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GABRIEl AUVINET

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SOCIEDAD MEXI CAN.A DE MECANICA DE SUELOS. A. C.

IMPERMEABILIZACION DE LAGUNAS ARTIFICIALES

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IMPERMEABILIZACION DE LAGUNAS ARTIFICIALES

GABRIEL AUVINET

RAUL ESOUIVEL

SOCIEDAD MEXICANA DE MECANICA DE SUELOS. A. C.

MEXICO • ESPAÑA • VENEZUELA • ARGENTINA COLOMBIA • PUERTO RICO

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© Copyright, México, 1986 SOCIEDAD MEXICANA DE MECA~ICA DE SUELOS, A.C. Valle de Bravo 19, Col. Vergel de Coyoacán, 14340-México, D. F., México

La pres•mtación y disposición en conjunto de IMPERMEABILIZACION DE LAGUNAS ARTIFICIALES son propiedad de la SMMS. Ninguna parte de esta obra puede ser reproducida o transmitida, mediante ningún sistema o método, electrónico o mecánico (incluyendo el fotocopiado, la grabación o cualquier sistema de recuperación y almacenamiento de información), .•in consentimiento por e.•crito del editor.

Derechos reservados:

© 1986, EDITORIAL LIMUSA, S.A. de C.V. Balderas 95, Primer piso, 06040 México, D. F.

Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial. Registro Núm. 121

Primera edición: 1986 Impreso en México (6281)

ISBN 968-18-2342-7

MESA DIRECTIVA DE LA SOCIEDAD MEXICANA DE MECANICA DE SUELOS, A.C.

(1985- 1986)

Raúl López Roldán

Jorge Flores Núñez

Luis Montañez Cartaxo

Luis B. Rodríguez González

Carlos Casales Galván

Alfredo l. Mart ínez Cruz

Manuel Mendoza López

Héctor Va lverde Landeros

CONSEJO CONSULTIVO DE LA SOCIEDAD

Guillérmo Springall Cáram

Edmundo Moreno Gómez

Carlos Orozco y Orozco

Lui s Vieitez Utesa

Gabriel Moreno Pecera

iii

PROLOGO

El 62% de los mexicanos vive en las zonas áridas que abarcan prácticamente la mitad del territorio nacional y recibe menos del 10% de los recursos hidricos del pais. Estos simples datos muestran las dificultades a las que debe enfrentarse México para la mejor conservación, uso y reciclaje de su· agua.

Esta situación se agrava por la creciente demanda de generación de energía eléctrica y los múltiples desarrollos urbanos, industriales y agricolas, que obligan al uso cada vez más frecuente de grandes lagunas artificiales, cuya impermeabilización resulta imprescindible.

La Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, en su afán de divulgar las ex­periencias geotécnicas de importancia para el pais, solicitó la autoriza­ción de la Comisión Federal de Electricidad y del Instituto de Ingeniería, UNAM para publicar el trabajo "Impermeabilización de Lagunas Artificiales", realizado por los ingenieros Gabriel Auvinet Guichard y Raúl Esquivel Díaz en dicho Instituto para la CFE.

La profunda revisión que estos distinguidos miembros de la Sociedad Mexi­cana de Mecánica de Suelos hicieron de la literatura existente, aunada a su personal capacidad geotécnica, enriquecida con las experiencias obte­nidas en el diseño y la supervisión directa de la construcción de varias lagunas artificiales, dan relieve especial a la pressnte publicación. Es­ta cubre ampliamente los criterios de impermeabilización actuales e inclu­ye un capitulo de instrumentación y observaciones y dos anexos, uno rela­tivo a las experiencias obtenidas en algunas lagunas construidas en México y el otro a los ensayes de permeabilidad de campo y laboratorio usuales en este tipo de obras.

Seguramente, dado que se trata de una de las pocas publicaciones escritas en castellano sobre el tema, será una referencia valiosa para normar cri­terios de los responsables del diseño y construcción de lagunas artificia­les no sólo en México sino también en otros paises de habla hispana.

