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FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE LA MARGEN IZQUIERDA DE
FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II - FACTORES QUE PROPICIAN EL FLUJO
SANDRA LILIANA PATIÑO HENAO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA – SEDE MEDELLÍN
FACULTAD DE MINAS
MAESTRÍA EN INGENIERÍA – ÁREA GEOTECNIA
2005
Flujo a través del macizo rocoso de la margen izquierda de fundación de la presa
Porce II - Factores que propician el flujo
Sandra Liliana Patiño Henao
Trabajo de investigación para optar el título de
Master en ingeniería – Área geotecnia
Directores
Fabio Villegas Gutierrez
Ingeniero civil, MSc.
Oswaldo Ordóñez Carmona
Geólogo, MSc, PhD.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA – SEDE MEDELLÍN
FACULTAD DE MINAS
MAESTRÍA EN INGENIERÍA – ÁREA GEOTECNIA
2005
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN_________________________________________________________ 1
INTRODUCCIÓN ___________________________________________________ 2
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ______________________________ 4
2.
JUSTIFICACIÓN. _______________________________________________ 8
3.
GENERALIDADES. ____________________________________________ 12
3.1
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS OBRAS. _______________________ 12
3.2
ASPECTOS HIDROLÓGICOS Y CLIMÁTICOS. _____________________ 13
3.3
ASPECTOS SOCIOECONÓMICOS. _______________________________ 13
3.4
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PRESA._________________________ 16
3.4.1 Criterios de diseño de la presa. __________________________________________ 29
3.4.2 Instrumentación _______________________________________________________ 31
3.4.3 Características geológicas y geotécnicas generales de la fundación __________ 32
3.4.4 Galerías de drenaje ____________________________________________________ 34
3.4.5 Cortina de inyecciones y cortina de drenaje _______________________________ 35
4. GEOLOGÍA. ___________________________________________________ 37
4.2 MARCO GEOLOGÍCO REGIONAL. __________________________________ 37
4.3 LITOLOGIA._______________________________________________________ 38
4.3.1 Litología de la zona de presa del proyecto hidroeléctrico Porce II ____________ 38
4.3.3 Depósitos no consolidados. _____________________________________________ 41
4.3.2 Litología de la fundación de la presa. _____________________________________ 42
4.4 GEOLOGÍA ESTRUCTURAL. _______________________________________ 42
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4.4.1 Fallas y Zonas de Cizalladura. __________________________________________ 44
4.4.2
Diaclasas. __________________________________________________________ 45
4.4.3 Bandeamiento. _______________________________________________________ 47
4.5 ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LA ROCA DE FUNDACIÓN. ____________ 48
Análisis estadístico de frecuencias. ___________________________________________ 48
4.6 ANÁLISIS DE ESFUERZOS TECTÓNICOS. ___________________________ 52
5. CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO _____________________ 57
5. 1 CARACTERIZACIÓN USANDO Q Y RMR. ___________________________ 58
5. 2 CARACTERIZACIÓN ESTADÍSTICA CATEGÓRICA A PARTIR DE
TRANCEPTOS.________________________________________________________ 59
5.3 ANÁLISIS ESTADÍSTICO CATEGÓRICO DE LAS DISCONTINUIDADES
CON FLUJO DE AGUA. ________________________________________________ 68
5.4 CARACTERIZACIÓN ESTADÍSTICA DE LOS NÚCLEOS DE
PERFORACIÓN._______________________________________________________ 74
6. CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA__________________________________ 78
6.1 DATOS PIEZOMÉTRICOS Y CAUDALES DE AGUA INFILTRADA. ______ 78
6.2 ANÁLISIS DIFERENCIAL DE CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA DEL
ESTRIBO IZQUIERDO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II CON BASE
EN LA INFORMACIÓN DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN. __________________ 85
6.2.1 Perfil de contornos de RQD. ____________________________________________ 86
6.2.2 Perfil de contornos de toma de lechada, cortina de impermeabilización. _______ 89
6.2.3 Perfil de contornos de abertura de las discontinuidades. ____________________ 94
6.2 ANÁLISIS GEOLÓGICO-ESTRUCTURAL DEL POTENCIAL DE
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA EN UN MACIZO ROCOSO FRACTURADO DE
FUNDACIÓN DE UNA PRESA DE CONCRETO. __________________________ 94
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6.3. CONSIDERACIONES ACERCA DEL flujo de LA fundación DE LA
PRESA PORCE II ________________________________________________ 101
7. PROPUESTA DE EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA EN MACIZOS ROCOSOS DE
FUNDACIÓN DE PRESAS DE CONCRETO._________________________ 101
7.1 VARIABLES DETERMINANTES DEL POTENCIAL DE CONDUCTIVIDAD
HIDRÁULICA DE LA ROCA DE FUNDACIÓN DE UNA PRESA DE CONCRETO.
_____________________________________________________________________ 103
7.1.1 Orientación. _________________________________________________________ 103
7.1.2 Espaciamiento. ______________________________________________________ 104
7.1.3. Continuidad. ________________________________________________________ 104
7.1.4 Forma y Rugosidad. __________________________________________________ 105
7.1.5 Grado de meteorización de las paredes de la discontinuidad. ______________ 105
7.1.6 Abertura.____________________________________________________________ 105
7.1.7 Relleno. ____________________________________________________________ 106
8. CONCLUSIONES ______________________________________________ 112
REFERENCIAS __________________________________________________ 118
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LISTA DE TABLAS
Tabla 5. 1. Caracterización del macizo rocoso de fundación de la
margen izquierda de la presa Porce II, según la metodología RMR y Q. 58
Tabla 5.2 Resultados del análisis estadístico categórico multivariado de
las características de las discontinuidades evaluadas en este trabajo
por medio de tranceptos __________________________________________ 60
Tabla 5.3 Categorías de clasificación de la continuidad de una
discontinuidad ___________________________________________________ 63
Tabla 5.4. Categorías de clasificación del espaciamiento entre
discontinuidades _________________________________________________ 63
Tabla 5.5. Resultados del análisis estadísticos de las características de
las discontinuidades con flujo, evaluadas en este trabajo ___________ 70
Tabla 5.6. Profundidad de cada una de las perforaciones ejecutadas
para la instalación de los piezómetros de tubo abierto. ______________ 75
Tabla 5.7. Resultados del análisis estadístico categórico multivariado de
las características de las discontinuidades evaluadas en este trabajo
por medio de tranceptos __________________________________________ 76
Tabla 6.1 Datos de reducción de la subpresión a partir de los
piezómetros eléctricos e la sección A. _____________________________ 82
Tabla 6.2 Datos de reducción de la subpresión a partir de los
piezómetros de tubo abierto. ______________________________________ 83
Tabla 6.3 Categorías de clasificación de la calidad de la roca de
fundación según el parámetro de RQD._____________________________ 86
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Tabla 6.4 Valores de RQD por tramos de las perforaciones con
recuperación de núcleo de la cortina de inyección.__________________ 87
Tabla 6.5 Valores de toma de lechada por tramo de las perforación. __ 91
Tabla 6.6 Categorías de clasificación de la toma de lechada de inyección
de la roca de fundación. ___________________________________________ 92
Tabla 6.7 Tabla de categorías cualitativas de abertura de discontinuidad
tomado de Integral, 1998 (Informe, cortina de impermeabilización).___ 95
Tabla 7.1. Propuesta de valoración de los factores que determinan el
flujo. ____________________________________________________________ 107
Tabla 7.2. Propuesta de evaluación del potencial de conductividad
hidráulica de una familia de discontinuidades. _____________________ 108
Tabla 7.3. Propuesta de categorización de los tipos de relleno para
evaluar el potencial de conductividad hidráulica de una familia de
discontinuidad. __________________________________________________ 109
Tabla 7.4. Ejemplo de aplicación de la propuesta de potencial de
conductividad. __________________________________________________ 111
Tabla 8.1. Categorización estadística y cualitativa del potencial de
conductividad hidráulica. ________________________________________ 116
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LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1. Localización general de la central hidroeléctrica Porce II. _ 14
Figura 3.2 Principales obras de la central hidroeléctrica Porce II._____ 15
Figura 3.3 Perfil de la presa por el eje del vertedero._________________ 16
Figura 3.4 Vista en planta del sitio de presa de Porce II. _____________ 17
Figura 3.5 Perfil por el eje de la presa Porce II ______________________ 18
FIGURA 4.1 MAPA GEOLOGICO DEL EMBALSE ____________________ 39
FIGURA 4.2. MAPA GEOLOGICO DE LA FUNDACIÓN________________ 43
Figura 4.3. Análisis estadístico de frecuencia de los trazos de falla
cartografiado escala 1:5000 en la zona del embalse._________________ 49
Figura 4.4. Análisis estadístico de frecuencia de los trazos de
discontinuidad cartografiado escala 1:500 en el sitio de presa._______ 50
Figura 4.5. Análisis estadístico de frecuencias del área determinada
designada como representativa de las propiedades de la fundación
durante la etapa de construcción. __________________________________ 51
Figura 4.6. Representación estereográfica de los principales ejes de
esfuerzo y sus respectivos planos. ________________________________ 54
Figura 4.7. Proyección en planta de los vectores de esfuerzo calculados
sobre la vista en planta del sitio de presa. __________________________ 56
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Figura 5.1. Distribución porcentual de las características de las
discontinuidades de la margen izquierda de fundación de Porce II ___ 61
Figura 5.2. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo falla. 64
Figura 5.3. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo
diaclasa. _________________________________________________________ 65
Figura 5.4. Distribución Categórica porcentual de las discontinuidades
tipo Zona de Cizalladura. __________________________________________ 66
Figura 5.5. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo fisura.
__________________________________________________________________ 67
Figura 5.6. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo
bandeamiento. ___________________________________________________ 67
Figura 5.7. Distribución porcentual de las características de las
discontinuidades que presentan flujo.______________________________ 69
Figura 5.8. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo diaclasa
que presentan flujo._______________________________________________ 71
Figura 5.9. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo zona de
cizalladura que presentan flujo. ____________________________________ 72
Figura 5.10. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo falla
que presentan flujo._______________________________________________ 73
Figura 5.11. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo
bandeamiento que presentan flujo. ________________________________ 74
Figura 5.12. Distribución porcentual de las discontinuidades
caracterizadas en los núcleos de roca. _____________________________ 75
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Figura 5.13. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo
diaclasa caracterizadas en los núcleos de roca._____________________ 74
Figura 5.14. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo falla
caracterizadas en los núcleos de roca. _____________________________ 75
Figura 5.15. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo fisura
caracterizadas en los núcleos de roca. _____________________________ 76
Figura 5.16. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo
bandeamiento caracterizadas en los núcleos de roca. _______________ 77
Figura 6.3 Presión piezométrica de la sección C, por el eje del vertedero
de la presa, en la situación más desfavorable. ______________________ 80
Figura 6.2. Localización de los piezómetros y aforos en planta y perfiles
paralelos y perpendiculares al eje de la presa. ______________________ 81
Figura 6.4 Presión de los piezómetros de tubo abierto de para la
situación más desfavorable. _______________________________________ 82
Figura 6.5 Representación de una línea de piezómetros paralela al eje de
la presa en msnm. ________________________________________________ 83
Figura 6.6 Representación de los registros de los puntos de aforo para
la situación más desfavorable._____________________________________ 84
Figura 6.7. Mapa de contornos de RQD. ____________________________ 88
Figura 6.8 Distribución de la toma de inyección de lechada a lo largo del
eje de la presa, estribo izquierdo de la roca de fundación. ___________ 89
Figura 6.9. Variación de la toma de inyección de lechada a con la
profundidad, estribo izquierdo de la roca de fundación. _____________ 90
Figura 6.10. Mapa de contornos de toma de lechada. ________________ 93
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Figura 6.11. Mapa de contornos de abertura de las discontinuidades. 96
Figura 6.12. Análisis estadístico de frecuencias de las
discontinuidades cartografiadas en la margen izquierda de fundación a
escala 1:500 ______________________________________________________ 96
Figura 6.13. Análisis estadístico de frecuencias de los tranceptos
(scanlines) levantados para este trabajo. ___________________________ 96
Figura 6.14. Análisis estadístico de frecuencias de los tranceptos
(scanlines) levantados en el punto principal infiltración, media ladera
del estribo izquierdo. _____________________________________________ 97
Figura 6.15. Análisis estadístico de frecuencias de los tranceptos
(scanlines) levantados en un punto secundario de infiltración a media
ladera del estribo izquierdo. _______________________________________ 97
Figura 6.16 Análisis estadístico de frecuencia de las discontinuidades
que presentan flujo.______________________________________________ 100
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RESUMEN
Este trabajo de investigación pretende analizar y evaluar los factores que
propician, condicionan, favorecen, desfavorecen y sirven de indicadores para
conocer y entender el flujo a través del macizo rocoso de la presa Porce II,
así como, generar hipótesis y herramientas de trabajo, que contribuyan a la
caracterización del potencial de conductividad de un macizo rocoso de
fundación de una presa de concreto, contribuyendo de esta manera a
optimizar el estudio de la calidad de la roca de fundación de una presa de
concreto con respecto a su potencial de conductividad hidráulica, tanto en la
etapa de estudios de diseño como en los diagnósticos de su seguridad.
Para lograr los objetivos se efectúan una serie de análisis en los cuales se
utilizan métodos directos e indirectos de evaluación y caracterización del
macizo rocoso, tales como: elaboración de diferentes análisis polares de
frecuencia de discontinuidades, planteamiento y asociación de un modelo
geológico-estructural
tradicionales
de
de
la
fundación,
caracterización
y
aplicación
análisis
de
estadísticos
metodologías
categóricos.
Finalmente se propone una metodología de valoración del potencial de
conductividad hidráulica para macizos rocosos de fundación de presas de
concreto.
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INTRODUCCIÓN
La presa Porce II inició su operación en febrero de 2001 a partir de lo cual
Empresas Públicas de Medellín E.S.P, propietaria de esta estructura, inició
un monitoreo rutinario y continuo de las obras. Dieciocho meses después de
iniciada la operación, dicho control permitió detectar infiltraciones en la zona
media del macizo rocoso de la margen izquierda, lo que alertó al personal
que realiza el monitoreo y determinó la necesidad de investigar
detalladamente la anomalía descrita.
En este trabajo de investigación se analizaron y evaluaron detalladamente
las variables que condicionan y propician el flujo de agua a través de un
macizo rocoso fracturado, con la finalidad de encontrar una metodología
adecuada para evaluar el potencial de conductividad hidráulica de la roca de
fundación de presas de concreto y contribuir así a la evaluación de la
seguridad de la presa de Porce II, reconociendo el modelo de flujo que se da
en el macizo rocoso y evaluando el comportamiento de las características
hidrodinámicas a largo plazo. Para llevar a cabo este proyecto de
investigación, se revisó, evaluó y analizó toda la información generada a
partir del estudio de la roca de fundación, la obtenida en las etapas de diseño
y construcción de la presa, y la generada durante este trabajo de
investigación; se evaluó detalladamente el modelo geológico estructural del
sitio de presa, se realizaron análisis estadísticos de frecuencias de
discontinuidad, se determinó la red potencial de flujo establecida desde el
embalse a la cara aguas abajo de la presa, se analizaron los registros de
instrumentación
considerados
representativos
de
las
características
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asociadas a la migración de agua a través de la fundación, tanto de los
instrumentos instalados desde la construcción de la presa como de la
instrumentación adicional instalada durante este trabajo, se caracterizó el
macizo rocoso mediante varias metodologías y se propuso un modelo de
flujo. Finalmente, con el ánimo de propender mejores prácticas, se propone
una metodología para la valoración de la conductividad hidráulica en macizos
rocosos de fundación de presas de concreto.
Las presas, como la de Porce II, son obras civiles complejas que demandan
análisis detallados durante todas sus etapas, incluyendo la de operación, y
es precisamente por el riesgo que estas estructuras representan para los
demás componentes de la central hidroeléctrica, para el sistema eléctrico
nacional, y aún más, para las poblaciones e infraestructura localizadas aguas
abajo, las cuales se verían gravemente afectadas en el caso de un
rompimiento de la presa. Aún sin detectar comportamientos anormales, es
necesario efectuar revisiones periódicas de las presas, por muchas razones,
entre
ellas,
la
constante
evolución
de
los
criterios
aceptados
internacionalmente, y, en gran medida a las nuevas experiencias de los
ingenieros que participan en diferentes proyectos a nivel mundial.
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
En agosto de 2002 se detectaron dos sitios con afloramiento de agua, uno en
la parte alta y otro en la parte media de la margen izquierda, aguas abajo de
la presa Porce II, específicamente, en los sitios descritos a continuación. Ver
fotografías 1.1 a 1.4.
•
Sitio 1: cota 875, abscisa 140 aproximadamente.
•
Sitio 2: cota 855, abscisa 175 aproximadamente.
Sitio 1
Sitio 2
Fotografía 1.1. Vista general de la presa y localización de los sitios que
presentan exfiltraciones.
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Fotografía 1.2. Vista general de la margen izquierda – Zona de estudio.
Fotografía 1.3. Detalle del sitio 1, cota 875, abscisa 140 aproximadamente.
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Fotografía 1.4. Detalle del sitio 2, cota 855, abscisa 175 aproximadamente.
El flujo del agua a través de discontinuidades de la fundación de una presa
de concreto, produce dos fenómenos asociados que amenazan su
seguridad, estos son:
•
Subpresión. Es una presión ascendente, ocasionada por el flujo de
agua por debajo de una estructura, que trata de levantarla. Las
consecuencias de la subpresión en una presa de concreto son
principalmente movimientos diferenciales o totales de la presa,
apertura de las discontinuidades de la roca de fundación, y aumento de
las infiltraciones. Uno de los criterios adoptados durante el diseño de la
presa Porce II, considera que la subpresión debe reducirse en 2/3
respecto a la cabeza máxima de presión ocasionada por el embalse
(Integral S.A. 1998).
•
Infiltración incontrolada. Es el paso incontrolado del agua a través de
las discontinuidades y/o material rocoso. El flujo de agua a través de la
fundación y los estribos puede darse por deterioro de la roca de
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fundación, por una inadecuada cortina de inyecciones,
por un
insuficiente o mal funcionamiento de la cortina de drenaje, o por
discontinuidades no tratadas debidamente. La consecuencia del flujo
de agua incontrolado es principalmente la erosión de la fundación,
debido al lavado de los materiales llenantes de las discontinuidades de
la
roca,
lo
que
ocasiona
desconfinamiento
y
posiblemente
asentamiento del macizo rocoso.
Para controlar la subpresión y las exfiltraciones, la fundación de la presa
Porce II cuenta con una cortina de inyecciones y una cortina de drenajes. La
cortina de inyecciones llena los vacíos de la roca de fundación, creando una
barrera que contribuye a impermeabilizar la fundación. La cortina de drenajes
recoge el agua que pasa a través ó alrededor de la cortina de inyecciones.
De acuerdo con la situación descrita en la presa Porce II, es conveniente
identificar las causas del flujo a través del macizo rocoso, para contribuir al
estudio de la evolución que éstas tienen en la seguridad de la presa y así
formular posibles soluciones a los problemas que se identifiquen.
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2.
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JUSTIFICACIÓN.
Las presas son obras civiles complejas que demandan análisis detallados
durante las etapas de diseño, construcción, y operación, con el fin de obtener
una estructura funcional, económica, durable, y segura, dado el riesgo que
estas estructuras representan para las personas, infraestructura y bienes
ubicados aguas abajo de las mismas.
Estudios estadísticos han demostrado que aunque el porcentaje de falla de
presas ha bajado considerablemente en las tres últimas décadas, estas
estructuran siguen fallando. Es destacable el hecho de que más del 70% de
las fallas de grandes presas se han registrado en sus primeros 10 años de
vida. La principal causa de falla de las presas de concreto son problemas
asociados a la fundación, con un 57%, de las cuales, es importante resaltar
que el 21% de las fallas han sido causadas por erosión de la fundación, y
otro 21%, han sido causadas por problemas de resistencia al corte de la roca
de fundación (Boletín ICOLD No 99 de 1995).
Casos clásicos sobre fallas de presas de concreto reportados en la literatura
son los de la presa Malpasset en Francia (1959) y, recientemente, el de la
presa Camará, en Brasil (2004).
La presa de concreto Malpasset formaba un embalse de 22.0 millones de
m3, y tenía una altura de 61 m. Se localizaba al sur de Francia; su operación
inició en abril de 1954 y su falla se dio en diciembre de 1959, produjo 421
muertes. La falla fue atribuida a la subpresión generada a lo largo de un
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plano de debilidad. El profesor
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Karl Terzaghi comentó que “el estribo
izquierdo de esta presa falló aparentemente deslizándose a lo largo de un
plano débil y continuo, el cual tenía una extensión considerable”. Este plano
de debilidad en la roca del estribo izquierdo estaba a 30 metros aguas abajo
de la presa y no fue observado, en la etapa de diseño, como una amenaza
para la seguridad de la presa. El embalse ocasionó infiltraciones a través de
las discontinuidades, lo que provocó el desarrollo de una alta subpresión
normal al plano de debilidad, generando una cuña de roca que accionó la
falla de la presa.
La presa Camará era de concreto compactado con rodillo, formaba un
embalse de 26.5 millones de metros cúbicos, y tenía una altura de 55 m. Se
localizaba en el estado de Paraiba al este de Brasil; su construcción terminó
en febrero de 2002 y su falla se presentó en junio de 2004. La falla se
presentó por el estribo izquierdo, y fue atribuida a las fallas en la roca de
fundación que no fueron tratadas debidamente, y también a la cantidad
excesiva de discontinuidades paralelas a la superficie del terreno generadas
por alivio de tensiones en el macizo rocoso. Lo anterior se conjugó con una
inadecuada caracterización geológica y geotécnica del sitio de presa,
procesos constructivos deficientes y materiales de baja calidad. La falla se
produjo por las infiltraciones del embalse que erosionaron el material llenante
de las discontinuidades, ocasionando el desconfinamiento de los bloques de
roca del estribo izquierdo.
Teniendo en cuenta que la presa Porce II tiene cuatro años de operación,
que en los primeros 10 años se presenta el mayor porcentaje de los
problemas en presas (Boletín ICOLD No 99, 1995), y que se han detectado
afloramientos de agua en la margen izquierda de la presa Porce II, Empresas
Públicas de Medellín E.S.P., conciente de lo anterior, decidió desarrollar
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estudios detallados mediante un trabajo de investigación, que ayude a
esclarecer las anomalías detectadas y proponga soluciones a los problemas
que se detecten.
En enero de 2004, Empresas Públicas de Medellín E.S.P. obtuvo el concepto
de un experto, quien concluyó lo siguiente:
“En la parte alta de la margen izquierda se presentan flujo de agua a través
de discontinuidades en la fundación, que se han incrementado ligeramente
con el tiempo. Esta situación ocurre en casos similares por cuanto se van
abriendo inelásticamente las fracturas o se van lavando lentamente los
materiales llenantes. La situación no es peligrosa para la presa, a menos
que se observe un incremento progresivo en la subpresión, relacionado con
estas discontinuidades, que aparezca
incrementen notablemente los caudales.
agua
con
sedimentos
o
se
En caso que se observe un
deterioro de la situación sería necesario efectuar un trabajo de perforaciones
de drenaje adicionales, desde las galerías y desde la parte superior de la
presa.
Por ahora no se considera necesaria esta acción y la presa se
observa segura....”
“..... Como resultado del análisis, se considera conveniente efectuar algunas
investigaciones adicionales, que eventualmente sirvan para identificar con
mayor seguridad los fenómenos que ocurren en la presa y tomar medidas
correctivas para mejorar el estado de la estructura.
En este sentido, se
recomienda llevar a cabo las siguientes acciones:
•
Instalación de piezómetros de fundación a lo largo de las galerías de
acceso en cotas 889,30 y 850,30 en la margen izquierda. Los
piezómetros de más aguas arriba se dirigirían en ángulo hacia el borde
de aguas arriba de la presa. Estos piezómetros permitirían comprobar
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DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
que no se presenten subpresiones altas en la fundación, en una zona
sometida a flujo de agua a través de las discontinuidades del macizo,
como se ha evidenciado.
•
Completar la limpieza de la fundación en la margen izquierda, lado de
aguas abajo de la presa, para detectar los sitios de salida de agua y
verificar si aparecen nuevos.
•
Continuar el monitoreo de las infiltraciones en las márgenes en los
medidores MI- 4, 5 y 6.
