El control de filtraciones es un aspecto clave a evaluar en el diseño de una presa. Este análisis es particularmente importante cuando hablamos de presas de relaves, aquellas que almacenan residuos mineros. Hace un tiempo abrimos una serie de entradas que se centran en diseño geotécnico de presas de relaves. Hasta la fecha hemos publicado las siguientes:
- Diseño geotécnico de presas de relaves. Hacemos una introducción sobre los análisis a realizar, los tipos de presas de relaves y la sección tipo con sus partes principales.
- Riesgo sísmico. Método determinista. Se describe de manera general que es el análisis de riesgo sísmico y se repasa con más detalle el método determinista.
- Riesgo sísmico. Método probabilístico. Como continuación del anterior, se repasa en profundidad el método probabilístico para evaluar el riesgo sísmico.
Hoy vamos a ver en qué consiste y la metodología para evaluar las filtraciones en una presa de relaves.
Introducción al control de filtraciones.
¿Qué son las filtraciones? Son los flujos de agua (contaminada o no) que atraviesan el cuerpo y la cimentación de la presa desde el embalse, situado aguas arriba, a la zona aguas debajo de la misma. El objetivo es diseñar la presa para que estas filtraciones se puedan recoger al pie de la presa en una poza o con pozos de bombeo.
En la siguiente figura vemos cuál sería el camino que seguirían las filtraciones y cómo idealmente serían recogidas en una poza al pie de la presa.
El control de las filtraciones es fundamental para gestionar con seguridad los flujos de agua a través de la presa, y para comprender la presión de poros en la misma y en los suelos que constituyen la cimentación. Las altas presiones de poros pueden provocar una posible inestabilidad. Se habla de “control” porque el objetivo es doble: reducir al máximo posible el caudal y tener la capacidad de recoger el flujo aguas abajo.
Es importante señalar que para realizar esta evaluación es necesario realizar una caracterización geológica e hidrogeológica de nuestro proyecto. No vamos a entrar en describir en qué consistirían estos trabajos (perforaciones, ensayos insitu y de laboratorio, mapeos, inventarios de puntos de agua, etc.) y está claro que de la calidad de esta información tendremos un modelo más cercano a la realidad. También hay que disponer de un diseño de la presa para poder comprender cómo se comportará el agua en el cuerpo y la cimentación de la presa.
Cómo se realiza el control de filtraciones.
El control de filtraciones por lo general se logra a través de una combinación de varias medidas:
- Revestimientos: Normalmente son geomembranas que impermeabilizan el paramento.
- Drenajes: Suelos de grano grueso, como la arena y la grava. Están diseñados para controlar el flujo de agua a través de la presa y reducir las presiones de poros.
- Filtros: Mezcla de arena y grava de grano fino. Su objetivo es evitar la migración de partículas del suelo a través de la presa y prevenir la tubificación. Suelen situarse aguas arriba de los drenajes para evitar que las partículas finas fluyan hacia el drenaje y reduzcan su eficacia.
- Medidas para reducir las filtraciones: Cortinas de inyección, núcleos de baja permeabilidad, revestimientos, pozos de bombeo.
Vamos a intentar mostrarlo todo en una figura.
Diseño de los componentes
Drenajes y medidas de reducción de las filtraciones.
Suelen diseñarse utilizando:
- Redes de flujo, que son gráficos de trayectorias de flujo a través de la presa.
- Análisis de filtraciones.
Los objetivos son establecer el flujo potencial de entrada a los drenajes y el efecto de las medidas de reducción de filtraciones.
Se realizan cálculos de capacidad para comprobar que los drenajes puedan gestionar el flujo previsto. Existe una gran incertidumbre entorno a los flujos de entrada del drenaje; por lo tanto, es común diseñar para un factor de seguridad entre 5 a 10 en la capacidad de flujo, es decir, la capacidad de flujo es de 5 a 10 veces el flujo anticipado.
Filtros
Los filtros deben:
- No segreguen, es decir, que no permitan la separación en fracciones de distinto tamaño al colocarlos.
- El flujo debe pasar sin acumular presiones de poros y evitar la migración de partículas del suelo desde una sección de grano fino de la presa hacia los espacios vacíos de una unidad más gruesa, como la roca de drenaje.
- Ser no cohesivos, para evitar que se produzcan grietas a través de ellos. En otras palabras, deben actuar como un “tapón de grietas”
Hay que imaginarse que un filtro es como un tamiz de malla, donde los granos de arena y grava forman la malla, y los espacios porosos entre los granos forman agujeros en la malla. Si colocamos este filtro o tamiz entre los relaves y la presa, debemos asegurarnos de que el tamiz tenga el tamaño adecuado para facilitar el drenaje y evitar que los relaves migren a través de la presa.
Los requisitos de tamaño de los granos para un filtro se basan en 10 normas de diseño de los filtros que son mundialmente aceptadas basadas en curvas granulométricas. A continuación, os muestro el resultado de un ejemplo ficticio.
Como vemos el rango de granulometrías de los filtros son suficientemente “finos” para contener un suelo de granulometría más “gruesa”. Con esto conseguiríamos el objetivo de evitar la migración del suelo aguas abajo y que únicamente lo haga el agua.
Conclusión de control de filtraciones
Esta entrada es más sencilla de lo puede parecer en una primera lectura.
Al final de todo que se pretende con todos estos sistemas. Primero, reducir al nivel más bajo razonable el nivel de filtraciones, para lo que emplearemos geomembranas en el paramento de aguas debajo de la presa, núcleos de arcilla o cortinas de inyección.
En segundo lugar, redirigir y evacuar rápidamente a través del drenes las posibles filtraciones. ¿Por qué? Porque eso produciría presiones intersticiales juegan en contra de la estabilidad de la presa.
Y en tercer lugar hay que proteger los drenes. Las filtraciones pueden arrastrar material que pueden malograr el sistema de drenes, por lo que hay que disponer unos filtros para evitarlo.
El sistema lo tenemos montado. Si además tenemos un potente conocimiento de las condiciones geológicas e hidrogeológicas del sitio, y el análisis y diseño lo dejamos en manos de grandes profesionales, el éxito está asegurado.
Espero que les haya resultado interesante.
Muchas gracias por su tiempo.