V

Raúl López Roldán Presidente SMMS (1985-86)

------------------------------------------------------

ESTANQUE DE ENFRIAMIENTO, PLANTA TERMOELECTRJCA DE RIO ESCONDIDO, COAH.

(Superficie: 300 ha, impermeabilizado con arcilla compactada )

CONTENIDO

l. INTRODUCCION

2.

3.

4.

DISEÑOS USUALES DE LAGUNAS

2.1 Concepción general 2.2 Diseño de bordos

2.3

2.2.1 Tipo de material constitutivo del bordo

2.2.2 Ancho de corona 2.2.3 Bordo libre (distancia vertical entre el nivel de

la corona y el nivel máximo normal del líquido) 2.2.4 Estabilidad de taludes de los bordos

2.2.5 Seguridad de la cimentación

2.2.6 Filtros 2.2.7 Protección contra oleaje y erosión

Obras auxiliares

2. 3.1 Obra de descarga de la alimentación 2.3.2 Cárcamo de bombeo

2.3.3 Obra de vaciado

EVALUACION DE LA NECESIDAD DE IMPERMEABILIZACION

3.1 Mecanismos de filtración 3.1.1 Estudio teórico de las infiltraciones 3.1.2 Mecanismos•secundarios de filtración

3.2 Estudio geoty~ico 3.2.1 Consideraciones generales 3.2.2 Exploración y pruebas de campo

3.2.3 Ensayes de laboratorio

3.3 Análisis económico de la conveniencia de impermeabilizar

TECNICAS DE IMPERMEABILIZACION

4.1 Consideraciones generales 4.2 Mecanismos de sellado natural y tratamientos químicos 4.3 Revestimientos rígidos

4.3.1 Revestimientos de concreto hidráulico y concreto lanzado

4.3.2 Revestimientos de suelo-cemento 4.3.3 Revestimientos de concreto asfáltico

4.4 Revestimientos flexibles 4.4.1 Membranas sintéticas

4.4.2 Membranas asfálticas 4.4.3 Elementos prefabricados a base de asfalto

4.4.4 Revestimientos a base de suelos compactados

V ii

Pág.

3

7

13

5. ALGUNOS ASPECTOS DE LA TECNOLOGIA DE LA IMPERMEABILIZACION CON SUELOS COMPACTADOS

5.1 Consideraciones generales 5.2 Selección de material 5.3 Preparación del material 5.4 Colocación 5.5 Protección 5.6 Efecto de la compos1c1on del fluido almacenado sobre la evalua­

ción de la permeabilidad

6. ALGUNOS ASPECTOS DE LA TECNOLOGIA DE LA IMPERMEABILIZACION CON MEMBRANAS SI NTETI CAS

7.

6.1 Consideraciones generales 6.2 Fabricación 6.3 Principales tipos de membranas

6.3.1 Cloruro de polivinilo (PVC) 6.3.2 Polietileno (PE) 6.3.3 Polietileno clorinado (CPE) 6.3.4 Hule butilo 6.3.5 Neopreno 6.3.6 Hypalon 6.3.7 Poliolefin elastizado (3110 o MX 2000)

6.4 Métodos de empalme 6.4.1 Método dieléctrico 6.4.2 Método térmico 6.4.3 Unión con solvent~

6.4.4 Unión con adhesivos

6.5 Selección del tipo de membrana

6.6 Instalación 6.6.1 Preparación del sitio 6.6.2 Nivel freático alto y zonas de emanación de gases

6.6.3 Colocación de la membrana

6.7 Subdrenaje 6.8 Protección 6.9 Detalles constructivos

6.10 Mecanismos de fa 11 a

INSTRUMENTACION Y OBSERVACION DEL COMPORTAMIENTO

7.1 Objetivos de la instrumentación 7.2 Instrumentación de los bordos

7.2.1 Asentamientos de la corona 7.2.2 Movimientos horizontales 7.2.3 Funcionamiento del filtro

7.3 Evaluación de la estanqueidad de la laguna 7.3.1 Medición de las filtraciones 7.3.2 Corrección por evaporación

viii

Pág.