•
Instalar dos medidores de caudal dentro de la presa para tratar de
medir las infiltraciones a través de la fundación y evaluar su
comportamiento futuro.” (Villegas, F, 2004)
No obstante al haberse diseñado la presa Porce II atendiendo todos los
parámetros del mejor “estado del arte”, existe la posibilidad de que se
presente un problema en su fundación que pueda dar lugar a un incidente,
cuyas implicaciones tanto en la estructura como en la zona localizada aguas
abajo de la presa puedan ser muy graves.
Desde el punto de vista académico, este trabajo contribuye al entendimiento
del flujo de agua a través de un macizo rocoso, mediante la obtención de
datos de campo y análisis estadísticos, que indican el comportamiento del
agua en un medio fracturado; adicionalmente, permite conocer la incidencia
del flujo en el comportamiento de una presa de concreto, en cuanto a la
generación de subpresión y flujo de agua a través de la fundación.
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3.
3.1
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
GENERALIDADES.
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS OBRAS.
La presa de Concreto Compactado con Rodillo (RCC) de Porce II hace parte
del proyecto hidroeléctrico que lleva el mismo nombre, propiedad de
Empresas Públicas de Medellín E.S.P. Sus componentes principales son una
presa de gravedad de 123 m de altura de RCC, con un lleno de refuerzo en
tierra y roca para cerrar la margen derecha del cañón del río, un túnel de 4,4
km de longitud y una casa de máquinas subterránea que alberga tres
turbinas Francis para una potencia instalada de 405 MW.
La presa se
terminó de construir en diciembre de 2000, el llenado del embalse se inició
en febrero de 2001, y la central hidroeléctrica entró en operación en el
segundo trimestre de 2001.
El proyecto se localiza en el departamento de Antioquia, 120 Km al noreste
de Medellín, en jurisdicción de los municipios de Yolombó, Amalfi y Gómez
Plata. El río Porce tiene una longitud total de 232 Km y un caudal promedio
en el sitio de presa de 113,6 m3/s.
En el sitio denominado El Mango, 14 kilómetros antes de llegar a la central
de Guadalupe IV de propiedad de Empresas Públicas de Medellín E.S.P., y
donde se bifurca la vía principal hacia los municipios de Amalfi y Anorí, se
construyó la presa del proyecto, en un estrechamiento del río Porce al iniciar
su descenso hacia la confluencia con el río Guadalupe, en donde existe un
12
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DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
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cañón de ladera muy pendiente en la margen izquierda y de topografía más
suave en la margen derecha.
3.2
ASPECTOS HIDROLÓGICOS Y CLIMÁTICOS.
En general, la precipitación en el sitio de la presa Porce II se distribuye en
dos períodos durante el año, uno seco y otro lluvioso; los meses más
lluviosos son mayo y octubre. La precipitación promedio anual es de 2310
mm. La zona de mayor precipitación de la cuenca es precisamente el sitio de
la presa, la cual disminuye progresivamente hacia aguas arriba de la cuenca.
La temperatura está determinada básicamente por la altitud y es, por lo tanto,
muy variada debido a las variaciones topográficas de la zona; la temperatura
media anual es de 22.8ºC a una altura de 980 msnm. La humedad promedio
es, en general, alta aunque presenta variaciones; en el sitio de presa la
humedad promedio anual es de 80.8%.
3.3
ASPECTOS SOCIOECONÓMICOS.
Los núcleos poblados e infraestructura más importantes localizados aguas
abajo de la presa son, entre otros, los siguientes: Casa de Máquinas, Puente
Acacias,
La
Bramadora,
El
Chispero,
El
Astillero,
Los
Trozos,
Desembocadura del río Mata, Dos Bocas, Pueblo Nuevo, El Pato, y
Zaragoza. Existen otros centros poblados menores en jurisdicción de los
municipios de Amalfi, Anorí, Zaragoza y El Bagre.
13
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TOLEDO
CAMPAMENTO
Futuro
Embalse
Proyecto
Porce III
YARUMAL
SAN ANDRÉS DE
CUERQUIA
45
24
SAN JOSÉ DE
LA MONTAÑA
13
GUADALUPE
BELMIRA
RÍ
O
CH
IC
O
SANTA ROSA
alupe
Río Guad
DE OSOS
ENTRERRÍOS
14
SAN PEDRO
Embalse de
Riogrande
GÓMEZ PLATA
0
BARBOSA
10
EL HATILLO
CONCEPCIÓN
GIRARDOTA
GUARNE
COLOMBIA
LA CANCANA
BRASIL
ECUADOR
PERÚ
45
EMBALSE
Embalse de
San Lorenzo
ALEJANDRÍA
Embalse de
El Peñol
CIUDAD Y PUEBLOS
SITIOS
LÍNEA DEL FERROCARRIL
RÍOS
CARRETERAS SIN PAVIMENTAR
CARRETERAS PAVIMENTADAS
SAN
RAFAEL
SAN VICENTE
MEDELLÍN
Embalse de
Playas
GUATAPE
..
ITAGÜÍ
A CALDAS
EL MANGO
POPALITO
15
COPACABANA
LA ESTRELLA
11
22
7
8
6
BOGOTÁ
YOLOMBÓ
LA CORTADA
ÍN
L
L
Grande
DE
Río
13
ME
CISNEROS
GAVINO
RÍO
MOCORONGO
BOTERO
16
SANTO
6
EL MOLINO
DOMINGO SAN ROQUE
DON MATÍAS
8
BELLO
MEDELLÌN
13
HOYORRICO
7
VENEZUELA
SITIO DEL
PROYECTO
OCEANO
PACÍFICO CALI
Embalse
Embalse
7
de
de
SAN MATÍAS
Miraflores
Troneras 14
CAROLINA
9
6
CARTAGENA
Futuro
Embalse
Proyecto
Riachón
AMALFI
EL PLAN
EL SALTO
8
6
324
667
11
MAR CARIBE
BARRANQUILLA
PANAMÁ
ANGOSTURA
GR
AN
DE
RÍO P
ORCE
ANORÍ
RÍ
O
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DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
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ENVIGADO
SABANETA
RIONEGRO
EL
PEÑOL
MARINILLA
0
10
20
30
40 km
Figura 3.1. Localización general de la central hidroeléctrica Porce II.
14
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PRESA DE RCC
Figura 3.2 Principales obras de la central hidroeléctrica Porce II.
15
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Los poblaciones antes mencionados están formadas, en gran proporción, por
familias de mineros que no tienen un carácter permanente y forman
poblaciones flotantes que se desplazan a lo largo de la ribera del río, que
constituye su única fuente de trabajo y, por lo tanto, de ingresos.
3.4
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PRESA.
La presa es de gravedad, en concreto compactado con rodillo RCC. Su
altura total en la sección principal es de 123 m desde el cauce excavado del
río, y el volumen total de RCC es de 1 300 000 m3. La longitud de la cresta
que alcanza la cota 928 msnm es de 455 m. Dentro de las obras anexas a la
presa, fue necesario construir un lleno de cierre de tierra y roca en la margen
derecha, cuyo volumen total es del orden de 1 485 000 m3 (figuras 3.3, 3.4 y
3.5).
9m
SE
NW
928 msnm
922,70 msnm
0.1
889.3 msnm Galeria superior
1
0.75
1
EJE DE LA PRESA
RCC
850.3 msnm Galeria intermedia
808.msnm Galeria inferior
Figura 3.3 Perfil de la presa por el eje del vertedero.
16
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1'24
4
1'24
4.70
0N
N
0N
.600
4.50
N
0
4.20
0
4.40
1'24
1'24
0N
4.30
1'24
1'24
835
805
N
830
858
0
86
00 E
890
870
881.5
150
100
200
250
300
350
400
450
550
500
600
0
92
0
90
8
92
50
881.6
CONVENCIONES
00 E
ATA
G
830
CONTORNO
DE LA PRESA
UIA
831
,80
RÍO PORCE
EJE DE
LA PRESA
EJE DEL
VERTEDERO
881.
700
E
881
800
Figura 3.4 Vista en planta del sitio de presa de Porce II.
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Cresta de la presa
NE
EJE DE LA TORRE
DE CAPTACIÓN
EJE DEL
940
VERTEDERO
SW
Muro parapeto
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DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
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928.00
Galeria en el núcleo de la presa 889.30
890
ESTRIBO IZQUIERDO
ESTRIBO DERECHO
Galeria en el núcleo de la presa 850.30
840
Descarga de Fondo
CONVENCIONES
GALERIA
DEL NUCLEO
CONTORNO
DE LA PRESA
790
TÚNEL DE CONDUCCIÓN
VENTANA DE CONSTRUCCIÓN N°2
EJE DEL
RÍO PORCE
VERTEDERO
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
Figura 3.5 Perfil por el eje de la presa Porce II
18
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DE LOS FACTORES QUE
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3.4.1 Criterios de diseño de la presa.
El criterio básico de diseño de la presa fue garantizar que la estructura actúe
como una presa de gravedad convencional, capaz de resistir las cargas
dinámicas y estáticas transmitidas. A continuación se describen los criterios
para atender tanto las cargas estáticas como dinámicas a las que se verá
sometida la presa, así mismo, los criterios para atender las solicitaciones
térmicas.
•
Criterios para atender cargas estáticas
Los criterios básicos para atender la carga estática son (EE.PP.M., 1999):
Garantizar la estabilidad estática de la presa a cargas que incluyan la
máxima carga hidrostática a nivel de la cresta, carga muerta y carga viva,
subpresión con reducción bajo las galerías de drenaje y máxima acumulación
de sedimentos. La presa deberá ser capaz de soportar las cargas descritas
sin generación de esfuerzos de tracción, y resistir esfuerzos de compresión
que deberán estar por debajo de la resistencia de diseño, con un factor de
seguridad no menor a 4.
•
La subpresión en la fundación se considera que se reduce 2/3 de la
cabeza máxima de presión.
Igualmente, dentro de la presa, la
subpresión se reducirá por efecto de las galerías de drenaje a 1/3 de
la máxima cabeza de agua en cualquier posición.
•
Los parámetros de resistencia al corte en las juntas horizontales entre
capas de RCC deberán ser equivalentes a una cohesión de 1 MPa y a
un ángulo de fricción de 45°.
•
Los esfuerzos horizontales máximos producidos por disipación del
calor del macizo de RCC no serán superiores a 1,8 MPa.
29
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•
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El espaciamiento entre juntas de contracción se definió considerando
un factor de seguridad de 1,5.
•
Criterios para atender cargas dinámicas
Los criterios considerados para atender las solicitaciones dinámicas son los
siguientes (EE.PP.M., 1999):
•
Para los análisis dinámicos se consideró a nivel de roca, una
aceleración horizontal de 0.18 g y una vertical de 0.12 g obtenidas del
análisis de riesgo sísmico revisado del proyecto.
•
La presa se sometió al efecto de los sismos de diseño bajo
condiciones de operación del nivel del embalse, cargas muertas y
carga de sedimento; de igual manera, se consideró una fundación
compresible y subpresión normal.
•
Los esfuerzos de tensión se calcularon por medio de un modelo
bidimensional.
Se consideraron diferentes combinaciones de
aceleración vertical y horizontal para cada sismo de diseño, de tal
manera que se obtuvo la combinación más crítica para los esfuerzos,
y se hizo una distribución del esfuerzo máximo a tracción en todo el
cuerpo de la presa. El esfuerzo vertical instantáneo considerado para
el diseño, corresponde a aquel valor que solamente era excedido en
un 20% de los casos. El esfuerzo dinámico vertical en juntas fue de
1,8 MPa.
•
La estabilidad horizontal al deslizamiento de la presa bajo el sismo de
diseño se verificó por un análisis de cuerpo rígido considerando una
aceleración sísmica pseudostática. La subpresión se tomó en forma
similar al caso estático.
•
Criterios para atender las solicitaciones térmicas
En razón del contenido relativamente alto de material cementante en la
mezcla, se llevó a cabo un análisis térmico detallado durante construcción y
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operación de la presa. Se llevaron a cabo análisis tridimensionales de
agrietamiento para diferentes etapas de construcción, como también para
años después de terminada la misma, considerando diferentes distancias
entre las juntas de contracción, y varias temperaturas de colocación del RCC.
Los resultados del análisis mostraron que se requería enfriamiento del RCC
para obtener una temperatura de colocación en la presa de 16° C. Esto fue
posible con preenfriamiento del agregado grueso a 6° C y utilización de agua
fría a 2°C para la preparación de la mezcla de RCC. Para los últimos 45 m
de la presa en altura, se autorizó colocar RCC a 18°C. También se demostró
que era esencial utilizar cemento Pórtland adicionado con puzolana natural
para controlar el incremento de temperatura en la mezcla.
3.4.2 Instrumentación
Para el registro y control del comportamiento de la presa durante la
construcción y operación se instaló la siguiente instrumentación:
• Péndulos directos e invertidos para el monitoreo de la verticalidad de la
presa.
• Extensómetros de posición múltiple en perforaciones para la medida de
deformaciones en la fundación de la presa.
• Termómetros para verificación del comportamiento térmico del RCC
colocado.
• Piezómetros de alambre vibratorio para la medida de presiones en la
fundación y cuerpo de la presa.
• Acelerógrafos para el registro de movimientos sísmicos.
• Pozos para observación del nivel freático en los estribos.
• Medidores de asentamiento en el lleno de refuerzo.
• Puntos para el control superficial de movimientos y,
31
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• Medidores de movimiento en las juntas de contracción.
3.4.3 Características geológicas y geotécnicas generales de la
fundación
El proyecto hidroeléctrico Porce II se ubica en el flanco oeste de la cordillera
Central Colombiana, en el denominado macizo oriental Antioqueño, en la
parte central de un bloque tectónico de gran extensión limitado por fallas de
carácter regional de estilo tectónico compresivo – rumbo deslizante, tales
como las fallas Otu-Pericos y Palestina al este, y las fallas Romeral y Espíritu
Santo al oeste, y un conjunto de fallas de alta persistencia, de menor
magnitud, con dirección predominante NW.
La presa se construyó en un estrechamiento del río, al iniciar su descenso
hacia la confluencia con el río Guadalupe, en donde existe un cañón de
ladera muy pendiente en la margen izquierda (55% en promedio) y de
topografía más suave en la margen derecha (40% en promedio).
Litológicamente la zona se asocia a rocas en su mayoría metamórficas, las
cuales fueron afectadas por magmatísmo cretácico, dando lugar a grandes
cuerpos de rocas ígneas intrusivas que impusieron de manera zonificada
metamorfismo de contacto a las unidades litológicas mas antiguas. De
manera general la zona del proyecto se encuentra sometida a un proceso de
meteorización y erosión activo que dan lugar a la formación de grandes
perfiles de suelo residual, y a la depositación de unidades sedimentarías de
tipo coluvión y aluvión en las partes medias y bajas de las laderas. (Patiño,
2005)
32
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Específicamente, la fundación de la presa se encuentra constituida en un
65% por cornubianas que se encuentran en toda la margen izquierda y en la
margen derecha en un tramo no continuo de aproximadamente 150 m desde
la orilla del río hasta la cota 890; el 35% restante de la roca de fundación
corresponde a cuarzodioritas las cuales son rocas cretácicas graníticas del
Batolito Antioqueño, que se encuentran en la margen derecha a partir de la
cota 890 de la fundación, y también se encuentran a manera de diques y
cúpulas, dentro de la cornubiana, con espesores de hasta 25 metros, y
dirección predominante E-W.
El tratamiento de la fundación de la presa de RCC consistió en retirar todo el
material hasta la profundidad requerida para alcanzar la roca tipo III (de
acuerdo con el perfil típico de meteorización de rocas ígneas intrusivas
propuesto por Deere y Patton), a partir de la cual, se realizó un tratamiento
consistente en la limpieza y posterior relleno de las trazas de fallas menores,
grietas y oquedades, con concreto dental. Adicionalmente se realizaron
excavaciones para corregir taludes negativos y otras irregularidades
topográficas menores, con el fin de garantizar un buen contacto del concreto
de nivelación y del RCC, con la roca de fundación. Adicionalmente se
hicieron perforaciones para inyecciones de consolidación de 6 m de
profundidad, espaciadas cada 6 m, en ambas direcciones, en algunas zonas
de la fundación.
En la parte más profunda de la fundación de la presa se colocó una capa de
concreto de nivelación con un espesor mínimo de 0,30 m hasta alcanzar un
área cuya superficie proporcionara un espacio de trabajo suficiente para una
adecuada operación del equipo y poder iniciar la colocación del RCC.
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3.4.4 Galerías de drenaje
El sistema general de galerías en la presa de RCC de Porce II consta de dos
tipos:
• Galerías en la fundación de la presa.
Estas galerías recorren los
estribos de la presa en sentido longitudinal. En el estribo derecho se
extiende desde la cota 820.30 hasta la cota 885.00. En el estribo izquierdo
se extiende desde la cota 850.30 en la parte inferior hasta la cota 889,30.
Estas galerías están dispuestas en la roca de fundación de la presa con
sección abovedada de tres metros de ancho por tres metros de altura.
Dichas
galerías
se
diseñaron
principalmente
para
recolectar
las
infiltraciones que se presenten a través de la roca de fundación.
• Galerías en el núcleo de la presa. Estas galerías se localizan en el
cuerpo de la presa en sentido longitudinal al eje de la misma en las cotas
816.10,
820.30,
850.30
y
889.30; son de sección cuadrada de tres
metros de lado; las galerías se encuentran interconectadas entre si por
medio de perforaciones para drenaje.
Las inyecciones de consolidación, que se hicieron en algunos sectores, se
efectuaron desde la fundación de la presa; las perforaciones que conforman
la cortina de drenaje de la fundación se efectuaron desde las galerías
localizadas en las cotas 816.10 y 820.30.
Se
construyeron
también
una
serie
de
galerías
longitudinales
(aproximadamente normales al eje de la presa) con salida en la cara de
aguas abajo de la presa, las cuales sirven de acceso al sistema general de
galerías y evacuación de las infiltraciones.
34
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3.4.5 Cortina de inyecciones y cortina de drenaje
Para controlar la subpresión y las infiltraciones en la fundación, la presa
Porce II cuenta con una cortina de inyecciones y una cortina de drenaje. La
cortina de inyecciones llena las discontinuidades de la roca de fundación,
creando una barrera para reducir las infiltraciones. La cortina de drenaje
colecta el agua que logra atravesar la cortina de inyecciones, controlando la
subpresión; consiste en una línea de drenes dispuestos en la fundación,
aguas abajo de la cortina de inyecciones.
Las perforaciones de la cortina de inyecciones, cuyas profundidades fueron
de 50 m aproximadamente, se distribuyeron a lo largo de la fundación de la
presa, siguiendo la línea de las galerías en la fundación, y la galería de la
cota 820.30.
Las perforaciones de la cortina de drenaje en la fundación de la presa, se
ejecutaron con diámetros variables entre 76 mm y 110 mm, la inclinación
respecto a la vertical fue de 15° hacia aguas abajo, y el espaciamiento entre
perforaciones fue de 4 m. Es importante destacar que las perforaciones de
drenaje de la fundación de la margen izquierda se llevaron a cabo hasta la
cota 900.00 correspondiente al tope de la galería longitudinal en la margen
izquierda.
3.5 ORIGEN DEL AGUA EXFILTRADA A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO
DE LA MARGEN IZQUIERDA DE FUNDACIÓN.
A partir de los análisis de los resultados fisicoquímicos del agua infiltrada a
través del macizo rocoso, del embalse y
del drenaje natural que se
encuentra en la parte superior del estribo, efectuados por Miranda, R. A
(2005) se obtuvieron las siguientes conclusiones: “primero, que las
infiltraciones detectadas en la margen izquierda de la presa provienen del
35
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embalse, y segundo, que no se presenta arrastre del material de relleno de
las discontinuidades. La primera conclusión se fundamenta en que el cambio
de varios parámetros fisicoquímicos indica que el agua atravesó la cortina de
inyecciones de la presa, y adicionalmente, se observo similitud entre los
parámetros fisicoquímicos del agua de las infiltraciones y el agua del
embalse. La segunda conclusión se fundamentó en el análisis de la turbidez
y el contenido de sólidos totales y suspendidos, los cuales indicaron que el
arrastre es despreciable, unas 20 ppm de sólidos suspendidos, lo que no da
lugar a desconfinamiento de los bloques de roca ni debilitamiento de la
fundación de la presa”.
36
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4. GEOLOGÍA.
Las características de una unidad litológica, dependen directamente de los
fenómenos geológicos y condiciones ambientales a las que está haya sido
sometida a lo largo de su historia, por lo tanto se hace indispensable realizar
un análisis geológico detallado que debe partir de un enfoque regional hasta
uno local y así determinar los posible fenómenos que pudieron afectar la
unidad
para conocer la respuesta de cada unidad, ante los diferentes
eventos a los que estuvo asociada y lograr de esa manera inferir el
comportamiento que tendrá está a corto y largo plazo por el cambio en su
condición de esfuerzos y saturación ocasionado por la construcción de una
presa de concreto y el llenado del embalse.
4.2 MARCO GEOLOGÍCO REGIONAL.
La zona donde se localiza el proyecto hidroeléctrico Porce II, se encuentra
ubicada en un valle interior de la cordillera Central de Colombia, en la parte
central de un bloque tectónico de gran extensión limitado por fallas de
carácter regional de estilo tectónico compresivo – rumbo deslizante, tales
como las Fallas Otu-Pericos y Palestina al Este, y las Fallas Romeral y
Espíritu Santo al Oeste y un conjunto de fallas de alta persistencia, de menor
magnitud, con dirección predominante NW; litológicamente la zona se asocia
a rocas en su mayoría metamórficas, las cuales fueron afectadas por
magmatísmo cretácico, el cual dio lugar a grandes cuerpos de rocas ígneas
intrusitas, las cuales impusieron de manera
zonificada metamorfismo de
contacto a las unidades litológicas más antiguas.
37
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DE LOS FACTORES QUE
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4.3 LITOLOGIA.
Para tener una clara asociación de ambientes y fenómenos geológicos que
pudieron tener incidencia en las características y propiedades del problema
en estudio, se evaluó la litología de la zona del proyecto hidroeléctrico Porce
II a una escala general, donde se involucran todas las unidades reportadas
en el sitio de embalse y obras anexas, y un estudio especifico de la roca de
fundación.
4.3.1 Litología de la zona de presa del proyecto hidroeléctrico Porce II
(Figura 4.1).
4.3.1.1 Rocas Metamórficas, Cornubianas (Kme). Corresponde a
una unidad de rocas metamórficas, generadas por el metamorfismo de
contacto, producido por la intrusión del Batolito Antioqueño sobre la
Formación Cretácica denominada San Pablo, la cual sufrió procesos de
recristalización, silicificación y endurecimiento.
Este tipo de rocas constituye un 65% de la fundación de la presa, y aflora en
toda la margen izquierda y en la margen derecha en un tramo no continuo de
aproximadamente 150 m desde la orilla del río hasta la cota 890.
Localmente, las cornubianas son de grano fino, de color gris oscuro a blanco
dependiendo del contenido de cuarzo; son rocas muy duras, tenaces,
altamente resistentes a la abrasión, con textura masiva a bandeada.
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Usualmente los planos de bandeamiento (tomada en los estudios de diseño y
construcción de la presa como foliación) de esta unidad se presentan
sellados como consecuencia de las altas temperaturas a las que fueron
sometidas las rocas durante la intrusión. El principal componente
mineralógico es el cuarzo, que puede variar de 60-80%, dándole
ocasionalmente carácter de cuarcita a la roca; otros minerales comúnmente
encontrados en proporción menor, son: biotita, moscovita, sericita y
plagioclasa.
Los perfiles de meteorización de esta unidad son de muy poco espesor,
máximo 20 m, y en algunos sectores pueden ser ausentes.
4.3.1.2
Rocas Ígneas, cuarzodioritas, granodioritas y
tonalitas (Kcd).
Corresponde a las rocas graníticas del Batolito
Antioqueño, las cuales equivalen al 35% restante de la roca de fundación de
la presa; afloran en la margen derecha a partir de la cota 890 msnm, a
manera de diques, dentro de la cornubiana en la margen izquierda, con
espesores de hasta 25 m, y dirección predominante E-W.
Litológicamente, esta unidad se encuentra conformada por cuarzodioritas,
granodioritas y tonalitas, faneríticas, equigranulares de grano medio,
constituidas de manera general por: plagioclasa 60-70%, cuarzo 20-25%,
biotita 10% y hornblenda 5%. Estas rocas cuando no están meteorizadas o
afectadas por intenso cizallamiento, son duras, competentes, altamente
resistentes a la abrasión y de buena calidad geotécnica, aunque de manera
general la composición mineralógica de esta unidad asociada al intenso
fracturamiento y las condiciones ambientales propias del clima húmedo de la
región, generan espesos perfiles de meteorización.
