Tesis:
Análisis de la filtración en presas con cimientos yesíferos.
- Autor: BAENA BERRENDERO, Carmen María
- Título: Análisis de la filtración en presas con cimientos yesíferos.
- Fecha: 2011
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: INGENIERIA CIVIL: TECNOLOGIA HIDRAULICA Y ENERGETICA
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/7211/
- Director/a 1º: TOLEDO MUNICIO, Miguel Angel
- Resumen: Existen numerosas presas en todo el mundo construidas sobre yesos; algunas han tenido problemas por disolución del cimiento y otras se han comportado bien tras años de explotación. En España, el emplazamiento de presas cada vez es más restringido y las características geológicas y geotécnicas del cimiento no siempre tan favorables como se desearía. De hecho, teniendo en cuenta que los terrenos donde el yeso aflora constituyen del orden del 7% del territorio nacional, no es tan inusual que se estudien cerradas ubicadas en terrenos yesíferos. A veces, es factible encontrar en las proximidades alguna cerrada que los evite, pero otras veces no. En estos casos, lo primordial en fase de Proyecto es diseñar una sección tipo de presa que limite, dentro de valores aceptables, el proceso de disolución del cimiento. El objetivo principal de la presente tesis doctoral es analizar el proceso de disolución en un cimiento yesífero de una presa, como consecuencia del aumento de carga que origina el agua del embalse. Para la comprensión de este proceso, se ha estudiado inicialmente la situación y la forma de presentarse los yesos en la naturaleza. También se ha elaborado una recopilación de datos de presas ubicadas en cimientos yesíferos. Posteriormente, se ha analizado el proceso químico de disolución del yeso y los modelos de disolución de materiales solubles del terreno. Estos puntos, que constituyen el Estado del Arte, han sentado las bases para el desarrollo de una modelización numérica del avance del frente de disolución (o zona donde se está produciendo la disolución) cuando el flujo es intergranular, el régimen laminar y por lo tanto, el modelo de disolución es de partículas. La modelización numérica del proceso se ha materializado en un programa, desarrollado en Visual Basic para su utilización en la presente tesis, y que se ha denominado DISOLUCIÓN2D. Este programa realiza iteraciones en el tiempo a partir de los resultados suministrados en cada paso de cálculo por el programa comercial FastSEEP (de BOSS International, que calcula la red de filtración). A partir de los resultados del campo de velocidades de cada iteración, DISOLUCIÓN2D calcula el avance del frente de disolución para el intervalo de tiempo correspondiente a esa iteración y prepara los datos de entrada para el siguiente cálculo de FastSEEP. Este proceso permite calcular la evolución en el tiempo del frente de disolución en su recorrido a través del cimiento. Dado que la disolución de las partículas de yeso presente en el cimiento produce un aumento de la porosidad del terreno, también se produce un incremento de la permeabilidad en la capa yesífera y del caudal filtrado por el cimiento. Este incremento de la permeabilidad que se produce en la capa yesífera debido a la disolución se ha incorporado al modelo matemático. De este modo, la velocidad de avance del frente de disolución no es constante, y el proceso se va acelerando con el tiempo. No se ha tenido en cuenta el efecto mecánico de la disolución, por lo que el modelo desarrollado es aplicable únicamente cuando el porcentaje de yeso es moderado, resultando difícil establecer un límite exacto. Posteriormente, se han realizado ensayos en el permeámetro de carga constante (en los laboratorios de Geotecnia de la ETSICCP de Madrid y del Cedex), que han permitido verificar la validez de los cálculos realizados mediante DISOLUCIÓN 2D, a partir de la comprobación de los resultados de los modelos numéricos de los ensayos con los datos experimentales. El material utilizado para los ensayos ha sido el bicarbonato sódico, que permite disminuir el tiempo de duración de los ensayos respecto al yeso y controlar el proceso de disolución, gracias a que el análisis del peso de los volúmenes filtrados permite comprobar la masa que se va disolviendo. Finalmente, se ha realizado una campaña de experimentación numérica con el programa DISOLUCIÓN 2D, que ha consistido en el cálculo de 140 casos distintos (combinaciones de tres parámetros: espesor de capa yesífera, porcentaje de yeso en la capa y sección tipo de la presa). El análisis de los resultados de estos cálculos ha permitido estudiar la influencia de los parámetros que intervienen en el proceso y la comparación de secciones tipo para 15 tipos de cimiento (combinaciones de tres espesores de capa yesífera con cinco porcentajes de yeso en la capa). Por lo tanto, y a pesar de lo complejo que es el proceso de disolución de un cimiento yesífero, se ha desarrollado una metodología para, en función de los parámetros que influyen en el proceso, elegir el óptimo diseño de la sección tipo de la presa, según cada caso particular. Hay que destacar que muchos aspectos del análisis realizado son aplicables para otros cimientos solubles, si bien los criterios fijados para el diseño lo son para presas sobre cimientos yesíferos.