17

21

37

8. CONCLUSIONES

9. REFERENCIAS

ANEXO!, ALGUNAS LAGUNAS CONSTRUIDAS EN MEXICO

I.A ESTANQUE DE ENFRIAMIENTO DE LA PLANTA TERMOELECTRICA DE RIO ESCONDIDO, COAH.

I.A.l Descripción general del proyecto I.A.2 Impermeabilización con un revestimiento de arcilla I.A.3 Bordos de tierra I.A.4 Estructura de toma I .A.5 Estructuras de purga I.A.6 Conclusiones I.A.? Referencias

I.B. LAGUNA DE CONCENTRACION Y VASOS DE CRISTALIZACION DE CERRO PRIETO, B.C.N.

I.B.l Descripción general del proyecto I.B.2 Condiciones del subsuelo I.B.3 Diseño geotécnico y construcción del estanque de

evaporación solar I.B.4 Diseño y construcción de las lagunas de cristalización I.B.5 Conclusiones I.B.6 Referencias

I.C DISEÑO DEL REVESTIMIENTO DE UN LAGO RECREATIVO

I.C.l Características del lago I.C.2 Subsuelo I.C.3 Evaluación del problema I.C.4 Referencias

I.D ANALISIS DE LA FALLA DE UN REVESTIMIENTO DE CONCRETO

Pág.

39

41

43

43

49

55

ASFAL TICO-ARCILLA 58

I. D.l Introducción I.D.2 Características del subsuelo y del lago artificial I.D.3 Configuración y profundidad de las grietas I. D.4 Interpretación I.D.5 Conclusiones I.D.6 Referencias

I.E REDUCCION DE LAS FILTRACIONES DE UNA LAGUNA DE PRUEBA CON UNA TRINCHERA DE LODO 62

I.E.l Introducción I.E.2 Subsuelo I.E.3 Trinchera de lodo (Slurry trench) I.E.4 Observación del comportamiento I.E.5 Conclusiones I.E.6 Referencias

ix

I.F LAGO NABOR CARRILLO, TEXCOCO

I.F.l Introducción I.F.2 Diseño de bordos I.F.3 Estanqueidad del lago I.F.4 Referencias

Pág.

64

ANEXO II. ENSAYES DE PERMEABILIDAD DE CAMPO Y DE LABORATORIO 67

II.A PRUEBAS DE CAMPO

II.A.l Prueba Lefranc-Mandel II.A.2 Prueba de Nasberg (Pozo de absorción) II.A.3 Método del permeámetro de pozo: prueba USBR E-19

II.A.4 Referencias

II.B PRUEBAS DE LABORATORIO

II.B.l Un permeámetro de carga variable II.B.2 Procedimiento de prueba II.B.3 Ejemplos de resultados II.B.4 Referencias

X

67

72

1. INTRODUCCION

La necesidad de almacenar volúmenes importantes de agua o de otros líquidos para fines de desarrollo urbano, industriales y agrícolas, obliga al hombre a construir cada vez con mayor frecuencia lagunas artificiales de grandes dimensiones. Los tipos más comunes de lagunas son los siguientes:

Almacenamientos de agua para riego

- Vasos reguladores para control de escurrimientos superficiales

- Almacenamientos de desechos líquidos industriales o de aguas negras

- Estanques de enfriamiento para plantas termo­eléctricas

- Lagunas de evaporación para la industria química

- Lagunas solares para la producción de energía eléc­trica

- Lagunas para piscicultura

- Lagos recreativos

-Almacenamientos utilizados como precarga para consolidación de suelos compresibles.