40
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Los perfiles de meteorización de esta unidad son muy bien desarrollados y
presentan espesores de hasta 60m.
4.3.3 Depósitos no consolidados.
5.3.3.1
Depósitos de Flujo de lodo y escombros (Qf).
Localizados sobre la parte media de la vertiente derecha del embalse de la
presa Porce II, en el sector de la quebrada El Mango; corresponde a
depósitos de flujo de lodo y escombros, mal consolidados, que descansan
discordantemente sobre los suelos residuales de la unidad de rocas
graníticas del Batolito Antioqueño. Se estima que este depósito tiene un
espesor de 40 m en su parte central, el cual disminuye a 12 m hacia los
bordes laterales.
Litológicamente, este depósito esta constituido en un 60% por bloques
angulares centimétricos a métricos (0.05 – 2 m) predominantemente de
cuarcitas,
cuarcitas
biotíticas.
La
matriz
es
compacta
y
de
baja
permeabilidad, conformada por arenas limosas y limos.
4.3.3.2 Depósitos Talus (Qta). En la zona aledaña a la presa se
presentan varios depósitos coluviales de poca magnitud, los cuales fueron
definidos para este trabajo como depósitos de tierra y detritos producidos por
la acción de la gravedad, de los cuales es importante destacar un depósito
coluvial localizado en la margen izquierda, aguas abajo de la presa, el cual
desciende de la cota 900 a la 815 msnm, con un ángulo de reposo promedio
de 25°, presentando un espesor máximo en su parte central de 25 m; este
depósito está conformado por fragmentos hetereométricos levemente
meteorizados, los cuales en su parte expuesta han dado origen a suelos
residuales limo arcillosos.
41
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4.3.3.3 Depósitos aluviales del río Porce (Qal). Corresponden a
los depósitos aluviales no consolidados de edad cuaternaria, tales como
terrazas y aluviales recientes. De manera general los depósitos aluviales
encontrados en las zonas aledañas a la presa son pequeños y presentan una
distribución discontinua a lo largo del cauce y en ambas márgenes del río
Porce, llegando a formar cordones con una longitud máxima de 200 m, un
ancho de aproximadamente 20 m y un altura promedio de 1 m sobre el nivel
del río.
Litológicamente estos depósitos se encuentran conformados por bloques
hetereométricos
bien
redondeados
predominantemente
de
rocas
metamórficas y granitoides embebidos en una matriz arenosa.
4.3.2 Litología de la fundación de la presa. La fundación de la presa se
encuentra constituida en un 65% por cornubianas que afloran en toda la
margen izquierda y en la margen derecha en un tramo no continuo de
aproximadamente 150 m desde la orilla del río hasta la cota 890; el 35%
restante de la roca de fundación corresponde a rocas Cretácicas graníticas
del Batolito Antioqueño, que se encuentran en la margen derecha a partir de
la cota 890 de la fundación, y a manera de diques y cúpulas, dentro de la
cornubiana (Figura 4.3).
4.4 GEOLOGÍA ESTRUCTURAL.
A escala regional, la zona del proyecto hidroeléctrico en estudio no tiene la
influencia de conjuntos de falla importantes, aunque a nivel local se
encuentran varios trazos importantes de fallas de dirección preferencial NW,
de tipo inverso con un ángulo de buzamiento alto que varía entre 60°-85°, las
cuales son consecuentes con el estilo estructural compresivo al que se
encuentra sometida la cordillera Central colombiana.
42
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4.4.1 Fallas y Zonas de Cizalladura. El sitio donde se localiza la presa de
Porce II, no se encuentra asociados a trazas de falla activas, por lo tanto no
fue posible determinar componentes de desplazamiento, sin embargo, a lo
largo de la fundación es posible diferenciar un sistema muy persistente de
zonas de cizalladura o
franjas de roca muy fracturada y deformada, de
orientación general NW, el cual es paralelo al sistema principal de fallas
identificadas a nivel regional; dicho sistema afecta las dos unidades de roca y
se observa con mayor facilidad en la parte mas baja del valle.
Específicamente en la margen izquierda de fundación de la presa se
diferenciaron dos zonas de cizalladura consideradas con alto potencial de
conductividad hidráulica (fotografía 4.1) por encontrarse orientadas de
manera semiperpndicular al eje de la presa y por presentar actualmente flujo
de agua.
30 cm
Fotografía 4.1. Zona de cizalladura característica de los trazos de falla
cartografiados en la parte media del estribo izquierdo de fundación (Cota
860).
En la base de la fundación de la margen izquierda se encuentra una traza de
falla inactiva, y sin componente de desplazamiento definida, de dirección
promedio de N70°E y un buzamiento de 65°, que cruza el eje de la presa y el
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44
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eje del túnel de desviación cerca al portal de la entrada de este (fotografía
4.2); esta falla presenta una zona de influencia de aproximadamente 3m de
espesor de los cuales aproximadamente 2.5 m corresponden a roca muy
fracturada en la cual se encuentra una franja de roca cizallada de 0.5 m de
espesor, planos con la misma disposición estructural de menor magnitud se
pueden observar en la parte baja de la ladera izquierda de fundación.
0.5 m
Fotografía 4.2. Zona de cizalladura típica de los trazos de falla cartografiados
en la base del valle del río Porce, estribo izquierdo de la roca de fundación.
En la parte media del estribo izquierdo de fundación, en el sector donde se
presenta el mayor caudal de agua infiltrada, se observa una traza de falla
abierta (aproximadamente 10cm), de forma ondulada,
predominante
de dirección
N85°E / 22NW, rellena de arcilla muy blanda y cuarzo
fracturado (fotografía 4.3).
4.4.2 Diaclasas.
En las rocas metamórficas del sitio de presa se
diferencias tres conjuntos principales de diaclasas o fracturas, uno de ellos
coincidente con los planos de foliación encontrados y presenta una
orientación N20°W a N40°W y buzamiento entre 65° SW y 75° SW; y los
otros dos conjuntos ortogonales entre si, presentan dirección N20– 40°W /
45
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20–30°NE y N40–50°E con buzamientos de ángulos altos hasta verticales,
respectivamente.
10 cm
Fotografía 4.3 Traza de falla cartografiada en la parte media del estribo
izquierdo de fundación.
El grado de fracturamiento varía en cada una de las unidades litológicas, las
cuales por lo general presentan discontinuidades con buzamientos mayores
de 65° hasta verticales que ocurren en forma individual o en conjuntos con
espaciamientos promedio mayores de 0.2 m.
Las cornubianas del sitio de presa se presentan moderadamente fracturadas,
salvo en las vecindades del contacto con el intrusivo y en las zonas de falla
donde el grado de fracturamiento aumenta notablemente, adicionalmente se
puede destacar en esta unidad la ocurrencia, en la parte media del estribo
izquierdo de fundación de la presa, la existencia de un conjunto de diaclasas
subhorizontales de forma onduada, lisas, generalmente abiertas y limpias o
rellenas de arcilla y cuarzo triturado, espaciadas en promedio un metro y
altamente continuas, la cuales se considera son el producto de la relajación
del macizo(fotografía 4.4).
46
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Fotografía 4.4. Vista general de los afloramientos de roca, altamente
diaclasados de la parte media del estribo izquierdo de fundación.
Las rocas del Batolito aflorantes a manera de diques en el estribo izquierdo,
presentan dos conjuntos de diaclasas paralelos a las zonas de cizalladura
delgadas identificadas en la fundación de la presa, con una dirección
preferencial N 30º – 40º W; un tercer conjunto de diaclasas es paralelo al
sistema de fallas el Machete y su orientación puede variar de N70°W hasta N
80°E.
4.4.3 Bandeamiento. El bandeamiento o planos de seudo-laminación que
presentan las cornubianas coinciden con la estratificación de las rocas
sedimentarias originales (Formación San Pablo), por lo tanto, se manifiesta
como láminas de diferente espesor y tonalidad, las cuales le imponen a la
roca una textura bandeada o lineamiento composicional (seudo-laminación)
de capas claras y oscuras con dirección NW y buzamiento mayor de 65°
predominantemente al SW. Dichos planos de bandeamiento actualmente se
observan soldados por el efecto térmico que sufrió la roca con la intrusión
del Batolito Antioqueño, aunque no se puede ignorar la presencia aislada de
fracturas asociadas a la dirección de bandeamiento ya que ésta constituye
un plano de debilidad de la roca (fotografía 4.5).
47
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Plano de
5 cm
bandeamiento
Fotografía 4.5. Visual a escala centimétrica de la textura bandeada, asociada
a un sistema de fracturas paralelo, fundación de la margen izquierda, lecho
del río Porce
4.5 ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LA ROCA DE FUNDACIÓN.
Con la finalidad de reconocer un patrón general de comportamiento de las
unidades de roca con respecto a la orientación del fracturamiento regional
que sirviera como base para inferir una dirección preferencial de mayor
conductividad hidráulica, se realizaron análisis estadísticos de frecuencia de
fracturamiento a varias escalas, los cuales posteriormente fueron utilizados
para determinar la dirección de los esfuerzos tectónicos principales que
dieron lugar a dichos patrones de fracturamiento.
Análisis estadístico de frecuencias.
Con la finalidad de reconocer la homogeneidad de respuesta ante los
esfuerzos tectónicos regionales de cada una de las unidades estudiadas, se
elaboraron análisis estadísticos de frecuencia de discontinuidad a varias
escalas; inicialmente se hizo un análisis estadístico de los trazas de falla,
cartografiadas durante la etapa de diseño de la presa, asociadas a la zona
del embalse a escala 1:5000 (figura 4.3), posteriormente se evaluaron los
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trazos de falla de la roca de fundación utilizando los datos de la cartografía
estructural 1:500 elaborada durante la etapa de estudios de diseño (figura
4.4), para finalmente ser comparados con un análisis de frecuencias
elaborado durante la etapa de construcción de la presa, para el cual se
seleccionó un área representativa de la propiedades de la fundación, de
aproximadamente 500 m2 en la margen derecha del río porce, entre las
abscisas 438 y 452 m, y las ordenadas 0,0 a 36 m (figura 4.5).
Familias
1
2
3
Tipo Predominante
Discontinuidad asociada
bandeamiento
Fallas asociada bandeamiento
(roca cizallada)
Fallas y Diaclasas
Rumbo Buzamiento
N71ºW
66ºNE
N40ºW
60ºSW
N9ºW
80ºNE
Figura 4.3. Análisis estadístico de frecuencia de los trazos de falla
cartografiado escala 1:5000 en la zona del embalse.
49
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Familias
1
2
3
4
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Tipo Predominante
Fallas asociada
a bandeamiento
Fallas
Fallas
Fallas
Rumbo
Buzamiento
N25°W
75°SW
N55°W
N85°W
N45ºE
60°SW
80°NE
45ºSE
Figura 4.4. Análisis estadístico de frecuencia de los trazos de discontinuidad
cartografiado escala 1:500 en el sitio de presa.
El análisis estadístico de frecuencias a diferentes escalas, pudo corroborar
una tendencia estructural claramente regida por los esfuerzos tectónicos que
dieron lugar a un sistema de fallas de alta persistencia con dirección
predominante NW que ha venido siendo clasificado tectónicamente inactivo
50
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en las diferentes cartografías geológicas y estudios estructurales de la
región.
Familias
1
2
3
4
Tipo Predominante
Discontinuidad asociada
al bandemiento
Fallas y Diaclasas
Fallas y Diaclasas
Diaclasas y Fallas
Rumbo Buzamiento
N25°W
75°SW
N60°W
N85°E
N50°E
80°SW
85°NW
80°SE
Figura 4.5. Análisis estadístico de frecuencias del área determinada
designada como representativa de las propiedades de la fundación durante
la etapa de construcción.
Del resultado de los diferentes análisis de frecuencias de discontinuidad se
puede observar claramente que existe un conjunto de discontinuidades
conformado por fallas, diaclasas y planos de bandeamiento o seudo51
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laminación de dirección N40°-60°W/ 60°-80°SW que se presenta distribuido
de manera homogénea en toda el área del proyecto, es decir, pudo ser
cartografiado en las diferentes escalas de trabajo evaluadas en este trabajo,
lo que sugiere que dicho conjunto de discontinuidades fue originado por un
esfuerzo tectónico regional importante al que las diferentes litológicas de la
zona presentaron similar respuesta.
Los demás patrones predominantes de discontinuidad encontrados a escala
local o escala de trabajo en la fundación de la presa, mostraron claramente
una tendencia estructural
diferente a las direcciones de discontinuidad
cartografiadas a nivel regional, y pueden ser agrupados en dos conjuntos con
dirección predominante EW / 80°-85° y N45°-50°E/45°-80°SE, los cuales por
no ser conjugados con el anterior, pueden ser de un evento tectónico
diferente de menor magnitud.
4.6 ANÁLISIS DE ESFUERZOS TECTÓNICOS.
A partir de los análisis de frecuencias realizados a diferentes escalas, y a su
deficiente homogeneidad con respecto a la orientación de los planos de
discontinuidad, se decidió que para determinar los pares conjugados que
posiblemente dieron origen a las direcciones de fracturamiento de la
fundación de la presa en estudio, era necesario recopilar y analizar la mayor
cantidad de datos posibles.
Para la determinación de los vectores y planos de esfuerzo principal se
aplicó la metodología propuesta por Chica, A. (1984), la cual sugiere, que a
partir de los dos centros de mayor frecuencia del diagrama de polos de
discontinuidad, se seleccionen los dos planos de fracturas conjugados, los
cuales deben cumplir con pertenecer al mismo evento tectónico, tener una
ocurrencia simultánea, notoria y dominante, y encontrarse orientados de
manera tal, que correspondan a discontinuidades producidas por un evento
52
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tectónico orientado; a partir de la representación de dichos pares conjugados
de discontinuidades en la red de Wulf, se obtienen las direcciones de los
esfuerzos, así:
σ 1,
o eje de esfuerzo máximo, se encuentra localizado en la bisectriz
perpendicular a la línea de intercepción de los planos de discontinuidad
conjugados, del ángulo diedro menor, formado por los mismos planos de
discontinuidad.
σ2, o eje de esfuerzo intermedio, es paralelo a la línea intersección de los dos
planos de fracturamiento conjugados.
σ3,
o eje de esfuerzo mínimo, es paralelo a la dirección restante y única
perpendicular a los dos ejes anteriormente descritos.
En este trabajo, se utilizaron todos los datos estructurales posibles, tanto los
tomados durante las etapas de diseño y construcción, como los adquiridos
directamente durante el desarrollo de este proyecto (figura 4.6).
A partir del análisis del diagrama estadístico de frecuencias, fue posible
determinar un par de conjuntos conjugados de discontinuidad, con dirección
N83°W/49°NE y N33°W/26°SW los cuales sirvieron de guía para calcular el
eje de esfuerzo principal
σ 1, orientado S53°E/40°, el eje de esfuerzo
intermedio σ 2, orientado N68°W/50° y el eje de esfuerzo menor σ
3,
N36°E/12°.
53
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Eje de la
Presa
Eje de
la presa
σ3
σ2-σ3
σ2
σ1–σ2
σ1– σ3
σ1
Dirección de los ejes de esfuerzos
principales
Planos de esfuerzos principales
σ 1 = S53°E/40°
σ 2 = N68°W/50°
σ 3 = N36°E/12°
Plano σ1 – σ 3 = N22°E/40°SE
Plano σ 1 – σ 2 = N64°W/86°SW
Plano σ 2 – σ 3 = N30°E/50°NW
Figura 4.6. Representación estereográfica de los principales ejes de esfuerzo
y sus respectivos planos.
El análisis de dirección de esfuerzos tectónicos, mostró claramente como la
dirección del menor esfuerzo σ3 que se encuentra contenido en el plano σ1 –
σ 3 y presenta una dirección perpendicular el esfuerzo σ1, esta representado
por un vector orientado N36°E/12°,es decir presenta una dirección semi
paralela a la orientación N17°E del eje de la presa, de manera que
teóricamente es probable que la orientación de los esfuerzos tectónicos que
dieron lugar al fracturameinto evaluado en el sitio del proyecto hayan
ocasionado que las discontinuidades que estan orientadas de manera
perpendicular a semi perpendicular a la dirección del menor esfuerzo, para
este caso, las discontinuidaes con rumbos contenidas en el intervalo de
dirección N 40°-80° W
se presenten más abiertas o desconfinadas
comparativamente con las discontinuidades orientadas perpendicularmente a
los vectores de dirección σ1 y σ2 (figura 4.7).
54
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Por lo tanto, según el análisis estadístico de frecuencias realizado para la
fundación de las presa, el 55% de las discontinuidades entrarían en el
intervalo anteriormente mencionado, así como lo estaría aproximadamente
el 60% de las discontinuidades cartografiadas en la margen izquierda.
55
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805
0
4.60
N
870
N
858
00 E
RÍO PORCE
N
EJE DEL VERTEDERO
σ2
1'24
N
0
4.50
0
4.40
N
.300
0
86
881.5
835
1'24
1'24
4
1'24
830
W
890
σ3
150
200
250
300
400
350
450
500
8
92
100
0
90
E
σ1
00 E
3
0
92
881.6
1
830
831
,80
Figura 4.7. Proyección en planta de los vectores de esfuerzo calculados sobre la vista en planta del sitio de presa.
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5. CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO
Un macizo rocoso, es un medio discontinuo afectado en mayor o menor
medida por varios conjuntos de discontinuidades, dependiendo de su
cercanía a la superficie y a la serie de fenómenos geológicos asociados a
éste a lo largo de su historia evolutiva. Para conocer el patrón de
comportamiento de un cuerpo de roca determinado, es necesario entonces
conocer las propiedades y características asociadas a éste y ha su entorno.
A lo largo del tiempo se han desarrollado múltiples conjuntos de clasificación
con finalidades específicas, los cuales, permiten evaluar el macizo rocoso
como un medio anisotrópico dependiente de las características de sus
discontinuidades.
En este trabajo, se realizó la caracterización del macizo rocoso de Porce II
mediante tres metodologías, el método RMR
propuesto por Bieniawski
(1974), el método Q propuesto por Barton et. al (1974) y un análisis
estadístico categórico.
Debido a las limitaciones de área de roca expuesta en el sitio en estudio, la
recolección de los datos se realizo por medio de tranceptos o lineas de
levantamiento geológico estructural debidamente orientados para recolectar
el mayor número de datos posible y lograr así caracterizar la margen
izquierda de fundación de la presa, desde el valle del río hasta la cresta de la
presa.
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5. 1 CARACTERIZACIÓN USANDO Q Y RMR.
Para la aplicación de las metodologías tradicionales, RMR y Q (tabla 5.1), se
dividió el estribo de fundación en tres zonas determinadas como
relativamente homogéneas a partir de la observación directa y los datos de la
instrumentación:
Zona 1. Base del estribo, desde el lecho excavado del río hasta la cota
850.30 msnm (galería intermedia)
Zona 2. Parte media de la ladera, desde la cota 850.30 msnm hasta la 920
msnm,
Zona 3. Cresta de la presa, por encima de la cota 920 msnm.
Tabla 5. 1. Caracterización del macizo rocoso de fundación de la margen
izquierda de la presa Porce II, según la metodología RMR y Q.
Tranceptos
Caracterización
Estribo izquierdo
RMR
Q
de fundación
Calificación
Categoría
Calificación
Categoría
Base
80
Roca buena
4,4
Roca regular
Parte media
54
Roca regular
0,825
Roca muy mala
Cresta de la presa
74
Roca buena
1,625
Roca mala
Las categorías de clasificación de la calidad de la roca obtenida por los
métodos expresados anteriormente, presentan de manera general, buena
correlación con las observaciones directas realizadas en campo y los datos
de la instrumentación, ya que aunque la subpresión se presenta controlada
para toda la fundación, los datos piezométricos más altos y los afloramientos
de agua en estudio se asocian a la parte media del estribo izquierdo,
indicando así que aunque la cabeza de presión del embalse es menor en
este sector, la roca es de más baja calidad; de igual manera, aunque la roca
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ÁREA GEOTECNIA
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
encontrada por encima de la cresta de la presa no se encuentra sometida a
la presión directa del embalse, en afloramiento, ésta se puede ver en
términos generales más desconfiada que la roca de fundación o de la parte
media de la ladera.
5. 2
CARACTERIZACIÓN ESTADÍSTICA CATEGÓRICA A PARTIR DE
TRANCEPTOS.
Con la finalidad de reconocer de manera general las características mas
representativas de la roca de fundación y poder realizar con ellas una
correlación multivariada con la que fuera posible asociar dichos resultados
con las variables determinantes de la conductividad hidráulica tales como tipo
de discontinuidad, abertura, relleno, consistencia del relleno, forma,
rugosidad, espaciamiento, continuidad y flujo de agua, se realizó un análisis
estadístico categórico a partir de los datos levantados en los tranceptos, el
cual se presenta en la tabla 5.2.
Los resultados de la estadística categórica permiten reconocer claramente la
distribución porcentual de las características de las discontinuidades del
macizo rocoso, (figura 5.1) y proporcionar una herramienta de análisis de
manera que es posible obtener las siguientes afirmaciones:
•
El tipo predominante de discontinuidades del macizo rocoso de Porce II
son las diaclasas, con un porcentaje del 69.2%.
•
El 56.1% de las discontinuidades se encuentran cerradas, es decir que
en superficie, casi la mitad de las discontinuidades evaluadas están
abiertas.
