempre que se dispongan filtros adecuadamente dimensionados aguas abajo que garanticen el control de la fisuración.
• No expansivo, preferiblemente no dispersivo.
• Densidad mínima.
• A mayor permeabilidad, menor espesor del núcleo es posible, siempre dentro de los límites convenientes para reducir el riesgo de fisuración.
• Colocación sin tratamiento previo.

7.2. Posición del Núcleo

Núcleo Central:

• La construcción de los espaldones está condicionada a la del núcleo.
• La realización de reparaciones desde la coronación es sencilla.
• El volumen total del cuerpo de presa puede ser más reducido.
• Para una misma cota, el peso que soporta el núcleo es mayor, lo que puede ser favorable para la impermeabilización.

Núcleo Inclinado hacia Aguas Arriba:

• La construcción de los espaldones es independiente a la del núcleo.
• La realización de reparaciones del núcleo mediante inyecciones es compleja y requiere bajar el nivel del embalse.

8. Fisuración

• Fisuras Longitudinales: Son menos peligrosas para la vida del núcleo, ya que no ponen en comunicación el paramento de aguas arriba con el de aguas abajo. Habitualmente se deben a asentamientos diferenciales a lo largo de la sección transversal de la presa.
• Fisuras Transversales Verticales: Peligrosas para la vida del núcleo por poner en comunicación el paramento de aguas arriba con el de aguas abajo; pueden producir sifonamiento. Se dividen en dos grupos: fisuras verticales exteriores, que se detectan fácilmente, y las interiores, que no se detectan fácilmente salvo con la auscultación.
• Fisuras Horizontales: Son peligrosas; no se detectan directamente salvo cuando los efectos están muy avanzados y se reflejan en la coronación.

9. Diseño de Filtros

Un filtro es un elemento intermedio entre un material de granulometría fina y otro de granulometría más gruesa, con el fin de evitar que los granos más finos del primero puedan migrar a través de los huecos del segundo, protegiendo así la integridad del material más fino.

Condiciones que debe cumplir un filtro:

• Permeabilidad (D15/d15 > 5): Debe permitir el paso de las filtraciones sin desarrollar presiones intersticiales elevadas.
• Estabilidad (D15/d85 < 5): Debe impedir el arrastre de partículas del suelo base.
• Autoestabilidad: Debe impedir que sus propias partículas finas migren y se dispersen por el material grueso.

Para verificar su funcionamiento, se analiza la cantidad de agua que pasa en un tiempo determinado y el color del agua. Si el agua no es clara, se debe remodelar el filtro; por el contrario, si el agua es clara, el filtro cumple su misión.

10. Ancho del Filtro

El material del filtro suele ser el más caro de todos, ya que a menudo debe fabricarse. Por tanto, conviene que su espesor sea lo más delgado posible. Se produce un desarrollo inicial de una interfase en el contacto con el suelo base. El factor determinante para su ancho es la facilidad de compactación.

11. Ancho del Núcleo

Condiciones que debe cumplir:

• Impermeabilidad.
• Estabilidad al deslizamiento: Cuanto más delgado, mejor comportamiento.
• Estabilidad interna: Cuanto más grueso, mejor comportamiento.
• Colocación en obra: Facilidad de compactación, mezcla con los materiales adyacentes.

Ancho en Base:

• Límite inferior: 20% de la carga de agua.
• Límite superior: Tan ancho como sea posible sin repercusión sensible en el valor del talud del espaldón que dé lugar a un sobrecoste.

12. Contacto del Núcleo con Obras de Fábrica

El contacto del núcleo con obras de fábrica constituye una vía preferencial de filtración. Si es posible, se debe evitar este contacto. Para mitigar el riesgo, se consideran las siguientes medidas:

• Superficie de contacto: Aumentar el ancho del núcleo en el contacto.
• Plano inclinado: Diseñar un plano inclinado de manera que se facilite la compactación y el peso del núcleo ejerza una componente normal sobre el hormigón.
• Conducciones: No se permite que los conductos del agua atraviesen directamente el núcleo; cuando lleguen al núcleo, el agua ya debe ir entubada. Se dispondrá de un tapón de hormigón. Si hay avería en los tubos, existe una filtración del tubo exterior, pero al estar entubados, el agua drena hacia fuera.