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
59
Tabla 5.2. Resultado del análisis estadistico categórico multivariado de las características de las discontinuidades evaluadas en este trabajo por medio de trance
Tipo
Característica
Falla
Diaclasa
Tipo
Abertura
Cizalladura
Rugosidad
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
1,7%
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
Cerrada
Abierta
56,1%
0,0% 73,3%
43,9% 22,1%
59,9%
62,5%
3,5% 88,1%
0,0% 100,0% 21,7%
59,6%
73,7%
Continuidad
13,1% 73,9%
34,8% 30,5%
4,4%
13,1%
12,7%
0,0%
0,0%
23,5% 76,5%
2,4%
27,1% 70,5% 75,9%
26,4%
0,0% 5,3% 0,0%
50,0% 44,7%
0,0%
89,5% 10,5%
0,0%
97,4%
0,0% 0,0% 0,0%
50,0%
0,0%
0,0%
49,7% 50,3%
0,0%
49,7% 50,3%
0,0% 25,2% 0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
49,7%
0,0% 0,0% 0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
11,2% 88,8%
0,0%
66,7% 33,3% 100,0%
0,0%
0,0% 0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
88,8%
10,5%
0,0% 12,8%
6,8%
15,8%
6,0%
35,3%
34,6% 22,1% 26,9% 16,3%
10,6%
26,0%
4,8%
39,4%
2,6%
4,4% 21,7% 73,9% 0,0%
Espaciamiento
Altamente
Muy Moderadamente Poco
Muy Poco
Continua Continua
continua
Continua Continua
0,0% 13,1% 0,0%
22,2% 100,0%
21,7%
Consistencia
Escalonada Ondulada Plana Limpia Blanda Dura Frágil
3,6% 5,4% 2,4%
0,0%
73,9%
Forma
Lisa
40,4% 75,9%
0,0% 100,0% 50,0%
77,8%
Rugosidad
Superficie
Arcilla Otros Cuarzo Brecha Rugosa Irregular
manchada
17,4%
39,1%
21,7%
9,6%
5,4% 9,0%
4,8%
13,3%
0,0%
0,0% 47,4%
2,6% 50,0%
21,0%
42,1%
21,0%
74,9%
21,4%
0,0%
5,3%
_
_
76,5%
0,8% 0,0% 0,0%
12,1% 10,7%
0,0%
36,1% 63,9%
2,3%
37,6% 60,1% 76,7%
9,6%
3,9%
1,9%
_
_
39,1%
2,9% 12,4% 3,8%
31,4% 10,5%
16,3%
29,8% 53,9%
3,9%
39,4% 56,7%
19,3% 78,6%
0,0%
48,2%
5,2%
21,7%
56,6%
0,0%
21,1%
17,5%
0,6% 71,5%
28,5%
10,6%
5,4%
73,0%
10,8%
10,8%
0,0%
13,4%
50,3%
0,0%
75,0%
25,0%
0,0%
11,2%
77,7%
11,1%
0,0%
11,1%
36,1%
56,8%
18,2%
18,2%
0,8%
84,1%
15,9%
19,3%
23,1%
1,0%
63,5%
36,5%
37,3%
4,9%
0,7%
72,4%
27,6%
_
_
_
_
_
_
2,1%
3,5%
24,8% 71,7% 100,0%
0,0%
0,0% 0,0%
4,1%
13,8%
0,7%
44,1%
_
_
_
_
_
0,0% 50,0%
50,0%
0,0%
16,5% 83,5%
0,0% 100,0%
0,0% 0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
100,0%
0,0%
61,4%
15,4%
0,0%
0,0%
0,0% 100,0%
_
_
_
_
_
_
0,0% 76,9%
23,1%
0,0%
84,5% 15,5%
0,0% 84,7% 15,3% 0,0%
30,7%
15,5%
0,0%
30,7%
20,3% 16,3%
42,9%
38,8%
2,1%
0,0%
32,6%
67,4%
_
_
_
_
_
_
14,3% 44,9%
40,8%
4,1%
53,0% 42,9%
0,0% 26,5% 32,7% 40,8%
10,2%
32,6%
12,3%
10,3% 28,0%
4,0%
68,0%
0,0%
0,0%
56,0%
44,0%
_
_
_
_
_
_
28,0% 68,0%
4,1%
0,0%
72,0% 28,0%
0,0% 24,0% 20,0% 56,0%
20,0%
40,0%
24,0%
Otros
1,6% 0,0% 100,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0% 100,0%
_
0,0% 50,0%
50,0%
0,0%
24,9% 75,2%
0,0% 75,2% 24,9% 0,0%
0,0%
0,0%
Rugosa
7,0% #####
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0% 100,0% 17,7%
0,0% 11,7% 88,3% 0,0%
5,8%
33,9% 6,2%
48,2%
42,0%
2,5%
1,2%
4,9% 26,8%
2,8%
1,4%
5,6% 60,3%
6,3% 8,4%
0,0% 42,9% 0,0%
Irregular
Ondulada
59,1%
0,7% 89,4%
60,8%
41,2% 41,2%
_
_
_
5,8%
0,0% 94,2%
34,2%
3,7% 12,2% 2,5%
26,8% 20,7%
_
_
_
4,9%
76,8% 18,3%
39,7% 79,7%
2,1% 2,1% 1,4%
14,0%
0,7%
_
_
_
1,4%
21,0% 77,6% 79,7%
0,0%
39,2%
2,9% 42,8%
57,2%
0,0%
0,0%
0,0%
43,0%
57,0%
71,3%
0,0% 0,0% 0,0%
28,7%
38,5% 3,2%
48,4%
55,0%
45,1%
14,2%
57,1% 28,7%
_
_
_
57,9%
17,2%
19,3%
0,0% 100,0%
0,0%
0,0%
23,1%
0,0%
61,6%
7,6%
30,8%
0,0%
53,8%
46,2%
28,6%
16,3%
2,2%
47,9%
27,1%
20,8%
2,1%
81,2%
18,8%
4,0%
12,0%
4,0%
56,0%
16,0%
24,0%
0,0%
84,0%
16,0%
0,0%
100,0%
0,0%
0,0%
74,7%
25,3%
0,0%
52,9%
29,5%
0,0%
11,8%
0,0%
11,8%
29,4%
18,3%
21,9%
9,8%
2,8%
14,7%
0,0%
14,2%
0,0%
0,0%
2,2% 28,0%
16,1%
24,7%
8,6%
7,0% 16,2% 5,6%
2,8%
17,6%
3,5%
44,4%
45,4%
37,6%
32,9% 35,4%
57,1%
5,6%
30,5%
47,6%
42,9%
0,0%
58,9%
0,0%
94,2%
5,8%
22,2%
19,5%
2,5%
65,4%
9,9%
22,2%
0,0%
77,8%
35,0%
4,9% 58,0%
21,7%
14,0%
1,4%
72,0%
28,0%
42,9%
0,0%
42,8%
14,4%
42,8%
0,0%
85,9%
14,1%
21,5%
6,6%
59,3%
13,2%
20,9%
0,0%
69,6%
30,4%
31,7%
1,4% 57,0%
21,8%
18,3%
1,4%
78,9%
21,1%
59,6%
17,0%
17,7%
0,7%
71,3%
28,7%
76,3%
23,7%
39,8%
2,1%
6,5%
38,7%
1,1% 11,8% 1,1%
28,0% 19,4%
0,0%
67,7% 32,3%
_
_
_
38,7% 31,2%
12,1% 83,6%
0,7%
1,4%
2,1% 57,6%
42,4% 73,2%
3,5% 1,4% 2,1%
14,8%
4,9%
11,3%
10,6% 78,2%
_
_
_
71,1%
Limpia
58,3%
0,7% 90,6%
0,0%
2,2%
6,5% 73,9%
26,1% 100,0%
0,0% 0,0% 0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
19,2% 80,8%
2,8%
25,5% 71,6%
_
_
_
_
4,3%
12,8%
0,0%
46,2%
0,0%
0,0%
62,1%
74,3% 25,7%
_
_
_
_
23,1%
23,1%
12,8%
33,3%
7,7%
2,6%
69,2%
10,3%
17,9%
0,0%
41,1%
Dura
11,6% 60,7%
32,1%
3,6%
3,6%
0,0%
Frágil
14,1% 0,0%
44,1%
55,9%
0,0%
0,0%
50,0%
50,0%
0,0%
Altamente continua
8,3% 20,0%
40,0%
40,0%
0,0%
0,0%
45,0%
55,0%
Muy continua
5,3% 38,4%
0,0%
61,6%
0,0%
0,0%
61,6%
38,4%
19,8% 19,1%
46,8%
34,1%
0,0%
0,0%
43,8%
56,3%
2,2%
2,2%
8,7% 53,4%
Poco continua
Muy poco continua
Muy juntas
Juntas
Espaciamiento Moderadamente Espaciadas
38,4%
0,0% 87,0%
37,9%
15,4% 28,2% 7,7%
33,3% 15,4%
5,2%
74,3% 20,5%
0,0%
0,0% 100,0% 14,3%
0,0% 7,2% 3,5%
57,1% 17,9%
53,6%
14,3% 32,2%
10,7%
7,2% 82,1%
_
_
_
_
3,5%
32,2%
14,3%
28,6%
21,4%
0,0%
28,6%
28,6%
39,3%
3,6% 100,0%
0,0% 0,0% 0,0%
58,8% 41,2%
0,0%
64,7% 35,3%
0,0%
76,4% 23,6%
_
_
_
_
11,7%
35,3%
11,8%
23,6%
17,7%
3,0%
57,6%
24,3%
15,2%
0,0%
70,6%
30,0%
0,0% 20,0% 0,0%
25,0% 25,0%
5,0%
75,1% 20,0%
5,0%
75,1% 20,0%
5,0% 20,0%
_
_
_
_
_
0,0%
60,0%
30,0%
10,0%
0,0%
47,3%
52,7%
7,6%
0,0% 0,0% 0,0%
46,2% 46,2%
38,6%
61,6%
0,0%
0,0%
61,6% 38,4%
0,0% 38,6% 30,7% 30,7%
_
_
_
_
_
0,0%
46,2%
23,0%
30,8%
0,0% 100,0%
29,2%
41,7%
0,0% 4,2% 0,0%
33,3% 20,8%
18,7%
37,5% 43,8%
0,0%
47,9% 52,1%
37,5% 18,7% 18,8% 25,0%
46,6% 68,8%
6,5% 4,3% 4,3%
15,1%
0,0%
26,9% 73,1%
3,2%
29,0% 67,7% 68,8%
29,4% 66,2%
1,1%
82,4%
5,9%
3,0%
1,5%
70,6%
29,4%
79,4%
0,0% 4,4% 0,0%
11,8%
4,4%
3,0%
23,5% 73,5%
4,4%
0,8% 0,0%
50,0%
0,0% 50,0%
0,0%
50,0%
50,0%
50,0%
0,0% 0,0% 0,0%
50,0%
0,0%
0,0%
0,0% 100,0%
0,0%
3,7% 0,0%
0,0%
77,7%
89,0%
11,0%
3,7% 73,7%
5,0%
0,0%
28,2% 7,3%
57,3%
0,0%
0,0% 100,0%
58,7%
16,1% 12,8%
29,0%
0,0% 100,0%
Plana
Blanda
0,0%
33,4%
55,8%
_
0,0% 0,0% 0,0%
66,6%
6,1%
28,9%
_
0,0% 100,0%
0,0%
1,0%
75,2%
Brecha
86,6%
17,4%
19,2%
6,3% 71,1%
Cuarzo
82,6%
Con Flujo
21,7%
0,0%
5,4% 23,2%
Seco
0,0% 60,8%
2,1%
Arcilla
Flujo
Moderadamente
Muy
Espaciadas
Espaciadas
Espaciadas
0,0%
0,0%
24,9%
Juntas
33,7%
0,0%
2,5% 0,0% 100,0%
Muy
Juntas
21,7%
0,0%
Superficie Manchada
Continuidad Moderadamente continua
Flujo
_
_
3,8%
Escalonada
Consistencia
15,8%
_
_
Bandeamiento
Lisa
Forma
9,6%
69,2%
Relleno
Abertura
Falla Diaclasa Cizalladura Fisura Bandeamiento Cerrada Abierta Limpia
Fisura
Limpia
Relleno
Existencia
30,0% 45,0%
77,9%
0,0% 100,0% 50,0%
22,3%
0,0%
78,0%
0,0% 0,0% 0,0%
11,0% 11,0%
0,0%
22,3% 77,8%
0,0%
75,1% 24,9%
19,7%
2,2%
0,7% 56,4%
43,6% 60,9%
4,4% 5,8% 2,2%
16,7% 10,2%
1,5%
38,4% 60,2%
2,2%
39,1% 58,7% 60,9%
0,0%
29,4%
_
_
_
_
_
4,3%
51,1%
12,8%
29,8%
2,1%
70,8%
0,0%
14,0%
8,6% 8,6%
_
_
_
_
_
6,5%
72,0%
14,0%
7,5%
0,0%
82,8%
28,0%
4,4%
8,8% 8,8%
_
_
_
_
_
1,5%
42,6%
23,6%
30,9%
0,0% 50,0% 0,0%
78,0% 11,0%
19,6%
0,0%
0,0%
50,0%
50,0%
0,0% 11,0%
0,0%
0,0%
22,3%
11,0%
5,8% 13,8%
8,7%
4,4%
17,4%
21,0%
0,0%
66,8%
48,6%
_
_
_
_
1,5%
_
72,0%
17,2%
100,0%
39,6%
_
_
_
_
_
66,7%
33,3%
_
_
_
_
_
81,9%
18,1%
27,9%
Espaciadas
19,9% 27,7%
61,7%
8,5%
0,0%
2,2%
50,0%
50,0%
58,3%
0,0% 8,3% 0,0%
20,8% 12,5%
20,8%
37,5% 41,7%
6,3%
39,6% 54,2%
52,1% 14,6% 22,9% 10,5%
4,2%
8,3%
29,2%
43,8%
14,6%
_
_
_
_
_
60,4%
Muy espaciadas
18,3% 11,4%
79,6%
9,1%
0,0%
0,0%
55,6%
44,4%
56,8%
0,0% 2,3% 2,3%
29,5%
9,2%
11,3%
18,2% 70,5%
2,3%
27,3% 70,4%
54,6%
9,1% 18,2% 18,2%
13,6%
6,8%
13,6%
36,4%
29,6%
_
_
_
_
_
72,1%
18,3%
2,2%
3,3% 62,7%
37,3% 57,7%
3,3% 3,8% 2,2%
21,4% 11,5%
8,8%
34,6% 56,6%
3,3%
35,2% 61,5% 55,5%
15,9% 15,4% 13,2%
4,9%
18,7%
7,1%
26,9%
3,3%
62,4%
17,1%
16,0%
1,1%
_
_
8,5%
0,0%
5,1%
64,4%
0,0% 10,2% 0,0%
15,2%
1,7%
30,5% 67,8%
1,7%
47,5% 50,9%
17,0%
23,7%
0,0%
32,2%
5,1%
42,4%
20,3%
32,2%
0,0%
_
_
Seco
Con flujo
75,5%
10,6% 65,6%
24,5% 6,8%
79,7%
35,6%
67,8%
6,8%
67,8% 15,2%
0,0% 17,0%
42,3%
27,1%
0,0%
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
Falla
Diaclasa
Cizalladura
Fisura
Bandeamiento
Cerrada
Abierta
Limpia
Superficie Manchada
Arcilla
Cuarzo
Brecha
Otros
Rugosa
Irregular
Lisa
Escalonada
Ondulada
Plana
Limpia
Blanda
Dura
Frágil
Altamente continua
Muy continua
Moderadamente continua
Poco continua
Muy poco continua
Muy juntas
Juntas
Moderadamente Espaciadas
Espaciadas
Muy espaciadas
Seco
Con flujo
9,6%
69,2%
15,8%
1,7%
3,8%
56,1%
43,9%
59,9%
2,5%
5,4%
20,3%
10,3%
1,6%
7,0%
33,9%
59,1%
2,9%
38,5%
58,7%
58,3%
16,1%
11,6%
14,1%
8,3%
5,3%
19,8%
38,4%
28,2%
0,8%
3,7%
57,3%
19,9%
18,3%
75,5%
24,5%
0%
2
0
Tipo
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
10%
Abertura
Relleno
20%
30%
Rugosidad
40%
Forma
50%
60%
Consistencia
70%
80%
Continuidad
90%
100%
Espaciamiento
Flujo
1
Figura 5.1. Distribución porcentual de las características de las
discontinuidades de la margen izquierda de fundación de Porce II
•
El 59.9% de las discontinuidades se encontraron limpias, el 2.5%
presentan superficie manchada y sólo el 37.6% de las discontinuidades
presentan relleno y aunque en superficie es común encontrar las
discontinuidades rellenas de arcilla (Merrit, 1972), en el caso evaluado el
tipo de relleno, predominantemente es cuarzo (20.3%), seguida del
relleno denominado para este trabajo como brecha (10.3%), el cual
consiste en una mezcla de arcilla blanda, cuarzo y roca triturada y sólo el
5.45%
se
encuentran
rellenas
de
arcilla.
Esporádicamente
las
discontinuidades pueden estar rellenas de otros materiales como son los
óxidos de manganeso y óxidos de hierro (1.6%).
•
El análisis de la consistencia del relleno va a estar condicionada por las
propiedades del tipo de relleno, y teniendo en cuenta los tipos
predominantes
consecuente
de
relleno
encontrar
mencionados
que
la
anteriormente,
consistencia
del
es
relleno
muy
es
61
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
predominantemente blanda (16.1%) y frágil (14.1%), por estar asociada a
los rellenos de cuarzo fracturado, arcilla y brecha.
•
La evaluación de la rugosidad de las paredes de las discontinuidades,
determinó que el 59.1% son lisas, y predominantemente de forma plana,
lo que indica una condición favorable para la migración de agua a través
de éstas, pues el flujo de agua no estaría condicionado por la tortuosidad
del medio.
•
La continuidad fue evaluada con base en la propuesta de la “Sociedad
Internacional de Mecánica de Túneles” (tabla 5.3), con la cual se
determinó que la discontinuidades poco continuas (28.2%) y muy poco
continuas (38.4%) son las predominantes, de manera que es de
esperarse que la red de flujo que se establece a través de macizo rocoso
no defina una trayectoria recta totalmente, sino que se den cambios
frecuentes en al dirección de migración del flujo. El espaciamiento fue
clasificado según la propuesta de Deere (1974) (tabla 5.4). El
espaciamiento condiciona la frecuencia de las discontinuidades, de
manera que a menor espaciamiento, mayor caudal de infiltración;
teniendo en cuenta esto, el análisis del espaciamiento de las
discontinuidades
moderadamente
califica al 57.3% de las discontinuidades como
espaciadas,
lo
que
implica
una
frecuencia
de
discontinuidades moderada con un espaciamiento promedio entre 0,3 a 1
m.
62
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
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COLOMBIA
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ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
Tabla 5.3 Categorías de clasificación de la continuidad de una
discontinuidad.
Continuidad en metros
Muy poco continua
Poco continua
Moderada continua
Altamente continua
<1
1-3
3 - 10
10 - 20
Muy continua
> 20
Tabla 5.4. Categorías de clasificación del espaciamiento entre
discontinuidades.
Espaciamiento en metros
•
Muy espaciadas
Espaciadas
Moderadamente espaciadas
Juntas
>3
1-3
0,3 - 1
0,05 - 0,3
Muy juntas
< 0,05
El análisis estadístico determinó que el 24.5 % de las discontinuidades
presentan infiltración, por lo tanto, con base en las observaciones de
campo estas discontinuidades fueron asociadas a la parte media del
estribo izquierdo y que en su mayoría son discontinuidades de tipo
diaclasa.
Los análisis estadísticos categóricos cruzados, permitieron reconocer las
características asociadas a cada tipo de discontinuidad, como se describe a
continuación:
•
El 100% de las discontinuidades de tipo falla, son abiertas, rellenas
preferencialmente de cuarzo (34.8%) y brecha (30.5%), de consistencia
dura (73.9%), de forma plana (73.9%), con paredes rugosas (73.9%), de
continuidad moderada (39.1%), espaciadas (56.6%) y secas (82.6%)
(figura 5.2).
•
El 40.4% de las discontinuidades de tipo diaclasa son abiertas, se
encuentran rellenas preferencialmente de cuarzo (12.7%) y arcilla (5.4%)
63
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
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SEDE MEDELLÍN
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
de consistencia frágil y dura; el 76.5% del total de diaclasas son lisas y el
70.5% es de forma plana, lo que favorece la conductividad hidráulica; la
continuidad de las discontinuidades tipo diaclasa es muy variable, siendo
más frecuente encontrar discontinuidades poco continuas (48.21%), es
decir con trazos entre 1 – 3 m, el espaciamiento registrado fue
preferencialmente entre 0.05 y 0.3m, es decir diaclasas juntas (60.8%), el
71.5% fueron caracterizadas sin flujo de agua (figura 4.3).
Cerrada
0,0%
100,0%
Abierta
Limpia
Superficie manchada
Arcilla
Otros
21,7%
0,0%
13,1%
0,0%
34,8%
30,5%
Cuarzo
Brecha
73,9%
Rugosa
21,7%
Irregular
4,4%
Lisa
13,1%
13,1%
Escalonada
Ondulada
73,9%
Plana
4,4%
Limpia
21,7%
Blanda
Dura
Frágil
73,9%
0,0%
17,4%
Altamente Continua
39,1%
Muy Continua
Moderadamente continua
Poco Continua
Muy Poco Continua
Muy Juntas
21,7%
0,0%
21,7%
0,0%
21,7%
21,7%
Juntas
Moderadamente Espaciadas
Espaciadas
Muy Espaciadas
56,6%
0,0%
82,6%
Seco
17,4%
Con Flujo
0%
Abertura
Relleno
10%
Rugosidad
20%
Forma
30%
40%
Consistencia
50%
60%
Continuidad
70%
Espaciamiento
80%
90%
100%
Flujo de Agua
Figura 5.2. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo falla.
64
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
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COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
59,6%
Cerrada
40,4%
Abierta
75,9%
Limpia
3,6%
5,4%
2,4%
Superficie manchada
Arcilla
Otros
12,7%
Cuarzo
0,0%
Rugosa 0,0%
Brecha
23,5%
Irregular
76,5%
Lisa
2,4%
Escalonada
27,1%
Ondulada
70,5%
Plana
75,9%
Limpia
9,6%
Blanda
5,4%
9,0%
4,8%
Dura
Frágil
Altamente Continua
Muy Continua
Moderadamente continua
13,3%
0,0%
48,2%
Poco Continua
Muy Poco Continua
Muy Juntas
33,7%
0,0%
60,8%
Juntas
21,1%
17,5%
Moderadamente Espaciadas
Espaciadas
Muy Espaciadas
0,6%
71,5%
Seco
28,5%
Con Flujo
0%
Abertura
Relleno
10%
Rugosidad
20%
Forma
30%
40%
Consistencia
50%
60%
Continuidad
70%
Espaciamiento
80%
90%
100%
Flujo de Agua
2
0
1
Figura 5.3. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo diaclasa.
•
Del 15.8% de discontinuidades tipo zona de cizalladura, el 26.4% son
abiertas y presentan en su mayoría rellenos de cuarzo (50%) y brecha
(44.7%), de consistencia frágil y blanda, su rugosidad como es
característico de una zona de cizalladura es preferiblemente irregular
(89.5%) y su forma es ondulada (97.4%), este tipo de discontinuidad es
muy continua (42.1%), es decir que presenta trazos mayores a los 20 m y
su espaciamiento varía generalmente entre 0.05 y 0.3 m (73.0%), el
86.6% de las zonas de cizalladura se encontraron secas (figura 5.4).
65
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
73,7%
Cerrada
Abierta
Limpia
Superficie manchada
Arcilla
Otros
26,4%
0,0%
0,0%
5,3%
0,0%
50,0%
Cuarzo
Brecha
Rugosa
44,7%
0,0%
89,5%
Irregular
Lisa
Escalonada
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
10,5%
0,0%
97,4%
Ondulada
2,6%
Limpia 0,0%
Plana
Blanda
47,4%
2,6%
Dura
50,0%
Frágil
21,0%
Altamente Continua
42,1%
Muy Continua
21,0%
Moderadamente continua
5,2%
Poco Continua
10,6%
Muy Poco Continua
5,4%
Muy Juntas
73,0%
Juntas
10,8%
10,8%
Moderadamente Espaciadas
Espaciadas
Muy Espaciadas
0,0%
86,6%
Seco
13,4%
Con Flujo
0%
Abertura
Relleno
10%
Rugosidad
20%
Forma
30%
40%
Consistencia
50%
60%
Continuidad
70%
Espaciamiento
80%
90%
100%
Flujo de Agua
2
0
1
Figura 5.4. Distribución Categórica porcentual de las discontinuidades tipo
Zona de Cizalladura.
•
Las discontinuidades tipo fisura son las menos frecuentes en el macizo
rocosos de Porce II, de éstas, el 100% están abiertas, 50% limpias y 50%
rellenas de cuarzo de consistencia dura, son lisas (50.3%) e irregulares
(49.7%) y de forma plana a ondulada, muy poco continuas (50.3%) a poco
continuas (49.7%), juntas (75%) y no presentan flujo de agua (figura
5.5).
•
De las discontinuidades tipo planos de bandeamiento, el 22.2% se
encuentra abierto, son preferencialmente lisas (88.8%) y de forma
ondulada (66.7%),
su continuidad es muy poca (< 1m) y su
espaciamiento es pequeño ( 0.3 -1m), el 33.4% se asocio a flujo de agua
(figura 5.6)
66
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
Cerrada
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
0,0%
100,0%
Abierta
50,0%
Limpia
0,0%
0,0%
Otros 0,0%
Superficie manchada
Arcilla
50,0%
Cuarzo
0,0%
Rugosa 0,0%
Brecha
49,7%
50,3%
Irregular
Lisa
Escalonada
0,0%
49,7%
50,3%
Ondulada
Plana
Limpia
Blanda
74,9%
0,0%
25,2%
Dura
0,0%
Altamente Continua 0,0%
Muy Continua 0,0%
0,0%
Moderadamente continua
Frágil
49,7%
50,3%
Poco Continua
Muy Poco Continua
Muy Juntas
0,0%
75,0%
Juntas
Moderadamente Espaciadas
Espaciadas
Muy Espaciadas
Seco
Con Flujo
25,0%
0,0%
0,0%
100,0%
0,0%
0%
Abertura
Relleno
10%
20%
Rugosidad
30%
Forma
40%
Consistencia
50%
60%
Continuidad
70%
Espaciamiento
80%
90%
100%
Flujo de Agua
2
Figura 5.5. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo fisura.
77,8%
Cerrada
22,2%
Abierta
Limpia
Superficie manchada
Arcilla
Otros
Cuarzo
Brecha
Rugosa
100,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
11,2%
Irregular
Lisa
Escalonada
88,8%
0,0%
66,7%
Ondulada
33,3%
Plana
Limpia
Blanda
Dura
Frágil
Altamente Continua
Muy Continua
Moderadamente continua
100,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
88,8%
Poco Continua
11,2%
Muy Poco Continua
77,7%
Muy Juntas
Juntas
Moderadamente Espaciadas
Espaciadas
Muy Espaciadas
11,1%
0,0%
11,1%
0,0%
66,6%
Seco
33,4%
Con Flujo
0%
Abertura
Relleno
10%
Rugosidad
20%
Forma
30%
40%
Consistencia
50%
60%
Continuidad
70%
Espaciamiento
80%
90%
100%
Flujo de Agua
2
Figura 5.6. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo
bandeamiento.
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
67
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
5.3
ANÁLISIS
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
ESTADÍSTICO
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
CATEGÓRICO
DE
LAS
DISCONTINUIDADES CON FLUJO DE AGUA.
El análisis sectorizado del macizo rocoso, con respecto a las condiciones de
flujo de las discontinuidades, mostró claramente en campo, que la base del
estribo izquierdo, es decir la parte de la fundación comprendida entre el eje
del vertedero y la cota 850.30 msnm (galería intermedia) a pesar de estar
sometida a una alta cabeza de presión, por ser la parte más profunda del
valle, no presenta flujo de agua a través de las discontinuidades, mientras
que la parte media de la ladera, es decir la zona comprendida desde la cota
850.30 msnm hasta la 920 msnm, si presenta claros indicios de flujo a través
de las discontinuidades; así mismo la evaluación de la roca en la parte
superior a la presa, la cual no está sometida a la presión de agua del
embalse, se presenta seca. Por lo tanto, teniendo en cuenta lo anterior y
analizando que el 24.5% del total de las discontinuidades presentan flujo de
agua, se pudo determinar a partir de un análisis estadístico de las
discontinuidades caracterizadas con flujo, cúal es la asociación más común
entre el tipo de discontinuidad con flujo de agua y las demás características
del macizo rocoso de Porce II; de igual manera se
corroboro
estadísticamente la categorización del potencial de conductividad de cada
tipo de discontinuidad, expresada anteriormente. Es así como a partir de la
tabla 5.5 y la figura 5.7, se obtuvieron las siguientes observaciones:
•
Las discontinuidades tipo fisura, no fueron reportadas con flujo de agua,
esto se debe posiblemente a su baja frecuencia, su poca continuidad y a
que no presentan patrones claros de orientación.
•
El tipo predominante de discontinuidades con flujo de agua son las
diaclasas, con un porcentaje del 80.0%.
68
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
6,8%
Falla
79,7%
Diaclasa
8,5%
5,1%
Cizalladura
Bandeamiento
35,6%
Cerrada
64,4%
67,8%
Abierta
Limpia
10,2%
Arcilla
15,3%
Cuarzo
6,8%
Brecha
Rugosa
1,7%
30,5%
Irregular
67,8%
Lisa
Escalonada
1,7%
47,5%
50,9%
Ondulada
Plana
67,8%
Limpia
15,3%
17,0%
17,0%
Blanda
Frágil
Altamente continua
23,7%
Moderadamente continua
32,2%
27,1%
31,7%
Poco continua
Muy poco continua
Espaciadas
41,7%
Juntas
21,7%
Moder. Espaciadas
Muy Juntas
0%
2
0
Tipo
Abertura
5,0%
10%
20%
Relleno
30%
Rugosidad
40%
Forma
50%
60%
Consistencia
70%
80%
Continuidad
90%
100%
Espaciamiento
1
Figura 5.7. Distribución porcentual de las características de las
discontinuidades que presentan flujo.
•
El
64.4% de las discontinuidades con flujo de agua se encuentran
abiertas, lo que indica que muchas de las discontinuidades caracterizadas
en este trabajo como cerradas por tener una abertura muy pequeña para
ser evaluada sin herramientas en campo, en algunas ocasiones
presentan flujo de agua.
•
El 67.8% de las discontinuidades se encontraron limpias, el 15.3%
presentan relleno de cuarzo, el 10.2% patinas de arcilla y el 6.8% brecha.
La notable diferencia del aumento en un 50% del relleno de arcilla en las
discontinuidades con flujo con respecto al análisis general expuesto
anteriormente, permite definir que las patinas de arcilla no condicionan la
permeabilidad del medio por lo tanto son favorable para permitir el flujo a
diferencia de los demás rellenos encontrados.
69
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
Tabla 5.5. Resultados del análisis estadísticos de las características de las
discontinuidades con flujo, evaluadas en este trabajo
Falla
Diaclasa
Tipo
Cizalladur
a
Existencia
6,7%
80,0%
8,3%
5,0%
Cerrada
Abierta
35,6%
64,4%
0,0%
100,0%
39,6%
60,4%
20,0%
80,0%
66,6%
33,4%
Limpia
Arcilla
Cuarzo
67,8%
10,2%
15,3%
0,0%
75,0%
0,0%
77,1%
4,2%
18,8%
0,0%
20,0%
20,0%
100,0%
0,0%
0,0%
Brecha
6,8%
25,0%
0,0%
60,0%
0,0%
Rugosidad
Rugosa
Irregular
1,7%
30,5%
25,0%
75,0%
0,0%
27,1%
0,0%
60,0%
0,0%
0,0%
Lisa
67,8%
0,0%
72,9%
40,0%
100,0%
Forma
Escalonada
Ondulada
1,7%
47,5%
0,0%
75,0%
2,1%
39,6%
0,0%
100,0%
0,0%
66,6%
Plana
50,9%
25,0%
58,3%
0,0%
33,4%
Limpia
Blanda
67,8%
15,3%
0,0%
100,0%
77,1%
6,3%
0,0%
60,0%
100,0%
0,0%
Frágil
Altamente
continua
Moderadame
nte continua
Poco
continua
Muy poco
continua
17,0%
0,0%
16,7%
40,0%
0,0%
17,0%
75,0%
12,5%
40,0%
0,0%
23,7%
25,0%
22,9%
40,0%
0,0%
32,2%
0,0%
27,1%
0,0%
100,0%
27,1%
0,0%
37,5%
20,0%
0,0%
Espaciadas
Juntas
Moderadame
nte
Espaciadas
31,7%
41,7%
25,0%
75,0%
37,5%
35,4%
0,0%
100,0%
0,0%
0,0%
21,7%
0,0%
27,1%
0,0%
0,0%
Muy Juntas
5,0%
0,0%
0,0%
0,0%
100,0%
Flujo
100,0%
100,0%
100,0%
100,0%
100,0%
Característica
Abertura
Relleno
Consistencia
Continuidad
Espaciamient
o
Flujo
•
Bandeamient
o
Al igual que en el análisis estadístico general, la consistencia del relleno
es predominantemente blanda y frágil, asociada al relleno de cuarzo
fracturado y arcilla.
•
La rugosidad de tipo lisa (67.8%) y la forma plana (50.9%), es la más
asociada a las discontinuidades con flujo de agua.
70
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
•
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
Las discontinuidades asociadas a flujo de agua son generalmente poco
continuas y espaciadas, lo que corrobora la hipótesis planteada a partir
del análisis estadístico general, donde de plantea que la migración de
flujo a través del macizo rocoso no presenta un trayectoria lineal.
•
Los resultados estadísticos, permitieron diferenciar los porcentajes
estadísticos
de
las
características
asociadas
a
cada
tipo
de
discontinuidad, obteniendo los siguientes enunciados:
•
El tipo predominante de discontinuidades con flujo, son las diaclasas
(79.7%) usualmente sin relleno (77.1%), o rellenas de cuarzo (18.8%) o
arcilla (4.2%), de forma plana (58.3%) y predominantemente lisas
(72.9%), muy poco continuas (37.5%) y espaciadas (37.5%) (figura 5.8).
39.6%
Cerrada
60.4%
Abierta
77.1%
Limpia
4.2%
Arcilla
18.8%
Cuarzo
Brecha
0.0%
Rugosa
0.0%
27.1%
Irregular
72.9%
Lisa
Escalonada
2.1%
39.6%
Ondulada
58.3%
Plana
77.1%
Limpia
6.3%
Blanda
16.7%
Frágil
12.5%
Altamente continua
22.9%
Moderadamente continua
27.1%
Poco continua
37.5%
Muy poco continua
37.5%
Espaciadas
35.4%
Juntas
27.1%
Moder. Espaciadas
Muy Juntas 0.0%
0%
Abertura
10%
Relleno
20%
30%
Rugosidad
Forma
40%
50%
60%
Consistencia
70%
Continuidad
80%
90%
100%
Espaciamiento
Figura 5.8. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo diaclasa que
presentan flujo.
•
El 8.5% de las discontinuidades asociadas a flujo de agua, son las zonas
de
cizalladura,
que
estadísticamente
presentan
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
una
tendencia
71
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COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
preferencial a ser abiertas (80%), rellenas de brecha (60%) y arcilla (20%)
de consistencia blanda (60%) y cuarzo (20%) de consistencia frágil (40%),
de rugosidad irregular (60%), siempre de forma ondulada (100%), con
trazos altamente continuos (40%) a moderadamente continuos (40%),
juntos (100%) (figura 5.9).
20.0%
Cerrada
80.0%
Abierta
Limpia
0.0%
Arcilla
20.0%
Cuarzo
20.0%
60.0%
Brecha
Rugosa
0.0%
60.0%
Irregular
40.0%
Lisa
Escalonada
0.0%
100.0%
Ondulada
Plana
0.0%
Limpia
0.0%
60.0%
Blanda
Frágil
40.0%
Altamente continua
40.0%
40.0%
Moderadamente continua
Poco continua
0.0%
20.0%
Muy poco continua
Espaciadas
0.0%
100.0%
Juntas
Moder. Espaciadas
0.0%
Muy Juntas
0.0%
0%
Abertura
10%
Relleno
20%
Rugosidad
30%
Forma
40%
50%
Consistencia
60%
70%
Continuidad
80%
90%
100%
Espaciamiento
Figura 5.9. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo zona de
cizalladura que presentan flujo.
•
Las discontinuidades tipo falla representan 6.8% de las discontinuidades
asociadas a flujo de agua, las cuales siempre se caracterizaron abiertas,
rellenas de arcilla (75%) y brecha (25%) de consistencia blanda (100%),
materiales que son característicos de una zona de falla, su forma es
usualmente ondulada (75%), las paredes de la discontinuidad son
preferencialmente irregulares (75%), de trazos altamente continuos (75%)
y juntos (75%) (figura 5.10).
72
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
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COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
Cerrada
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
0.0%
100.0%
Abierta
Limpia 0.0%
75.0%
Arcilla
Cuarzo
0.0%
Brecha
25.0%
Rugosa
25.0%
75.0%
Irregular
Lisa
0.0%
Escalonada
0.0%
75.0%
Ondulada
25.0%
Plana
Limpia
0.0%
100.0%
Blanda
Frágil
0.0%
75.0%
Altamente continua
25.0%
Moderadamente continua
Poco continua
0.0%
Muy poco continua
0.0%
25.0%
Espaciadas
75.0%
Juntas
Moder. Espaciadas
0.0%
Muy Juntas
0.0%
0%
Abertura
10%
Relleno
20%
Rugosidad
30%
Forma
40%
50%
Consistencia
60%
70%
Continuidad
80%
90%
100%
Espaciamiento
1
Figura 5.10. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo falla que
presentan flujo.
•
Las discontinuidades tipo bandeamiento son las menos asociadas a
filtraciones (5.1%), este tipo de discontinuidad se encontró usualmente
cerrada (66.6%), sin relleno, lisas (100%), predominantemente onduladas
(66.6%), poco continuas (100%) y muy juntas (100%) (figura 5.11).
73
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
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ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
66.6%
Cerrada
33.4%
Abierta
100.0%
Limpia
Arcilla
0.0%
Cuarzo
0.0%
Brecha
0.0%
Rugosa
0.0%
Irregular
0.0%
100.0%
Lisa
Escalonada 0.0%
66.6%
Ondulada
33.4%
Plana
100.0%
Limpia
Blanda
0.0%
Frágil
0.0%
Altamente continua
0.0%
Moderadamente continua
0.0%
100.0%
Poco continua
Muy poco continua
0.0%
Espaciadas
0.0%
Juntas
0.0%
Moder. Espaciadas
0.0%
100.0%
Muy Juntas
0%
Abertura
10%
Relleno
20%
Rugosidad
30%
Forma
40%
50%
Consistencia
60%
70%
Continuidad
80%
90%
100%
Espaciamiento
1
Figura 5.11. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo
bandeamiento que presentan flujo.
5.4
CARACTERIZACIÓN
ESTADÍSTICA
DE
LOS
NÚCLEOS
DE
PERFORACIÓN.
A partir de la descripción de los núcleos de roca recuperados de las
perforaciones ejecutadas para la instalación de la instrumentación adicional
de este proyecto de investigación (tabla 5.6), se realizó un análisis
estadístico categórico multivariado (figura 5.12 y tabla 5.7), el cual permitió
reconocer las principales características de las discontinuidades de los cinco
primeros metros de profundidad del macizo rocoso de Porce II, y obtener
datos muy consecuentes con respecto a los anteriores análisis.
74
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
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COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
Tabla 5.6. Profundidad de cada una de las perforaciones ejecutadas para la
instalación de los piezómetros de tubo abierto.
Perforación. Código
Profundidad
RQD %
del piezómetro instalado en metros
Localización
Galería 850,3
Galería 889,3
Exterior
PNF - 9
3,74
PNF-10
4,488
PNF-11
4,661
PNF-12
4,704
PNF-13
4,96
PNF-14
4,024
PNF-15
3,954
PNF-16
6,163
45
55
65
50
70
80
75
70
6.86%
Falla
72.55%
Diaclasa
19.85%
Fisura
Bandeamiento
0.74%
78.61%
Abierta
21.39%
Cerrada
Limpia
16.00%
24.00%
Sup. Manchada
Arcilla
21.60%
5.60%
Otros
32.80%
Cuarzo
6.25%
Rugosa
30.73%
Irregular
Lisa
63.02%
16.26%
Escalonada
Ondulada
Plana
28.81%
54.93%
21.90%
Blanda
Dura
12.75%
7.19%
Frágil
1.96%
Limpia
Moderadamente Frágil
Moderadamente. Fuerte
Muy Blanda
Muy Fuerte
Muy Rígida
Rígida
Muy alto
Alto
14.37%
22.55%
5.88%
1.96%
5.23%
6.21%
45.17%
1.69%
7.49%
Medio
Bajo
33.09%
12.56%
Muy bajo
Filtración
Indeterminado
42.55%
15.63%
41.82%
Seca
0%
Abertura
10%
20%
Relleno
30%
Rugosidad
40%
Forma
50%
60%
70%
Consistencia
RQD
80%
90%
100%
Flujo de Agua
2
Figura 5.12. Distribución porcentual de las discontinuidades caracterizadas
en los núcleos de roca.
75
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
Tabla 5.7. Resultado del análisis estadistico categórico multivariado de las características de las discontinuidades evaluadas en este trabajo por medio de núcleos de perforación.
Tipo
Abertura
Relleno
Rugosidad
Forma
Caracteristica
Existencia
Falla
Tipo
Diaclasa
Fisura
Bandeamiento
Abertura
Relleno
Cerrada
Limpia
Sup. Manchada Arcilla
Otros
Cuarzo
Rugosa
Irregular
Lisa
Consistencia
Escalonada Ondulada Plana
Blanda
Dura
Frágil
Limpia
Mod. Frágil Mod. Fuerte
RQD
Muy Blanda Muy Fuer Muy Rígida Rígida
Muy alto
Alto
Medio
Flujo
Bajo
Muy bajo
Flujo
Indeterminado Seca
53,6%
46,5%
14,3%
7,2%
14,3%
3,6%
60,7%
4,2%
12,4%
83,4%
32,1%
25,1%
42,8%
10,7%
14,3%
3,6%
7,1%
17,9%
28,6%
7,1%
7,1%
3,6%
0,0%
32,2%
0,0%
7,1%
60,7%
0,0%
25,1%
0,0%
75,1%
82,1%
17,9%
17,0%
24,2%
22,8%
5,8%
30,2%
5,8%
29,6%
64,6%
13,3%
20,1%
66,7%
25,8%
11,1%
8,0%
0,4%
10,7%
26,2%
4,0%
0,9%
6,2%
6,7%
46,9%
1,7%
7,5%
32,7%
11,2%
44,6%
15,2%
40,2%
34,6%
19,9%
80,3%
19,7%
10,8%
32,3%
20,0%
6,2%
30,8%
8,2%
39,7%
52,0%
20,5%
60,3%
19,2%
12,2%
20,4%
6,1%
4,1%
30,6%
4,1%
8,2%
4,1%
2,0%
8,2%
46,9%
2,5%
5,0%
23,5%
22,2%
45,7%
19,7%
0,7%
0,0%
100,0%
100,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
50,0%
0,0%
50,0%
0,0%
100,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
100,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
33,8%
0,0%
0,0%
66,2%
0,0%
33,8%
0,0%
66,2%
-
-
15,6%
28,2%
22,8%
4,6%
28,8%
6,1%
31,8%
62,1%
17,9%
26,5%
55,7%
23,9%
9,3%
7,3%
1,6%
16,2%
21,9%
6,9%
1,2%
5,7%
6,1%
44,6%
2,2%
8,3%
29,8%
15,1%
49,8%
19,9%
30,3%
84,3%
Cerrada
21,4% 15,3%
62,4%
18,8%
3,6%
-
-
17,8%
6,8%
16,4%
9,6%
49,3%
7,1%
25,7%
67,1%
9,9%
38,3%
51,8%
13,5%
27,1%
6,8%
3,4%
6,8%
25,4%
1,7%
5,1%
3,4%
6,8%
47,2%
0,0%
4,5%
44,9%
3,4%
15,8%
0,0%
Limpia
16,0%
6,8%
79,7%
11,9%
1,7%
78,3%
21,7%
_
_
_
_
_
18,2%
9,1%
72,7%
13,6%
16,9%
69,5%
6,2%
12,5% 10,4%
12,5%
25,0%
20,8%
2,1%
0,0%
6,3%
4,1%
64,4%
0,0%
1,7%
32,2%
1,7%
25,0%
10,0%
65,0%
Sup. Manchada
24,0%
2,2%
74,4%
23,3%
0,0%
94,5%
5,5%
_
_
_
_
_
3,4%
35,9%
60,7%
22,5%
34,8%
42,7%
34,9%
3,2%
7,9%
0,0%
7,9%
14,3%
6,4%
3,2%
11,2%
11,1%
34,8%
4,5%
14,6%
25,9%
20,2%
87,8%
0,0%
12,2%
Arcilla
21,6%
5,0%
78,8%
16,2%
0,0%
85,2%
14,8%
_
_
_
_
_
5,2%
33,8%
61,0%
16,1%
28,4%
55,5%
42,0%
8,7%
5,8%
0,0%
4,3%
15,9%
17,4%
0,0%
1,5%
4,3%
51,8%
1,3%
6,2%
30,8%
9,9%
35,8%
21,0%
43,2%
Otros
5,6%
4,8%
76,1%
19,1%
0,0%
66,6%
33,4%
_
_
_
_
_
0,0%
23,0%
77,0%
9,5%
28,6%
61,9%
9,5%
9,5%
4,8%
0,0%
28,6%
42,9%
0,0%
0,0%
4,8%
0,0%
23,8%
0,0%
14,2%
52,4%
9,6%
38,0%
19,1%
42,9%
14,0%
69,4%
16,5%
0,0%
70,7%
29,3%
_
_
_
_
_
4,5%
33,6%
61,8%
15,4%
28,5%
56,1%
10,5%
21,9%
6,7%
0,0%
17,1%
28,6%
0,9%
3,8%
3,8%
6,7%
46,3%
1,6%
4,1%
39,0%
8,9%
31,7%
16,3%
52,0%
78,6%
29,1%
4,2%
66,7%
32,8%
Rugosa
6,3%
4,2%
66,5%
25,1%
4,2%
79,2%
20,8%
45,5%
13,6%
18,1%
0,0%
22,8%
0,0%
41,7%
58,3%
5,9%
0,0%
5,9%
11,9%
23,5%
35,3%
0,0%
0,0%
5,9%
11,7%
43,5%
0,0%
8,6%
43,5%
4,3%
Irregular
30,7%
2,6%
71,9%
25,4%
0,0%
84,7%
15,3%
4,8%
31,1%
25,3%
2,9%
35,9%
20,3%
27,4%
52,2%
29,9%
9,1%
3,9%
1,3%
7,8%
23,4%
10,4%
1,3%
7,8%
5,2%
40,1%
5,7%
8,5%
29,7%
16,1%
8,4%
75,2%
16,0%
0,4%
80,6%
19,4%
18,3%
24,7%
21,5%
4,6%
31,0%
17,6%
29,0%
53,4%
22,9%
15,3%
8,7%
1,6%
14,8%
20,2%
5,5%
2,7%
3,8%
4,3%
46,5%
0,8%
7,9%
31,5%
13,3%
39,7%
15,3%
45,0%
Escalonada
16,3% 14,0%
61,0%
25,0%
0,0%
87,9%
12,1%
12,9%
32,3%
21,0%
3,2%
30,6%
0,0%
35,4%
64,6%
_
_
_
14,8%
21,3%
2,1%
2,1%
8,5%
14,9%
21,3%
0,0%
10,6%
4,3%
33,9%
0,0%
7,7%
27,7%
30,7%
44,0%
22,7%
33,3%
Ondulada
28,8%
6,2%
51,7%
41,2%
0,9%
73,5%
26,5%
9,5%
29,5%
21,9%
5,7%
33,3%
9,1%
28,2%
62,7%
_
_
_
20,9%
12,8%
9,3%
2,3%
23,3%
11,6%
3,5%
1,2%
5,8%
9,3%
47,0%
0,9%
9,4%
28,2%
14,5%
47,0%
13,7%
39,3%
5,4%
87,9%
6,7%
0,0%
81,2%
18,8%
19,9%
18,5%
21,8%
6,3%
33,5%
7,0%
29,5%
63,5%
_
_
_
23,8%
10,5%
7,6%
1,7%
11,6%
30,2%
2,9%
2,9%
3,5%
5,2%
47,3%
2,7%
5,9%
37,4%
6,8%
40,9%
14,8%
44,3%
63,0%
54,9%
53,4%
15,3%
31,3%
Blanda
21,9%
4,5%
86,6%
9,0%
0,0%
88,0%
11,9%
4,5%
32,9%
43,3%
3,0%
16,4%
1,5%
34,8%
63,7%
10,6%
27,3%
62,1%
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
41,8%
7,4%
10,5%
34,3%
6,0%
56,8%
16,4%
26,8%
Dura
12,8% 10,3%
64,1%
25,6%
0,0%
59,0%
41,0%
15,4%
5,2%
15,4%
5,1%
59,0%
0,0%
20,0%
80,0%
25,6%
28,2%
46,1%
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
28,2%
2,6%
0,0%
51,3%
18,0%
30,7%
25,6%
43,6%
Frágil
7,2%
4,5%
81,8%
13,6%
0,0%
81,8%
18,2%
22,7%
22,7%
18,2%
4,6%
31,8%
5,0%
15,0%
80,1%
4,6%
36,3%
59,1%
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
63,7%
0,0%
9,0%
18,2%
9,0%
27,3%
0,0%
72,7%
Limpia
2,0% 33,3%
16,7%
33,3%
16,7%
66,8%
33,2%
100,0%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
33,6%
16,6%
49,8%
16,8%
33,5%
49,7%
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
66,8%
0,0%
0,0%
33,2%
0,0%
0,0%
0,0%
100,0%
14,4% 11,4%
54,5%
34,1%
0,0%
90,9%
9,1%
27,3%
11,3%
6,9%
13,6%
40,9%
10,8%
16,2%
73,0%
9,1%
45,5%
45,5%
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
59,1%
0,0%
11,3%
29,6%
0,0%
40,9%
9,1%
50,0%
11,6%
85,5%
2,9%
0,0%
78,3%
21,7%
14,5%
13,0%
16,0%
13,0%
43,5%
9,9%
29,5%
60,6%
10,2%
14,5%
75,3%
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
43,5%
1,5%
7,2%
40,6%
7,3%
33,3%
7,2%
59,4%
Muy Blanda
5,9% 13,3%
60,0%
26,7%
0,0%
94,6%
5,6%
5,6%
22,1%
66,7%
0,0%
5,6%
0,0%
44,5%
55,5%
55,6%
16,6%
27,8%
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
27,7%
0,0%
16,7%
33,3%
22,3%
50,0%
44,4%
5,6%
Muy Fuerte
2,0% 33,3%
33,3%
33,3%
0,0%
50,0%
50,0%
0,0%
33,2%
0,0%
0,0%
66,8%
0,0%
16,6%
83,4%
0,0%
16,8%
83,2%
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
16,8%
0,0%
0,0%
83,2%
0,0%
33,2%
0,0%
66,8%
Muy Rígida
5,2%
6,3%
87,5%
6,3%
0,0%
87,6%
12,4%
18,7%
43,6%
6,3%
6,3%
25,0%
7,1%
42,8%
50,1%
31,2%
31,2%
37,5%
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
49,9%
0,0%
0,0%
43,8%
6,3%
56,4%
12,4%
31,2%
Rígida
6,2%
0,0%
78,9%
21,1%
0,0%
78,9%
21,1%
10,5%
36,9%
15,8%
0,0%
36,9%
14,3%
28,5%
57,2%
10,6%
42,1%
47,4%
_
_
_
_
_
_
_
_
_
_
31,6%
0,0%
10,6%
31,6%
26,2%
58,0%
10,5%
31,6%
4,8%
74,2%
20,4%
0,5%
77,5%
22,4%
22,0%
17,9%
24,3%
2,9%
32,9%
5,9%
27,7%
66,5%
12,1%
30,2%
57,7%
21,1%
8,3%
10,5%
3,0%
19,6%
22,5%
3,8%
0,8%
6,0%
4,5%
_
_
_
_
_
40,1%
8,5%
51,3%
Moderadamente Frágil
Moderadamente. Fuerte
22,6%
45,2%
Alto
1,7%
0,0%
71,5%
28,5%
0,0%
100,0%
0,0%
0,0%
56,9%
14,4%
0,0%
28,7%
0,0%
71,6%
28,4%
0,0%
14,0%
86,0%
71,2%
14,4%
0,0%
0,0%
0,0%
14,4%
0,0%
0,0%
0,0%
0,0%
_
_
_
_
_
100,0%
0,0%
0,0%
Medio
7,5%
7,1%
78,6%
14,3%
0,0%
87,0%
13,0%
3,7%
48,2%
18,5%
11,0%
18,5%
6,4%
32,3%
61,3%
17,3%
37,9%
44,8%
29,2%
0,0%
8,3%
0,0%
20,8%
20,8%
12,5%
0,0%
0,0%
8,3%
_
_
_
_
_
45,3%
6,4%
48,3%
Bajo
33,1% 12,7%
71,7%
14,2%
1,5%
70,8%
29,2%
15,1%
18,3%
19,8%
8,7%
38,1%
8,3%
28,9%
62,8%
13,4%
24,6%
61,9%
20,1%
17,6%
3,5%
1,7%
11,4%
24,6%
5,3%
4,4%
6,1%
5,3%
_
_
_
_
_
38,0%
21,2%
40,9%
Muy bajo
12,6%
0,0%
64,7%
35,3%
0,0%
91,4%
8,6%
2,5%
45,1%
20,0%
5,0%
27,5%
1,9%
36,5%
61,6%
38,5%
32,7%
28,8%
14,3%
25,0%
7,1%
0,0%
0,0%
17,8%
14,3%
0,0%
3,6%
17,8%
_
_
_
_
_
51,9%
34,6%
13,5%
4,0%
74,6%
20,9%
0,6%
92,1%
7,9%
8,8%
46,5%
17,1%
4,7%
22,9%
4,2%
38,0%
57,8%
16,6%
31,4%
52,0%
29,7%
9,4%
4,7%
0,0%
14,1%
18,0%
7,0%
1,6%
7,0%
8,6%
42,7%
4,0%
8,0%
30,0%
15,4%
_
_
_
Filtración
Flujo
6,9%
72,6%
Abierta
0,0%
Muy alto
RQD
Bandeamiento
20,1%
Plana
Consistencia
Fisura
75,2%
Lisa
Forma
Diaclasa
4,6%
Abierta
Cuarzo
Rugosidad
Falla
42,6%
Indeterminado
15,6%
0,0%
73,8%
26,2%
0,0%
100,0%
0,0%
12,8%
0,0%
36,2%
8,5%
42,5%
1,7%
32,2%
66,1%
23,4%
25,0%
51,6%
26,3%
23,8%
0,0%
0,0%
9,6%
11,9%
19,0%
0,0%
4,7%
4,7%
24,6%
0,0%
3,1%
44,6%
27,8%
_
_
_
Seca
41,8% 12,4%
70,0%
16,5%
1,2%
56,9%
43,1%
24,7%
7,0%
22,1%
5,7%
40,5%
9,9%
22,8%
67,3%
13,3%
27,5%
59,2%
13,2%
12,5% 11,8%
4,4%
16,1%
30,2%
0,7%
3,0%
3,7%
4,4%
55,2%
0,0%
8,6%
32,2%
4,0%
_
_
_
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
•
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
Los tipos de discontinuidad identificados en los núcleos de perforación
son de tipo diaclasa (72.55%), fisuras (19.95%), fallas (6.9%) y
bandeamiento (0.74%).
•
El 78.61% de las discontinuidades evaluadas se caracterizaron abiertas,
en las cuales predomina el relleno de cuarzo (32.80%), el 24% las
paredes de las discontinuidades se encuentran manchadas de colores
ocres claros a naranja asociadas a óxidos de hierro, también son
comunes los rellenos delgados de arcilla removible con el tacto (21.60%).
•
La forma de las discontinuidades caracterizadas en los núcleos de roca
es coherente con los datos obtenidos a partir de la caracterización de los
tranceptos, es decir forma plana (54.93%) y rugosidad lisa (63.02%).
•
El porcentaje de recuperación de la roca, representado por el índice RQD,
fue evaluado como muy alto en un 45.17% de la longitud total de roca
perforada con recuperación de núcleos,
y como bajo en el 33.09%
restante, lo cual indica que existe alta variación en el grado de
fracturamiento de la roca.
Con la finalidad de analizar si existe variación de las asociaciones entre el
tipo de discontinuidad y sus características evaluadas a partir de datos
levantados en superficie o datos obtenidos a partir de núcleos de perforación,
se obtuvieron las siguientes observaciones:
•
Las discontinuidades tipo diaclasa se presentan usualmente abiertas
82.10%, rellenas de cuarzo (30.23%) o arcilla (22.77%) o con su
superficie manchada (24.22%), la consistencia de estos rellenos es
moderadamente fuerte (26.22%) y blanda (25.77%), la forma de este tipo
de discontinuidad es plana (66.67%) y lisas (64.61%) y se estimó que
73
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
aproximadamente el (44.59%) han estado asociadas a flujo de agua
(figura 5.13)
82.1%
Abierta
17.9%
Cerrada
17.0%
Limpia
24.2%
Sup. Manchada
22.8%
Arcilla
5.8%
Otros
30.2%
Cuarzo
5.8%
Rugosa
29.6%
Irregular
64.6%
Lisa
13.3%
Escalonada
20.1%
Ondulada
66.7%
Plana
25.8%
Blanda
11.1%
Dura
8.0%
Frágil
0.4%
Limpia
10.7%
Mod. Frágil
26.2%
Mod. Fuerte
4.0%
Muy Blanda
Muy Fuerte
0.9%
6.2%
Muy Rígida
6.7%
Rígida
46.9%
Muy alto
1.7%
Alto
Medio
7.5%
32.7%
Bajo
11.2%
Muy bajo
44.6%
Filtración
15.2%
Indeterminado
40.2%
Seca
0%
Abertura
10%
20%
Relleno
30%
Rugosidad
40%
Forma
50%
60%
Consistencia
70%
RQD
80%
90%
100%
Flujo de Agua
2
Figura 5.13. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo diaclasa
caracterizadas en los núcleos de roca.
•
Las discontinuidades tipo falla, las cuales representan el 19.85% del total
de discontinuidades evaluada, son preferencialmente abiertas (53.64%),
rellenas en su mayoria de cuarzo (60.66%), lisas (83.39%) y de forma
plana (42.84%), asociadas a tramos de recuperación bajos (60.72%) y de
las cuales el 25.07 % se asocian a flujo (figura 5.14).
74
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
53,6%
Abierta
46,5%
Cerrada
14,3%
Limpia
7,2%
Sup. Manchada
14,3%
Arcilla
3,6%
Otros
60,7%
Cuarzo
4,2%
Rugosa
12,4%
Irregular
83,4%
Lisa
32,1%
Escalonada
25,1%
Ondulada
42,8%
Plana
10,7%
Blanda
14,3%
Dura
3,6%
Frágil
7,1%
Limpia
17,9%
Mod. Frágil
28,6%
Mod. Fuerte
7,1%
Muy Blanda
7,1%
Muy Fuerte
3,6%
Muy Rígida
Rígida
0,0%
32,2%
Muy alto
0,0%
Alto
7,1%
Medio
60,7%
Bajo
Muy bajo
0,0%
25,1%
Flujo
Indeterminado
0,0%
75,1%
Seca
0%
Abertura
10%
20%
Relleno
30%
Rugosidad
40%
Forma
50%
60%
Consistencia
70%
RQD
80%
90%
100%
Flujo de Agua
2
0
Figura 5.14. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo falla
caracterizadas en los núcleos de roca.
•
Las discontinuidades tipo fisura, se caracterizaron en un 80.3% como
abiertas, con la superficie manchada (32.3%) rellenas preferencialmente
de cuarzo (30.8%) moderadamente fuerte, de forma ondulada (60.3%) y
lisas, asociadas a tramos de porcentajes de recuperación bajos (60.72%)
y en las cuales se estima que el (45.7%) presentan flujo de agua (figura
5.15).
75
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
80,3%
Abierta
19,7%
Cerrada
10,8%
Limpia
32,3%
Sup. Manchada
20,0%
Arcilla
6,2%
Otros
30,8%
Cuarzo
8,2%
Rugosa
39,7%
Irregular
52,0%
Lisa
20,5%
Escalonada
60,3%
Ondulada
19,2%
Plana
12,2%
Blanda
20,4%
Dura
6,1%
Frágil
4,1%
Limpia
30,6%
Mod. Frágil
Mod. Fuerte
4,1%
8,2%
Muy Blanda
Muy Fuerte
Muy Rígida
4,1%
2,0%
8,2%
Rígida
46,9%
Muy alto
2,5%
Alto
Medio
5,0%
23,5%
Bajo
22,2%
Muy bajo
45,7%
Flujo
19,7%
Indeterminado
34,6%
Seca
0%
Abertura
10%
20%
Relleno
30%
Rugosidad
40%
Forma
50%
60%
Consistencia
70%
RQD
80%
90%
100%
Flujo de Agua
2
Figura 5.15. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo fisura
caracterizadas en los núcleos de roca.
•
Las discontinuidades de menor frecuencia, tipo bandeamiento, se
caracterizaron en su totalidad por ser cerradas y limpias; rugosas (50%) y
lisas (50%), de forma ondulada (100%), asociadas en un 33.78% a flujo
de agua y en un 66.22% a tramos de baja recuperación (figura 5.16).
76
FLUJO A TRAVÉS DEL MACIZO ROCOSO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
MAESTRÍA EN INGENIERÍA
ÁREA GEOTECNIA
0.00%
Abierta
100.00%
Cerrada
100.00%
Limpia
Sup. Manchada
0.00%
Arcilla
0.00%
Otros
0.00%
Cuarzo
0.00%
50.00%
Rugosa
Irregular
0.00%
50.00%
Lisa
0.00%
Escalonada
100.00%
Ondulada
0.00%
Plana
0.00%
Blanda
Dura
0.00%
0.00%
Frágil
100.00%
Limpia
0.00%
Mod. Frágil
Mod. Fuerte
0.00%
Muy Blanda
0.00%
Muy Fuerte
Muy Rígida
Rígida
0.00%
0.00%
0.00%
33.78%
Muy alto
Alto
0.00%
Medio
0.00%
66.22%
Bajo
Muy bajo
0.00%
33.78%
Filtración
Indeterminado
0.00%
66.22%
Seca
0%
Abertura
10%
20%
Relleno
30%
Rugosidad
40%
Forma
50%
60%
Consistencia
70%
RQD
80%
90%
100%
Flujo de Agua
2
Figura 5.16. Distribución porcentual de las discontinuidades tipo
bandeamiento caracterizadas en los núcleos de roca.
La correlación de los resultados estadísticos de las características de las
discontinuidades levantadas en superficie y las evaluadas en los núcleos de
roca, muestran coincidencia en la distribución de las características
evaluadas, con base en lo anterior, es consecuente esperar, que los macizos
rocosos conformados por cornubiana rica en cuarzo asociadas a un entorno
geológico estructural relativamente semejante al de este estudio, presenten
similares características evaluadas en el macizo rocoso de Porce II.
77
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6. CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA
La roca de fundación de la presa Porce II es una sustancia rocosa de
permeabilidad primaria muy baja, por ser una roca densa, no porosa,
endurecida y sellada por el calentamiento de la intrusión del Batolito
Antioqueño, por tal razón, la conductividad hidráulica de este macizo rocoso
depende de la permeabilidad secundaria, la cual está condicionada por las
discontinuidades que lo afecta, su orientación, relación espacial, abertura,
rugosidad, forma, relleno, continuidad y demás características asociadas a
estas.
Con la finalidad de determinar la manera como dichas características pueden
condicionar el patrón de flujo que se de en el macizo rocoso, se hicieron
varios análisis a partir de la información existente de diseño y construcción
de la presa, los cuales fueron correlacionados con la información expuesta
en otros capítulos de este trabajo, tal como la caracterización del macizo
rocoso, las observaciones directas del sitio de interés, sus zonas aledañas y
los datos del monitoreo de la instrumentación.
6.1 DATOS PIEZOMÉTRICOS Y CAUDALES DE AGUA INFILTRADA.
La presa Porce II, cuenta desde su construcción con varios piezómetros
eléctricos de fundación, de los cuales son de interés para este trabajo, los
localizados en las secciones denominadas como A y C. Adicionalmente,
durante la ejecución de este trabajo de investigación, se instalaron ocho
piezómetros de tubo abierto, tres de ellos desde la galería de acceso en cota
889.30 msnm, cuatro desde la galería de acceso en la cota 850.30 msnm, y
uno en la parte exterior en el contacto entre la cara de aguas abajo de la
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presa y el estribo izquierdo a la altura de la cota 904.04 msnm; de igual
manera se construyeron cinco puntos de aforo, en los sitios donde se
consideraba importante evaluar la cantidad de agua infiltrada a través del
macizo (figura 6.2). En el capitulo 6 del estudio “Implicaciones del flujo en la
seguridad de la presa” (Miranda, R. A; 2005), se presenta un análisis
detallado del monitoreo de la instrumentación de la presa, desde su
construcción hasta la actualidad.
Teóricamente la subpresión debe ser menor a medida que aumenta la
distancia con respecto al embalse; de igual manera, a mayor altura
topográfica, la cabeza de presión del embalse es menor por lo tanto, la
subpresión debe ser menor.
Un análisis general de los datos piezométricos con el nivel del embalse alto,
muestra como efectivamente en la presa de Porce II la subpresión es menor
a medida que los piezómetros se alejan del embalse hacia la cara aguas
abajo de la presa (figura 6.1 y 6.3).
79
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Aumento de la distancia con respecto al eje de la presa
870
865
860
855
Presión promedio durante
850
operacrión (msnm)
845
840
835
830
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
Cabeza de Presión
30,45
14,14
4,75
1,92
5,78
PA6
1
Cota Topográfica
836,65
833,06
840,45
838,58
834,12
833
Figura 6.1 Presión piezométrica en la sección A, abscisa 223 en msnm en la
situación más desfavorable.
Aumento de la distancia con respecto al eje de la presa
890
885
880
875
870
865
860
855
850
Presión promedio durante
845
operación (msnm)
840
835
830
825
820
815
810
805
800
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Cabeza de Presión
78,48
39,63
11,07
10,28
6,4
7,88
5,54
7,46
5,1
Cota Topográfica
808,52
806,57
804,53
802,92
803,9
804,92
804,36
806,24
804
Figura 6.3 Presión piezométrica de la sección C, por el eje del vertedero de
la presa, en la situación más desfavorable.
80
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Los piezómetros eléctricos localizados en la abscisa 223, es decir, la sección
instrumentada más cerca del sitio de investigación, muestra disminución de
la subpresión, entre el 65% y el 99 % (tabla 6.1).
En los piezómetros instalados durante este trabajo de investigación, es decir
los de tubo abierto, se observa de manera general que el porcentaje de
reducción de la subpresión varía entre un 81 y 100%, con variaciones locales
dependiendo de la cota de instalación de los mismos, así: los piezómetros
instalados desde la galería de acceso en la cota 889.30 msnm registran una
reducción promedio del 87%, mientras que los localizados en la 850.30
msnm la reducción es del 98%; el piezómetro localizado en la parte externa,
en el contacto entre la presa y la margen izquierda, registra una disminución
del 81% (figura 6.4, tabla 6.2), lo anterior indica que al evaluar un línea de
piezómetros localizados en sentido paralelo al eje de la presa, se encuentra
que la subpresión aumenta a medida que aumenta la cota topográfica en la
parte media del estribo izquierdo (figura 6.5), dicha situación pude ser en
gran medida a que a partir de la cota 889 msnm no se cuenta con
perforaciones de drenaje para el alivio de subpresiones.
Tabla 6.1 Datos de reducción de la subpresión a partir de los piezómetros
eléctricos e la sección A.
Cabeza de presión
(m H2O)
Código
90.6
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
Piezómetros
Subpresión
Presión promedio
Presión
Diferencia
% de
antes del llenado
promedio durante
(m)
reducción
(msnm)
operación (msnm)
835.0
831.6
840.0
836.5
833.3
833.5
867.1
847.2
845.2
840.5
839.9
834.0
32.1
15.6
5.2
4.0
6.6
0.5
65
83
94
96
93
99
Figura 6.4 Presión de los piezómetros de tubo abierto de para la situación
más desfavorable.
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Tabla 6.2 Datos de reducción de la subpresión a partir de los piezómetros de
tubo abierto.
Piezómetros
Cabeza de
presión (m
H2O)
Localización
68.3
Galería
850.30
29.3
Galería
889.30
20.6
Exterior
Código
Cota de
instalación
PNF-9
PNF-10
PNF-11
PNF-12
PNF-13
PNF-14
PNF-15
PNF-16
846.8
845.8
846.5
846.6
886.1
885.5
885.5
898.0
Subpresión
Presión
promedio durante Diferencia
operación
(m)
(msnm)
850.8
846.0
847.7
847.3
889.8
889.5
889.1
901.9
4.0
0.2
1.2
0.7
3.7
4.0
3.6
3.9
% de
reducción
94
100
98
99
87
86
88
81
Aumento de la cota topográficaDisminución de la cabeza de presión
910
900
890
880
870
Presión promedio durante
operación (msnm)
860
850
840
830
820
810
800
PNF-16
PNF-14
PNF-10
PA3
PC4
Cota Piezométrica
3,9
4,0
0,2
5,2
10,28
Cota Topográfica
898
885,5
845,8
840,45
802,92
Figura 6.5 Representación de una línea de piezómetros paralela al eje de la
presa en msnm.
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Los análisis generales de los datos de aforos evaluados para las condiciones
más desfavorables es decir para el nivel máximo de embalse (Figura 6.6),
muestran como la subpresión es mayor cerca de los sitios que presentan
menor caudal infiltrado, por el contrario, es menor donde el caudal de
infiltración es mayor. Lo anterior se debe a que en los sectores donde se da
el mayor caudal, las discontinuidades a través de las cuales se está dando el
flujo, actúan como zonas de alivio de presión, es decir, son canales naturales
de drenaje. El aforo 5 es un claro ejemplo de esta situación pues los
piezómetros cercanos a éste presentan una reducción de la subpresión del
99%, que coincide con la presencia de una falla subhorizontal altamente
conductora.
0,562
0,60
Caudal (l/s)
0,50
0,40
0,30
0,20
0,180
0,108
0,044
0,10
0,00
Caudal (l/s)
0,028
Aforo 1
Aforo 2
Aforo 3
Aforo 4
Aforo 5
0,108
0,044
0,028
0,180
0,562
Figura 6.6 Representación de los registros de los puntos de aforo para la
situación más desfavorable.
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6.2 ANÁLISIS DIFERENCIAL DE CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA DEL
ESTRIBO IZQUIERDO DE FUNDACIÓN DE LA PRESA PORCE II CON
BASE EN LA INFORMACIÓN DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN.
El flujo de agua a través de las discontinuidades en la fundación de una
presa es un proceso normal, sin embargo, es importante tener en cuenta cual
es la capacidad de estanqueidad del embalse, debido a que la migración de
agua a través del macizo rocoso hacia la cara de aguas abajo de la presa,
puede generar una presión de levantamiento o subpresión tan alta que
ocasione una falla de la estructura.
Con el objetivo de crear una pantalla impermeable entre la base de la presa
y la roca sana profunda, durante la etapa de construcción de la presa, se
ejecutaron perforaciones para la construcción una cortina de concreto
compuesta por un sola hilera de perforaciones a través del eje de la presa,
localizado 0.5 m aguas arriba del eje de la galería transversal de la cota
820.30 , proyectadas sobre un plano inclinado 15º hacia aguas arriba y con
orientaciones e inclinaciones adecuadas para satisfacer el propósito de
interceptar el mayor número de planos de discontinuidades (EPPM 1998).
Para reconocer zonas de comportamiento relativamente homogéneo que
permitan estimar un patrón de conductividad hidráulica sectorizado en el
macizo rocoso de fundación, se hace necesario obtener modelos
diferenciales de algunas características de la roca, los cuales sean
comparativos con datos directos, tales como caudales infiltrados y datos
piezométricos.
Con la finalidad de plantear un modelo práctico generado a partir de los datos
de diseño y construcción, se prepararon perfiles de contornos por el eje de la
presa, de: RQD, toma de lechada de inyección y abertura de las
discontinuidades a partir de la información lineal obtenida de las
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perforaciones de exploración y ejecución de la cortina de inyección, los
cuales fueron correlacionados con los datos de la instrumentación en la
condición más crítica, es decir con el nivel de embalse máximo, cota 924
msnm.
6.2.1 Perfil de contornos de RQD.
A partir de registros de las perforaciones ejecutadas durante la etapa de
exploración y construcción se genero un perfil, por el eje de la presa, de
contornos de RQD, el cual fue clasificado en cinco (5) categorías definidas
por Deere, D. (1964) (tabla 6.3, 6.4 y figura 6.7).
RQD %
Calidad de la roca
0-25
Muy fracturada
25-50
Fracturada
50-75
Moderadamente fracturada
75-90
Poco fracturada
90-100
Sana
Tabla 6.3 Categorías de clasificación de la calidad de la roca de fundación
según el parámetro de RQD.
Los contornos de RQD obtenidos presentan una distribución espacial
aleatoria, donde es posible diferenciar, básicamente tres zonas de bajo
porcentaje de recuperación o RQD:
•
La primera y relativamente menos importante para el análisis de la
conductividad
hidráulica
de
la
fundación
es
la
localizada a
aproximadamente 50 m por debajo del lecho del río.
•
Una segunda zona deficiente en calidad de recuperación de la roca es
la localizada entre las cotas 835 – 865 msnm y las abscisa 175 a 275
m, la cual coincide en su localización espacial con los puntos que
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muestran mayor caudal de infiltración (Aforo 5 y 6) y con
los
piezómetros instalados durante la ejecución de este estudio en la
galería
890.30
msnm
que
presentan
datos
piezométricos
relativamente bajos.
•
La tercera zona con bajos valores de RQD se encuentra localizada
entre la cota topográfica 890 – 900
y la abscisa 75 a 125 m, y
coincide con la localización espacial de los puntos de aforo 1 y 2, los
cuales presentan relativamente valores intermedios de caudal
infiltrado, y altos incrementos en los datos piezométricos.
67%
81%
82%
75%
53%
44%
78%
77%
50 – 55 m
45 – 50 m
40 – 45 m
35 – 40 m
30 – 35 m
25 – 30 m
20 – 25 m
15 – 20 m
P26R
70% 80% 85% 55% 80% 70% 90% 90% 90% 90% 90%
P24R
85% 85% 85% 85% 70% 90% 90% 60% 90% 90% 75%
P22R
85% 85% 30% 95% 75% 90% 90% 85% 70%
P18R
80% 80% 80% 80% 70% 65% 80% 70% 60%
P16R
95% 65% 65% 65% 20% 45% 35% 45% 50% 70% 80%
P14R
75% 75% 75% 75% 50% 65% 65% 50% 75% 60% 70%
P12R
65% 80% 80% 80% 80% 80% 70% 70% 65% 75% 75%
P10R
40% 20% 95% 50% 50% 50% 70% 70% 70% 20% 50%
P8R
15% 15% 15% 15% 35% 60% 60% 60% 60% 70% 75%
P7R
70% 70% 80% 80% 80% 70% 85% 85% 85% 75% 75%
P5R
19% 70% 60% 75% 85% 90% 90% 90% 90% 90% 90%
P3R
74%
67%
Perforación
65% 45% 75% 90% 70% 50% 85% 70% 70% 65% 50%
78%
58%
10 – 15 m
5 – 10 m
RQD (%)
Promedio/Tramo
0–5m
Tabla 6.4 Valores de RQD por tramos de las perforaciones con recuperación
de núcleo de la cortina de inyección.
RECUPERACIÓN
Muy baja
Baja
Regular
Alta
Muy alta
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6.2.2 Perfil de contornos de toma de lechada, cortina de impermeabilización.
La diferencia de propiedades que existe entre el cemento y el agua, tales como la
viscosidad, el secado y las altas presiones con las que se inyecta la lechada, no
permiten obtener directamente un valor cuantitativo de permeabilidad partir de los
datos de toma de lechada; a pesar de esa limitación, es posible correlacionar los
valores obtenidos en la toma de inyección para estimar cualitativamente la calidad
y permeabilidad de la roca de fundación.
85
80
75
70
65
60
Toma (Kg/m)
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
50
100
150
200
250
300
Abcisa (m)
Figura 6.8 Distribución de la toma de inyección de lechada a lo largo del eje de la
presa, estribo izquierdo de la roca de fundación.
El análisis de toma de inyección realizados en la etapa posterior de ejecución
(figura 6.8), concluyó que la mayor absorción por metro en las perforaciones del
estribo izquierdo se asocian a dos grietas abiertas, las cuales fueron
correlacionadas durante el desarrollo de este trabajo a un trazo de falla
subhorizontal de abertura promedio de 10 cm, rellena de sílice triturada y arcilla
muy blanda.
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Es igualmente importante analizar como la toma de inyección disminuye con la
profundidad, lo que permite inferir que la alta toma registrada en los 15 primeros
metros de profundidad, se debe al fracturamiento asociado al desconfinamiento de
la roca en las proximidades a la superficie (figura 6.9), lo que indica claramente
que el potencial de conductividad del macizo, disminuye con la profundidad, donde
las discontinuidades deben estar más cerradas.
110
100
90
Toma (Kg/m)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
To ma (Kg/m)
00 - 05
05 - 10
10 - 15
15 - 20
20 - 25
25 - 30
30 - 35
35 - 40
40 - 45
45 - 50
50 - 55
55 - 60
103,87
69,27
57,29
35,78
30,42
25,32
30,97
44,99
25,62
21,18
34,56
10,03
Tramo (m)
Figura 6.9. Variación de la toma de inyección de lechada a con la profundidad,
estribo izquierdo de la roca de fundación.
90
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TOMA
Kg/m
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ÁREA GEOTECNIA
0-5
5 - 10
10 - 15 15 - 20 20 - 25 25 - 30 30 - 35 35 - 40 40 - 45 45 - 50 50 - 55
Perforación
5,15
38,52
25,11
12,09
0,93
4,65
3,26
1,40
0,47
P1
4,58
33,21
11,20
0,47
0,93
3,73
18,67
21,00
184,79
P2
17,94
19,182
20,07
3,27
1,40
2,33
6,53
2,80
1,40
1,40
1,40
5,13
P3R
37,20
41,55
1,40
6,51
1,40
15,35
24,65
45,11
7,44
12,56
15,81
2,79
P4
97,88
1,66
8,304
29,866
9,45
0,934
0,934
0,47
2,33
0,93
2,80
2,80
0,93
4,20
P5R
5,28
0,93
7,47
1,40
0,93
1,40
6,53
2,80
9,33
8,40
P6
5,12
Promedio
2,32
2,32
0,92
1,86
1,86
2,80
9,80
1,40
2,33
1,87
2,33
1,40
3,73
14,70
7,31
4,41
5,90
8,22
58,84
29,67
5,28
48,12
80,09
17,10
37,21
13,70
74,88
25,35
5,40
17,94
6,91
4,58
8,12
15,28
6,19
5,15
2,21
13,85
0,52
86,03
4,87
2,33
64,86
25,12
22,79
26,04
4,64
4,67
3,72
27,90
3,26
2,32
3,73
4,64
1,40
1,40
2,80
4,20
4,64
18,60
0,93
94,40
1,40
3,26
1,40
4,65
0,92
2,80
0,92
2,79
15,35
13,94
15,40
1,86
1,40
10,23
27,44
3,73
254,82
5,58
1,86
2,32
5,13
13,02
5,12
8,84
6,88
3,73
10,24
6,05
13,02
48,00
0,00
2,80
3,73
40,60
8,87
11,67 261,33 209,07 61,13
61,74
3,26 178,56 6,98
9,77
2,79
16,28 16,28
3,72
18,14
1,40
3,72
10,23
3,26
12,09
3,72
6,51
7,44
2,79
3,72
5,23 136,25 32,55 124,16 16,28 38,60 142,76 2,33
11,16 18,14
0,00
0,00 660,68 20,07
5,60 136,73 33,13
3,27
8,87
7,93
0,56
1,34
7,14
4,91
58,05 48,22 58,05
1,79
0,45
2,23
1,98
1,86 355,76 1,86
9,76
19,52
7,44
3,72
3,72
1,40
52,96
7,57
3,12
27,86 33,38
0,89
2,67
1,78
1,78
5,79
397,75 154,04 74,12 45,10 124,57 3,57
1,79
13,40
1,79
5,36
14,90 64,50 195,50 1,00
3,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
45,39
1,40
1,40
0,93
1,40
1,87
1,40
2,33
1,40
0,93
1,31 184,80 1,40
0,93
1,40
1,87
0,00
1,40
0,93
1,40
46,20
4,20
0,93
1,40
8,40
0,93
1,40
0,93
1,40
0,93
16,33
2,80
0,93
0,93
1,40
9,80
1,87
12,60
1,40
1,40
78,12
1,60
2,43
4,01
3,21
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
38,08
4,94
1,23
0,41
1,64
1,64
1,64
6,15
1,23 111,11
4,65
7,47
6,07
6,07
4,67
5,60
2,80
6,51
5,60
16,80
30,80
2,80
1,87
0,00
4,67
5,60
1,87
0,93
2,80
1,87
0,00
8,84
3,26
1,86
4,67
5,36
2,32
12,91
2,23
0,00
0,93
1,87
9,30
0,93
0,00
0,00
1,87
3,49
P8R
P9
P10R
P11
P12R
PE - 2
P13
P14R
P15
P16R
P17
P18R
P18'R
P19
P20R
P21
P22R
P23
P24R
PE - 3
PE - 3A
P25
P26R
23,25
198,33
3,73
P27
3,73
1,40
1,87
11,67
Convenciones
Alta
7,00
Moderadamente
alta
7,47
10,27
6,07
Extremadament
e
Alta
3,26
0,93
Muy alta
54,40
6,77
Moderada
1,76
6,77
Baja
4,01
Muy baja
8,16
29,42
4,20
P7R
PE - 1
Tabla 6.5 Valores de toma de lechada por tramo de las perforación.
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DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
La correlación directa por tramos de los datos obtenidos de RQD y toma de
inyección presentados en las tablas 6.4 y 6.5 en algunos casos no presentan
correspondencia directa entre el grado de fracturamiento, representado por el
índice RQD y las tomas de lechada; es así como tramos de roca sana, con
RQD mayores de 80%, pueden presentan tomas altas, mayores de 100 kg/m
y tramos de roca muy fracturada con RQD menores que 20%, pueden
presentar tomas bajas, menores de 25 kg/m; además es difícil correlacionar
diferencial y espacialmente dichos datos a partir de tablas, por tal razón, es
mas
fácil, realizar correlaciones de distribución espacial de cada
característica del macizo basándose en los perfiles de contornos de RQD
(figura 6.7), y toma (figura 6.10) de inyección generados a partir de los datos
lineales obtenidos en cada perforación.
El mapa de contornos de toma de inyección generado a partir de los datos de
toma de inyección de la cortina de impermeabilización fue clasificado en
siete (7) categorías que aumentan en intervalos de 50% (tabla 6.6).
Toma (Kg/m)
Toma de lechada
< 12
Muy baja
12 - 25
Baja
25 - 50
Moderada
50 - 100
Moderadamente alta
100 - 200
Alta
200 -400
Muy alta
> 400
Extremadamente alta
Tabla 6.6 Categorías de clasificación de la toma de lechada de inyección de
la roca de fundación.
92
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ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
Los contornos de toma de lechada de inyección obtenidos presentan una
distribución espacial muy consecuente con los sectores de menor valor de
RQD observados en el mapa de contornos de RQD, de manera que se
puede diferenciar claramente un sector de toma alta a extremadamente alta
localizado entre la cota 825 a 865 msnm y la abscisa 170 a 230 m y un
sector de intervalos de toma modera localizada a 890 – 900 msnm en la
abscisa 75 a 125 m, los cuales coinciden claramente con contornos valores
de RQD menores de >40%.
La correlación de los datos de RQD y toma de inyección se hace más precisa
al comparar los perfiles de contornos que los datos lineales, debido a que en
un macizo rocoso la permeabilidad no depende únicamente de las
discontinuidades de un tramo lineal de roca, como el que se examina por
medio de una perforación, sino que depende del estado de la roca
circundante a dicho tramo.
6.2.3 Perfil de contornos de abertura de las discontinuidades.
Con los datos de toma de lechada y de presión de inyección obtenidos
durante la etapa de construcción de la presa, se hizo el análisis de la
abertura de las discontinuidades, a partir de las cuales se determinaron las
condiciones de abertura de las discontinuidades por tramo inyectado.
A partir de la localización espacial de los tramos inyectados y de la
estimación de la abertura de las discontinuidades para cada perforación, se
generó un mapa de contornos de abertura, el cual fue clasificado en cinco
categorías (tabla 6.7, figura 6.11)
94
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ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
Tabla 6.7 Tabla de categorías cualitativas de abertura de discontinuidad
tomado de Integral, 1998 (Informe, cortina de impermeabilización).
Categoría
Cerrada
Levemente abierta
Medianamente abiertas
Abierta
Muy abierta
El perfil de abertura de las discontinuidades presenta tres sectores altamente
concordantes son los sectores de bajo valor de RQD descritas en los análisis
anteriores, observándose adicionalmente un sector de discontinuidades muy
abiertas en la parte alta del estribo, en cercanías a la cresta de la presa
donde por observación directa se infiere un alto desconfinamiento de los
bloques de roca; de igual manera existe una alta relación entre los contornos
de abertura de las discontinuidades con la calidad de la roca evaluada
mediante el método Q en el capítulo de caracterización del macizo rocoso,
donde de manera cualitativa se obtuvo regular calidad de la roca para la base
del estribo, muy mala para la parte media y mala para la cresta de la presa.
95
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ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
En los sectores donde se presenta subpresión mayor, se da menor caudal de
infiltración, y, por el contrario, la subpresión es menor donde el caudal de
infiltración es mayor, indicando que las discontinuidades altamente
conductoras o que presentan mayor caudal, como la falla subhorizontal
descrita en el capítulo de geología, localizada en la cota 860 msnm, abscisa
175 aproximadamente, actúan como disipadoras de presión, es decir,
constituyen drenajes naturales, los cuales, si no presentan tendencia a variar
sus características, tales como abertura o conductividad y no presentan un
caudal alto que implique pérdidas de agua perjudiciales para el
funcionamiento del embalse, no deben ser consideradas como perjudiciales.
Los perfiles de contornos generados a partir de la interpolación de los datos
obtenidos linealmente por medio de perforaciones muestran una clara
distribución de categorías, de manera que se conserva una buena relación
espacial entre los sectores de bajos valores de RQD, alta toma de inyección
y discontinuidades abiertas, lo cual es corroborado totalmente con los datos
de la instrumentación, lo que convierte a la interpolación de valores de RQD
a partir de las perforaciones de exploración de un macizo rocoso fracturado
como una herramienta muy eficaz para determinar los sectores de mayor
conductividad hidráulica, sin embargo, no se puede prescindir durante la
etapa de exploración de la fundación de una presa, ejecutar, ensayos de
permeabilidad tipo lugeon que colaboren a determinar las condiciones de
inyectailidad de la roca.
93
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6.2
ANÁLISIS
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
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ÁREA GEOTECNIA
GEOLÓGICO-ESTRUCTURAL
CONDUCTIVIDAD
HIDRÁULICA
EN
UN
DEL
POTENCIAL
MACIZO
DE
ROCOSO
FRACTURADO DE FUNDACIÓN DE UNA PRESA DE CONCRETO.
Como se ha mencionado a lo largo de este trabajo, un macizo rocoso
fracturado es un medio de propiedades, características y respuestas
geomecánicas heterogéneas, que dependen directamente del tipo de roca y
de su entorno geológico-estructural, es decir que la conductividad hidráulica
puede variar ampliamente para cada patrón de discontinuidades; por tal
razón, se hace estrictamente necesario, definir y analizar de manera unitaria
el potencial de conductividad hidráulica de una familia de discontinuidades ya
que dependiendo de sus características, ésta puede llegar a ser un canal
altamente conductivo, desfavorable para la estanquidad del embalse y la
seguridad de la presa.
Cada tipo de roca responde de manera diferente ante los agentes externos a
los que esté sometida; en el caso de Porce II, el macizo rocoso de fundación
se encuentra conformado por dos tipos de roca de génesis y composición
muy distinta; por tal razón es de esperarse con anterioridad a la elaboración
de
una
estudio
geológico-estructural
detallado,
la
existencia
de
diaclasamientos localmente diferentes así como notables diferencias en las
características de sus discontinuidades.
Durante la etapa de estudios de diseño de la presa (Integral, Ingenieros
consultores y Empresas Públicas de Medellín, ESP; 1997), se realizó el
levantamiento de las discontinuidades más persistentes, sobre una planta
general de excavación. Así mismo, durante la etapa de construcción de
lapresa, se seleccionó un área de aproximadamente 500 m2 en la margen
derecha del río Porce, entre las abscisas 438 m y 452 m, y las ordenadas 0,0
a 36 m para realizar el levantamiento detallado de todas las estructuras, tales
como estratificación, foliación, diaclasas, fallas y diques, con la finalidad de
94
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ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
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ÁREA GEOTECNIA
hacer un análisis estadístico de frecuencias que fuera representativo de las
características estructurales de la fundación.
Los análisis estadísticos de frecuencia y persistencia de fracturas, indicaron
la existencia de cuatro conjuntos principales de discontinuidades, N85EN85W/85N, N25W/75S, N45-50E/45-80S y N55-60W/60-80S; que fueron
caracterizados para estimar la permeabilidad y calidad geotécnica del macizo
rocoso, corroborada posteriormente con los ensayos de permeabilidad tipo
Lugeon ejecutados y analizados por Miranda, R. A, 2005.
Los planos principales de discontinuidad obtenidos en ambos análisis
presentaron la misma tendencia estructural, lo que indicó que el
levantamiento estructural de toda la fundación coincidía claramente con los
planos
principales
de
discontinuidad
del
área
seleccionada
como
representativa.
Con el fin de evaluar y verificar la correlación directa entre la frecuencia de
fracturamiento como patrón determinante de la conductividad hidráulica en
un macizo rocoso fracturado, se realizó un levantamiento geológicoestructural detallado, para el cual, teniendo en cuenta las limitaciones del
sitio de estudio en cuanto a área de afloramiento expuesta, se utilizó la
metodología
de
caracterización
geotécnica
de
macizos
rocosos
y
levantamiento de discontinuidades por medio de tranceptos orientados
(scanlines) y georeferenciados. Los parámetros característicos de cada
tendencia estructural fueron analizados estadísticamente en conjunto con las
trazas de falla cartografiados a escala 1:500 en la margen izquierda de la
fundación de la presa, durante los estudios de diseño (figuras 6.12, 6.13,
6.14 y 6.15).
95
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Familias
1
2
3
Tipo
Predominante
Fallas y
bandeamiento
Diaclasas y
fallas
Diaclasas y
fallas
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
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ÁREA GEOTECNIA
Rumbo
Buzamiento
Familias
N36ºW
65ºSW
1
N88ºE
82ºNW
2
N68ºW
56ºSW
3
Figura 6.12. Análisis estadístico de
frecuencias de las discontinuidades
cartografiadas en la margen izquierda
de fundación a escala 1:500
Tipo
Predominante
Fallas y
bandeamiento
Diaclasas
Diaclasas
Rumbo
Buzamiento
N30ºW
66ºSW
N69ºW
86ºNE
N82ºE
65ºNW
Figura 6.13. Análisis estadístico de
frecuencias de los tranceptos
(scanlines) levantados para este
trabajo.
Los planos principales de discontinuidad, obtenidos de un análisis de
frecuencias generalizado de las trazas fallas cartografiadas en la fundación
de la margen izquierda de la presa y el total de datos tomados en los
tranceptos, presentan bastante similitud en su orientación, es decir que se
pueden agrupar en intervalos comunes. En ambos análisis se observa
ausencia de planos favorables para la conducción del agua desde el embalse
a la cara de aguas abajo, pues la tendencia es tener planos de alto ángulo de
buzamiento que conducirían el agua a profundidad y aparentemente no se
conjugarían con ningún sistema importante que favorezca el flujo.
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Familias
1
2
3
4
Tipo
Predominante
Fallas y diaclasas
Diaclasas y fallas
Diaclasas y
bandeamiento
Bandeamiento,
diaclasas
ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
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ÁREA GEOTECNIA
Rumbo
Buzamiento
Familias
N78ºW
65ºNE
1
N86ºE
22ºNW
N23ºW
40ºNE
N44ºE
87ºNW
Figura 6.14. Análisis estadístico de
frecuencias de los tranceptos
(scanlines) levantados en el punto
principal infiltración, media ladera del
estribo izquierdo.
2
3
4
Tipo
Predominante
Falla y
diaclasas
Diaclasas
Diaclasas,
bandeamiento
y fallas
Bandeamiento
y diaclasas.
Rumbo
Buzamiento
N63ºW
85ºNE
N43ºE
90º
N12ºW
90º
N81ºW
60ºNE
Figura 6.15. Análisis estadístico de
frecuencias de los tranceptos
(scanlines) levantados en un punto
secundario de infiltración a media
ladera del estribo izquierdo.
97
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ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
DE LOS FACTORES QUE
PROPICIAN EL FLUJO
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ÁREA GEOTECNIA
El análisis individual de las principales tendencias de discontinuidad a partir
de los tranceptos levantados estructuralmente en el área de interés,
muestran una diferencia significativa con respecto a la tendencia estructural
encontrada en los análisis previos, y permiten reconocer tres tendencias
dominantes de dirección N85ºW – EW, con buzamientos de moderada (40°)
a baja inclinación (22°) hacia el Norte, asociados a dos conjuntos de
diaclasas verticales de dirección N12W – N45ºE.
Al realizar un análisis geométrico de los principales planos de discontinuidad
mencionados, se puede inferir que los planos verticales son potencialmente
planos de infiltración de agua del embalse hacia profundidad que al ser
asociados a los conjuntos subhorizontales pueden conformar redes de
conductividad hidráulica desde el embalse al estribo izquierdo de la cara
aguas abajo de la presa.
Con la finalidad de corroborar esta hipótesis, se analizaron de manera
detallada las discontinuidades que presentan flujo (Figura 6.16), las cuales,
muestran claramente que los planos conductores coinciden con los conjuntos
de orientación geométrica definidos como potencialmente aptos para crear la
red de flujo mencionada anteriormente.
Con base en anteriores planteamientos, fue posible visualizar que un análisis
estadístico de frecuencias permite el reconocimiento de los principales
planos de discontinuidad, de manera que trabajar un modelo estructural
global, por un método estadístico puede subvalorar los planos de
discontinuidad de baja persistencia que pueden ser de
alto potencial de
conductividad hidráulica por su orientación, es decir, que no permite
identificar cuales son las discontinuidades con orientación favorable o
desfavorable con respecto al eje de la presa, que pueden ser consideradas
como planos potenciales para la conformación de una red de flujo a través
del macizo rocoso hacia la cara aguas abajo de la presa.
99
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DE LOS FACTORES QUE
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Familias
1
2
3
4
Tipo
Predominante
Diaclasas
Diaclasas y
bandeamiento
Diaclasas
Diaclasas,
Bandeamiento
y fallas
Rumbo
Buzamiento
N82ºW
60ºNE
N89ºE
20ºNW
N42ºE
87ºNW
N10ºW
56ºSW
Figura 6.16 Análisis estadístico de frecuencia de las discontinuidades que
presentan flujo.
100
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6.3. CONSIDERACIONES ACERCA DEL flujo de LA fundación DE LA
PRESA PORCE II
Considerando que el macizo rocoso de fundación de la presa es un medio
anisotrópico, conformado por una masa mineral o agregado cristalino de
permeabilidad despreciable cercana a cero y por varios sistemas de
discontinuidades perfectamente definidos, es conveniente asumir que el flujo
de agua se va a dar a través de las discontinuidades de la roca y va a estar
condicionado por las características de éstas.
A partir del presente estudio, se pudo determinar que el flujo de agua a
través del macizo rocoso de Porce II, esta relacionado básicamente a cuatro
sistemas de diaclasas orientados adecuadamente para formar una red de
flujo desde el embase a la cara aguas abajo; tres de los sistemas
caracterizados son asociados a la captación de agua, y un sistema de alta
persistencia subhorizontal, es el determinado como conductor, de manera
que la red de flujo, no presenta un curso lineal, y está asociada
esencialmente a diaclasas abiertas, usualmente sin relleno, sub-verticales
interceptadas con un trazo de falla subhorizontal paralelo a un sistema de
diaclasas bien diferenciado en la parte media de la fundación (figura 6.16).
101
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DE LOS FACTORES QUE
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Figura 6.16 Representaciones esquemáticas de las principales conjuntos de discontinuidad asociados a la red de flujo desde el
embalse a la cara aguas abajo de la presa
N10ºW/56ºS (Capta)
N82ºW/60ºN (Capta)
N42ºE/87ºN (Capta)
N89ºE/20ºN (Conduce)
Embalse
ad
de id
o inu
an ont
l
P sc
Vertiente
di
izquierda
Estribo
izquierdo de
fundación
N10ºW/56ºS capta, N89ºE/20ºN
conduce el agua
Embalse
Embalse
de idad
no
Pla ontinu
disc
esa
Pr R
CC
te
tien
Veruierda
i zq
Presa
CCR
Vertiente
izquierda
Presa CCR
Plano de
discontinuidad
Estribo
izquierdo de
fundación
N82ºW/60ºN capta N89ºE/20ºN,
conduce el agua
Embalse
CCR
Presa
Pla
disc no de
ont
inui
dad
Estribo izquierdo
de fundación
N42ºE/87ºN capta, N89ºE/20ºN
conduce el agua
V
izq ert
ui ien
er te
da
o de
ierd
u
q
iz ón
i
ibo
Estr fundac
Esquema general
102
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DE LOS FACTORES QUE
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7. PROPUESTA DE EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA EN MACIZOS ROCOSOS DE
FUNDACIÓN DE PRESAS DE CONCRETO.
Un macizo rocoso de fundación para un presa de concreto, exige una roca de
excelente calidad geotecnica, de manera que la selección de un sitio
adecuado para fundar dicha estructura, demanda un estudio detallado de las
características geológico-estructural-geotécnicas del área sobre la cual se
fundara la estructura, y de su entorno cercano, es así como usualmente con
el animo de evaluar dicha zona, se recurre a la elaboración de una
cartografía geológico-estructural detallada a la utilización de algunas
metodologías tradicionales de caracterización de macizos rocosos, a la
ejecución de perforaciones exploratorias y ensayos de permeabilidad tipo
Lugeon entre otros . La finalidad ultima de todos los estudios, tiende a
determinar las propiedades de resistencia, estabilidad, y capacidad de
estanqueamiento del macizo rocoso de fundación con miras a evaluar la
factibilidad de un proyecto, su durabilidad y funcionamiento a futuro; este tipo
de rutinas de exploración de la roca de fundación es muy útil y necesaria en
todos los caso, así como en su momento fue determinante para la
construcción de la presa de Porce II, sin embargo, a partir de las
investigaciones hechas en este trabajo de investigación, surge la iniciativa de
proponer una metodología de caracterización de macizos rocosos de
fundación de presas de concreto enfocada a la evaluación del potencial de
conductividad de la roca de fundación.
Dado que un macizo rocoso es generalmente una sustancia no porosa de
permeabilidad despreciable, es necesario asumir que debido a la anisotrópia
101
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impuesta por los diferentes conjuntos de discontinuidades que afectan la
roca, la permeabilidad del macizo rocoso, no depende de la sustancia rocosa
como
tal,
sino
del
potencial
de
conductividad
hidráulica
de
las
discontinuidades que lo afectan, las cuales presentan variedad de
características que condicionan la trayectoria del flujo y la tortuosidad del
medio.
Al utilizar métodos de caracterización como el Q “Rock Quality Designation”
de Barton et. al (1974) y el RMR “Rock Mass Rating” de Bieniawski (1974),
aplicados y analizados durante este trabajo de investigación o otros métodos
convencionalmente usados para evaluar la calidad de la roca para túneles,
fundaciones o taludes, tales como la clasificación de macizos rocosos “Rock
Mass Clasification”
de Terzaghi (1946), el SMR “Slope Mass Rating” de
Romana (1997), el GSI “Geological Strength Index” de Marinos y Hoek
(2001), y el DMR “Dam Mass Rating” de Romana (2003), se observa una
tendencia generalizada a determinar las condiciones de esfuerzo, resistencia
y estabilidad del macizo rocoso sin tener en cuenta su permeabilidad o
potencial de conductividad hidráulica.
Dichos métodos, no tienen en cuenta las variables determinantes y
condicionantes del flujo a través de un macizo rocoso, de manera que
evalúan algunas características de las discontinuidades como desfavorables
desde el punto de vista de la resistencia y estabilidad, así sean favorables
desde el punto de vista de la conductividad hidráulica o viceversa.
Uno de los métodos tradicionales para determinar la permeabilidad de
macizos rocosos fracturados como el de Louis (1969), el cual se basa en la
abertura y el espaciamiento de las discontinuidades, fue evaluado por
Miranda, R. A, (2005) obteniendo un valor de 1x 10-4 cm/seg; dicho valor es
importante cuando se necesita una estimación cuantitativa del valor de
permeabilidad global, pero no es útil al tratar de evaluar el potencial de
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conductividad hidráulica de un conjunto de discontinuidades cuando debe ser
evaluada la posible dirección de migración del flujo con respecto a la relación
geométrica entre los planos de discontinuidad y el eje de una estructura.
7.1
VARIABLES
DETERMINANTES
DEL
POTENCIAL
DE
CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA DE LA ROCA DE FUNDACIÓN DE UNA
PRESA DE CONCRETO.
Un macizo rocoso fracturado es un medio de propiedades, características y
respuestas geomecánicas heterogéneas, que dependen
directamente del
tipo de roca y de su entorno geológico-estructural; es así como las
discontinuidades de una macizo rocoso, son canales cuya orientación,
geometría y características dependen del tipo de roca y de los fenómenos
que ha sufrido está a lo largo de su historia; por tal razón es importante
prever, que las unidades de diferente litología o de asociación estratigráfica
diferente van a presentar diferencias notables en las características de sus
discontinuidades, tales como, orientación, espaciamiento, continuidad, forma,
rugosidad, grado de meteorización de las paredes de la discontinuidad,
abertura y relleno, las cuales son determinantes del potencial de
conductividad hidráulica.
7.1.1
Orientación. De los métodos anteriormente mencionados podría
afirmarse, que sólo el SMR, el cual es enfocado a estabilidad de taludes,
evalúa la orientación de las discontinuidades para analizar la probabilidad de
falla tipo cuña o planar, y sólo algunos métodos como el Q, evalúa el número
de familias de discontinuidades asociadas, afirmando que entre mayor es el
número de familias de discontinuidades, más baja es la calidad de la roca en
términos de resistencia y estabilidad. En determinados casos, algunas
metodologías evalúan la frecuencia y orientación de las discontinuidades
para definir si es posible tener interbloqueo de los fragmentos de roca, el cual
contribuya a la estabilidad del macizo rocoso.
103
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A partir de los análisis obtenidos en esta investigación se considera que para
evaluar la conductividad hidráulica, más importante que evaluar el número de
familias de discontinuidad o su frecuencia, es determinar, si la orientación de
tales discontinuidades es favorable con respecto a la orientación del eje de la
presa es decir si es un canal que puede conducir agua desde el embalse a la
cara de aguas abajo de la presa, o si debido a la disposición geométrica de
varias discontinuidades se puede formar una red de flujo a través de la roca
de fundación hacia la cara de aguas abajo de la presa.
7.1.2 Espaciamiento. “El espaciamiento de una familia de discontinuidades,
y la asociación de varias familias de discontinuidad, tiene una fuerte
influencia en la permeabilidad y en el patrón de flujo que se pueda dar dentro
de un macizo rocoso, en general la conductividad hidráulica de una familia de
discontinuidades va a ser inversamente proporcional al espaciamiento de las
discontinuidades” (Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas), lo que
implica que a menor espaciamiento, mayor numero de discontinuidades por
unidad de área, por tal razón se considera que las metodologías de
caracterización de macizos rocosos que utilizan este parámetro de
evaluación, presentan un enfoque favorable para evaluar la conductividad
hidráulica, pues aunque evalúen el macizo rocoso desde el punto de vista de
la estabilidad o la resistencia, consideran que a menor espaciamiento, menor
calidad geotécnica de la roca por lo tanto asumen menor calificación.
7.1.3. Continuidad. La continuidad condiciona la formación de bloques de
roca, por lo tanto en los métodos tradicionales como por ejemplo el RMR,
este parámetro es evaluado de manera favorablemente cuando las
discontinuidades presentan poca continuidad, debido a que el tamaño de los
sectores de roca sana y estable es mayor.
En el caso de evaluación de la conductividad hidráulica, una discontinuidad
altamente continua con determinada orientación puede ser un canal directo
104
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para conducir el agua desde el embalse hacia la cara aguas abajo de la
presa, de manera que la trayectoria del flujo va ser directa y el agua no va a
tener que establecer una red de flujo a través de varios planos de
discontinuidad. Por lo tanto se puede afirmar que el potencial de
conductividad hidráulica es directamente proporcional a la continuidad de las
discontinuidades.
7.1.4 Forma y Rugosidad. Aunque la evaluación de estos parámetros es
realizada por los métodos tradicionales de clasificación en términos de
resistencia al esfuerzo cortante, su valoración es altamente consecuente con
la evaluación de la conductividad hidráulica, pues ella está condicionada por
la tortuosidad del medio, la cual es directamente proporcional a la rugosidad
y forma de las paredes de las discontinuidades.
7.1.5 Grado de meteorización de las paredes de la discontinuidad. Este
parametro indica el grado de relación de las paredes de una discontinuidad
con agentes que propician la meteorización, por lo tanto es altamente
probable dado que el agua es un elemento común y altamente contribuyente
a la meteorización, una discontinuidad con sus paredes meteorizadas, sea o
haya sido un canal conductor, lo que indica su alto potencial de conductividad
hidráulica;
además
la
meteorización
desmejora
las
propiedades
geomecánicas de una roca, lo que puede desagregar la roca en fragmentos
fácilmente removibles.
7.1.6 Abertura. La abertura es considerada como un factor desfavorable
por los métodos convencionales de clasificación, y de igual manera es
desfavorable para la estanquidad de un embalse, ya que el caudal depende
de la sección del canal por el cual se de el flujo, lo que implica una relación
directa entre conductividad y abertura de las discontinuidades.
105
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7.1.7 Relleno. La evaluación del relleno es muy importante para evaluar la
conductividad de un macizo rocoso, a corto y a largo plazo. En los métodos
tradicionales de clasificación se analiza el comportamiento del material de
relleno con respecto al esfuerzo desestabilizador que éste pueda generar
incidiendo en la resistencia al esfuerzo cortante de las paredes de las
discontinuidades. Para evaluar el potencial de conductividad hidráulica lo que
interesa realmente es evaluar la permeabilidad y la durabilidad o resistencia
a la remoción y a la disolución del material de relleno, pues es más favorable
tener un material de relleno de baja permeabilidad como arcilla, clorita o
grafito, entre otros, a tener una discontinuidad limpia, donde el relleno no
condiciona el paso de agua.
Con base en los análisis realizados en este estudio, a continuación se
presenta una propuesta de valoración de los parámetros característicos de
las discontinuidades de un macizo rocoso (tabla 7.1) consideradas como
determinantes del patrón de flujo, y se presenta una metodología básica de
evaluación del potencial de conductividad hidráulica, en porcentaje, para un
conjunto de discontinuidades (tabla 7.2), en la cual se tiene en cuenta para
cada parámetro un valor de ponderación empírico.
En la fórmula de evaluación plantada, 3,9 y 15,6 son factores de ajuste para
obtener calificaciones válidas sobre el 100%.
106
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Tabla 7.1. Propuesta de valoración de los factores que determinan el flujo.
Características
Factor geométrico
de orientación
FGO
Abertura (FA) en
milímetros
Categorías
Calificación
Angulo menor del rumbo con
respecto a eje de la estructura
Buzamiento
Continuidad (FC)
(metros)
Forma (FF)
Espaciamiento
(FE)
en metros
0-30°
30-60°
60-90°
5 (AB)
4 (AB)
3 (AB)
1 (AR)
2 (AR)
3 (AR)
Intermedio
30 -60º
3 (AB)
2 (AB)
1 (AB)
1 (AR)
2 (AR)
3 (AR)
Perpendicular a sub-perpendicular
60 -90º
2 (LA)
1 (LA)
2 (LA)
3 (EM)
4 (EM)
2 (EM)
Cerrada
< 0,1
1
0,1 - 1.0
3
>1
5
Relleno poco o no permeable
I
1
Relleno permeable
II
2
Relleno susceptible a disolución
III
3
Relleno susceptible al arrastre
IV
4
Limpia
V
5
Muy poco continua
<1
1
Poco continua
1-3
2
Parcialmente abierta
Moderada continua
3 - 10
3
Altamente continua
10 - 20
4
> 20
5
Irregular
I
1
Rugosa
II
3
Lisa
III
5
Escalonada
I
1
Ondulada
II
3
Plana
III
5
Muy espaciadas
>3
1
Espaciadas
1-3
2
0,3 - 1
3
0,05 - 0,3
4
< 0,05
5
I
1
Descolorida y manchada
II
2
Moderadamente meteorizada
III
3
Altamente meteorizada
IV
4
Descompuesta
V
5
Moderadamente espaciadas
Juntas
Muy juntas
Fresca
Grado de
meteorización
de las paredes de
la discontinuidad
(FGM)
60-90°
0 - 30º
Muy continua
Rugosidad (FRU)
30-60°
Paralelo a sub-paralelo
Abierta
Relleno (FR)
0-30°
Orientación del buzamiento: AB, aguas abajo; AR, aguas arriba; LA, ladera;
EM, embalse.
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Tabla 7.2. Propuesta de evaluación del potencial de conductividad hidráulica
de una familia de discontinuidades.
PCH % =
( FGO + 0.8FA + 0.6 FR + 0.5FC + 0.4 FRU + 0.3FF + 0.2 FE + 0.1FGM ) − 3.9
*100%
15.6
PCH (%)
Potencial de Conductividad hidráulica (PCH)
0 - 25%
25 - 50%
50 - 75 %
75 - 100%
Bajo
Moderado
Alto
Muy alto
Para utilizar esta propuesta es necesario contar con un análisis geológico –
estructural, a partir del cual se diferencien las discontinuidades orientadas
hacia la cara aguas abajo de la presa, a las cuales se les aplique la
valoración; se deben diferenciar zonas de igual litología o/y facies
mineralógica
y
de
comportamiento
geomecánico
homogéneo,
pues
dependiendo del tipo de roca, la composición mineralógica, el grado de
meteorización y los eventos transcurridos a lo largo de la historia geológica,
cada tipo de roca va a presentar diferentes patrones característicos de sus
discontinuidades. Por lo tanto, una discontinuidad que presente un trazo
continuo a través de dos tipos de roca diferentes, debe evaluarse por
separado en cada tipo de roca; así mismodependiendo del tipo de contacto
litológico, la zona cercana a él debe valorarse como una unidad diferente.
FGO, Factor de orientación geométrica. Se refiere a la calificación que
recibe una discontinuidad por encontrarse mejor o peor orientada con
respecto a la posición geométricamente más favorable para facilitar la
migración de agua desde el embalse a la cara aguas abajo de la presa. Este
factor está condicionado por la relación entre el menor ángulo formado entre
el rumbo del plano de discontinuidad y el eje de la estructura, y por el ángulo
de buzamiento.
FA, Factor de abertura. Para evaluar la abertura se ha propuesto utilizar
tres denominaciones, discontinuidades cerradas para aberturas menores de
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0.1 mm, que es el valor por debajo del cual se estima que las fuerzas de
tensión
superficial
no
permiten
el
flujo
de
agua;
discontinuidades
moderadamente abiertas para aberturas mayores de 0.1 mm y menores de
1mm, abertura que correspondería a una permeabilidad de 1x10-4 cm/s a
1x10-1 cm/s para una frecuencia de una discontinuidad por metro, y abiertas
para discontinuidades de abertura mayor a 1 mm, es decir con una
permeabilidad mayor de 1x10-1 cm/s para una frecuencia de una
discontinuidad por metro (Louis 1969).
FR, Factor de relleno de las discontinuidades. La propuesta de evaluación
de esta característica se basa en la estimación de la permeabilidad a corto y
largo plazo (tabla 7.3).
Tabla 7.3. Propuesta de categorización de los tipos de relleno para evaluar el
potencial de conductividad hidráulica de una familia de discontinuidad.
Grado
I
Tipo de relleno
Relleno poco o no
permeable
II
Relleno permeable
III
Relleno susceptible a
disolución
IV
Relleno susceptible al
arrastre
V
Limpia
Características
Permeabilidad cercana a cero o nula. No existe
migración de fluidos a través de la discontinuidad.
Permeabilidad del canal, condicionada por la
permeabilidad del material de relleno.
Permeabilidad del canal condicionada a aumentar en el
momento en que las condiciones físico químicas
ocasionen la disolución del material de relleno.
Permeabilidad del canal condicionada a aumentar en el
momento en que el material de relleno sea arrastrado
por el flujo de agua.
Canal limpio,
la permeabilidad es función de la
abertura, forma y rugosidad de las paredes de la
discontinuidad.
FC, Factor de continuidad. Para la categorización de esta característica se
proponen los intervalos sugeridos por la Sociedad Internacional de Mecánica
de Rocas.
FRU, Factor de rugosidad, FF, Factor de Forma. Para la valoración de
estas característica se proponen una simplificación de las categorías
sugeridas por de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas.
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FE, Factor de Espaciamiento. Para la categorización de esta característica
se sugieren los intervalos propuestos por Deere (1968).
FGM, Factor de grado de meteorización de las paredes de la
discontinuidad. Se recomienda utilizar un simplificación de las categorías de
caracterización propuestas por la Sociedad Internacional de Mecánica de
Rocas, en la cual se excluye la categoría VI, asociada al grado de
meteorización más avanzado, equivalente a suelo residual.
De acuerdo con los análisis realizados, el total de datos tomados en campo
para la caracterización del macizo rocoso de Porce II no son adecuados para
evaluar el potencial de conductividad del macizo con la propuesta planteada
en este trabajo, pues la toma de datos no tuvo en cuenta las limitaciones
anteriormente expuestas. Por lo tanto a manera de ejemplo se aplicó dicha
metodología a seis conjuntos de discontinuidades representativos de la parte
media del macizo rocoso, de los cuales tres fueron caracterizados con
filtración y 3 secos; los resultados obtenidos fueron altamente consecuentes
con la realidad, pues las discontinuidades caracterizadas con flujo de agua
obtuvieron valores mayores del 70% de PCH, es decir de alto potencial de
conductividad (tabla 7.4).
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Tabla 7.4. Ejemplo de aplicación de la propuesta de potencial de conductividad.
TIPO
1.Diaclasa
2.Diaclasa
3.Diaclasa
4.Diaclasa
5.Diaclasa
6.Falla
FACTORES
1
2
3
4
5
6
BUZAMIENTO AZIMUT
90
20
30
86
90
22
045
090
090
275
050
085
FGO
2
2
3
4
2
2
CONTINUIDAD
(m)
ABERTURA
(mm)
1.5
15
2
15
1
0
3
0
0.5
0
15
50
FC
2
2
2
4
2
4
FA
1
5
1
3
1
5
RELLENO RUGOSIDAD FORMA
ESPACIAMIENTO
GRADO DE
(m)
METEORIZACION
FLUJO DE AGUA
II
V
V
V
V
II
L
I
I
L
L
I
P
O
O
P
P
O
0.5
0.4
0.8
0.35
7
0.4
I
II
I
I
I
III
NO
SI
NO
SI
NO
SI
2
5
5
5
5
2
FRU
5
1
1
5
5
1
FF
5
3
3
5
5
3
FE
3
3
3
3
1
3
FGM
1
2
1
1
1
3
%
PCH
31.8%
BAJO
77.6%
ALTO
28.0% MODERADO
72.9%
ALTO
44.9% MODERADO
71.0%
ALTO
FR
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8. CONCLUSIONES
1. La tendencia estructural del sitio de presa presenta una orientación
preferencial NW, asociada a los esfuerzos tectónicos que dieron lugar
al patrón de fracturamiento regional.
2. Las discontinuidades orientadas N40°-60°W/ 60°-80°SW se presentan
de manera homogénea en varias unidades litológicas de la zona en
estudio, y son la respuesta de las rocas a un esfuerzo tectónico de
escala regional; los demás patrones de discontinuidad encontrados a
escala de la fundación de la presa, mostraron claramente una
tendencia estructural
diferente a las direcciones de discontinuidad
cartografiadas a nivel regional y pueden ser agrupados en dos
conjuntos no conjugados, orientados EW / 80°-85° y N45°-50°E/45°80°SE, que pueden deberse a un evento tectónico local de menor
magnitud.
3. El 60% de las discontinuidades del macizo rocosos de Porce II, las
cuales presentan una tendencia estructural de orientación N40º-80ºW,
fueron evaluadas con alto potencial de conductividad hidráulica, por
encontrarse ubicadas de manera perpendicular o semi-perpendicular
al sentido de menor esfuerzo tectónico σ3.
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4. Las características de las paredes de una discontinuidad, están
determinadas en gran medida por el tipo de roca, su estructura y su
composición, de manera que es de esperarse que los macizos
rocosos conformados por cornubiana rica en cuarzo, como la de la
fundación de Porce II, presenten discontinuidades de características
semejantes a éstas.
5. Las discontinuidades altamente conductoras o que presentan
actualmente mayor caudal infiltrado, como la falla subhorizontal
descrita en el capítulo 4, actúan como disipadoras de presión, es
decir, constituyen
drenajes naturales, los cuales, si no presentan
tendencia a variar sus características , tales como abertura o relleno,
forma o rugosidad, y no presentan pérdidas de agua que puedan
afectar el funcionamiento del embalse, no deben ser consideradas
como perjudiciales para la seguridad de la presa.
6. Un análisis estadístico de frecuencias permite el reconocimiento de los
planos principales de discontinuidad. Trabajar con un modelo
estructural global, mediante un método estadístico, sub-valora los
planos de discontinuidad de baja persistencia, los cuales pueden ser
de alto potencial de conductividad hidráulica por su orientación.
7. Es recomendable para proyectos similares a Porce II, generar un
modelo geológico- estructural geométrico detallado, que permita
identificar cuales son las discontinuidades con orientación favorable o
desfavorable que pueden ser consideradas como planos potenciales
para conformar un red de flujo a través del macizo rocoso hacia la
cara de aguas abajo de la presa.
113
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8. Cada tipo de roca responde de manera diferente a los agentes
externos a los que esté sometida; en el caso de Porce II, el macizo
rocoso de fundación se encuentra conformado por dos tipos de roca
de génesis y composición muy distinta; por tal razón es de esperarse
que se presenten patrones de diaclasamiento localmente diferentes;
así como notables diferencias en las características de sus
discontinuidades.
9. En el momento de realizar la evaluación de un macizo rocoso de
fundación de una presa que exija roca de buenas características, es
conveniente entonces:
10. Cartografiar detalladamente los cuerpos de roca.
11. En las zonas de contacto de dos o mas unidades de roca, es importe
tener en cuenta que el comportamiento geomecánico de éstas va a
estar determinado por su asociación geológico espacial, por tal motivo
es importante asumir la zonas involucradas en el contacto (zonas de
ínter-digitación o falla) como una unidad independiente.
12. Con base a la ubicación y geometría del cauce del río y del eje
propuesto para la presa, se deben identificar las direcciones
favorables y desfavorables de los sistemas de discontinuidades que
se esperan encontrar en la fundación, para así poder proponer las
direcciones más adecuadas que deben tener los tranceptos
(scanlines) de levantamiento geológico-estructural y lograr muestrear
con la mayor frecuencia posible, los planos geométricamente
orientados como potenciales conductores de agua.
114
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13. Analizar los datos de manera independiente, tanto para cada unidad,
cada estribo y cada tramo de altura topográfica claramente definido.
14. Elaborar un modelo geológico- estructural geométrico para corroborar
la relación espacial entre los planos que debido a su orientación son
considerados potencialmente conductores.
15. Analizar el grado potencial de conductibilidad hidráulica de los planos
encontrados en relación a sus características, tales como tipo de
discontinuidad, relleno, abertura, forma, rugosidad y persistencia, etc.
16. La interpolación de los valores de RQD a partir de las perforaciones de
exploración de macizos rocosos fracturados es una herramienta muy
eficaz para determinar los sectores de mayor conductividad hidráulica.
17. La correlación de los datos de RQD y toma de inyección se hace más
precisa al comparar los perfiles de contornos con los datos lineales,
esto debido a que en un macizo rocoso la permeabilidad no depende
únicamente de las discontinuidades de un tramo de roca, sino que
depende del estado de la roca circundante al tramo evaluado.
18. El tipo predominante de discontinuidad asociada a flujo de agua a
través del macizo rocoso son las de tipo diaclasa, abiertas, sin relleno,
de forma plana, lisas, muy poco continuas y espaciadas.
19. En la tabla 8.1 se muestra un paralelo entre las categorías de
potencial de conductividad hidráulica relativa de cada uno de los tipos
de discontinuidad, a partir de su peso estadístico y del análisis
115
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conceptual individual de la asociación de características de cada tipo
de discontinuidad.
Tabla 8.1. Categorización estadística y cualitativa del potencial de
conductividad hidráulica.
Tipo de
discontinuidad
Diaclasa
Zona de
Cizalladura
Fisura
Falla
Bandeamiento
Potencial de
conductividad
hidráulico por
peso estadístico
Potencial de conductividad
hidráulico relativo a la
asociación de las
características
Muy Alto
Muy Alto
Alto
Alto
Muy Bajo
Moderado
Bajo
Moderado
Bajo
Muy Bajo
20. Los métodos tradicionales para la caracterización de macizos rocosos,
no califican de manera adecuada los parámetros evaluados con
respecto a la evaluación de la conductividad hidráulica de un macizo
rocoso.
21. La metodología propuesta por Louis (1967), para calcular la
permeabilidad de macizos rocosos fracturados, no asocia el suficiente
número de parámetros característicos de las discontinuidades, y
asume que la permeabilidad es isotrópica, de manera que no permite
evaluar el potencial de conductividad hidráulica con respecto a
determinada orientación.
22. El análisis geométrico realizado en la presa de Porce II indica que los
planos verticales son potencialmente planos de infiltración de agua del
embalse hacia profundidad, que al ser asociados con sistemas sub-
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horizontales pueden conformar redes de conductividad hidráulica
desde el embalse a la margen izquierda de fundación de la presa.
23. La propuesta de caracterización del potencial de conductividad
hidráulico presentada en este trabajo se basa en la asociación de las
características determinantes de la conductividad hidráulica de la
margen izquierda del macizo rocoso de fundación de la presa de
Porce II.
24. Dado que la propuesta de caracterización del potencial hidráulico
presentada en este trabajo involucra una valoración empírica de las
características propias de las discontinuidades de una zona en
particular, se considera que podrá requerir ajustes en la medida que
se aplique a zonas de diferentes características geológicas y
estructurales.
25. La aplicación de la metodología de caracterización del potencial de
conductividad hidráulica propuesta en este trabajo fue aplicada a
algunos sistemas de discontinuidad de la parte media del macizo
rocoso de fundación del a presa, obteniendo resultados muy
consecuentes con la realidad.
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