El diseño y la construcción de estas estructuras hidráulicas presentan problemas específicos que hacen que la tecnología usual de las presas no resulte

directamente aplicable en todos sus aspectos. En las lagunas artificiales, es común que se almacene un producto escaso, contaminante o de alto valor económico; el problema del control de filtraciones reviste entonces una especial importancia. Lo ante­rior ha dado lugar, principalmente en los últimos 20 años, al desarrollo de una gran variedad de técnicas de impermeabilización. Sin embargo, pocos ingenieros se encuentran preparados para decidir adecuadamente si la impermeabilización de una laguna es realmente necesaria y para escoger la técnica más apropiada para lograrla. A esta situación contribuye la información sesgada por intereses comerciales que es común encontrar en la literatura técnica o técnico-comercial.

El objetivo de la presente publicación es precisamente normar el criterio de los diseñadores y constructores de lagunas. La experi ene i a que los autores pretenden transmitir fue obtenida a través de una extensa revisión de la literatura y de su participación en el diseño y supervisión directa de la construcción de varias obras de este tipo en México (Anexo I). Su especialización en geotecnia les hizo tender naturalmente a desarrollar más en detalle el problema de la evaluación de la necesidad de la impermeabiliza­ción, incluyendo el estudio geotécnico del sitio de construcción y los métodos de impermeabilización a base de suelos compactados que, frecuentemente, son además los más adaptados a las condiciones nacionales. Sin embargo, el lector encontrará también en esta monografía una revisión completa de los diferentes métodos alternativos de impermeabilización.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2. DISEÑOS USUALES DE LAGUNAS

2.1 Concepción general

La selección del sitio para la construcción de una laguna debe tomar en cuenta principalmente los siguientes factores: capacidad de almacenamiento requerida, necesidades de elevación (presión), topografía, estudios de impacto ambiental, disponibi­lidad y costo del terreno e información geotécnica preliminar.

Las lagunas artificiales se construyen generalmente por excavación del terreno natural y formación de un bordo perimetral a fin de aumentar la capacidad de almacenamiento. Una parte del agua queda entonces retenida abajo del nivel del terreno natural y otra parte arriba (fig 1). Si el suelo natural presenta características adecuadas, el producto de la excavación se emplea para la construcción del bordo. Con frecuencia, el almacenamiento se sobreexcava a mayor profundidad que la re~erida por el proyecto ya que los depósitos natura 1 es de suelo norma 1 mente no tienen las características adecuadas para un desplante directo. Se sustituye entonces el material sobre­excavado por un relleno seleccionado bien compactado. Cuando la permeabilidad del terreno y de 1 os bordos o las características del fluido almacenado lo hacen necesario, los taludes y el fondo se recubren con un revestimiento impermeabilizante adecuado que reduce las pérdidas de líquido por filtración.

La" principal ventaja de las lagunas construidas en esta forma es su bajo costo. Con el advenimiento de equipo pesado para movimiento de tierras, este tipo de construcción puede real izarse en forma eficiente y económica, lo que explica que las lagunas artifi­ciales tengan actualmente tanta aceptación.

Nota: Sin escala

Aun cuando la forma en planta de la laguna puede ser cualquiera, lo comGn es que sea simple para facilitar la construcción: rectangular o cuadrada. Las lagunas cuentan generalmente con diversas obras auxiliares, principalmente: obra de descarga de la alimentación, cárcamo de bombeo y obra de vaciado o válvula para sedimentos.

2.2 Diseño de bordos

Los bordos suelen diseñarse recurriendo a las técnicas usuales para presas pequeñas (refs 1 a 3). Destacan los aspectos siguientes:

2.2. 1 Tipo de material constitutivo del bordo

El bordo puede construirse con muy diversos materiales térreos. Si 1 a laguna va a ser impermeabilizada con un revestimiento continuo, el material puede ser inclusive permeable. Generalmente, la secc1on transversal del bordo es de tipo homogéneo u homogéneo modificado con filtro horizontal o vertical (2.2.6). Para bordos sin revestimiento impermeable los material es deben seleccionarse tomando en cuenta su clasificación dentro del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (ref 3) y su correspondiente susceptibilidad a diferentes procesos que pueden afectar el comportamiento del bordo y en particular la erosión y el agrietamiento (ref 4). En general, es conveniente evitar el uso de materiales orgánicos, erosionables o demasiado plásticos.

2.2.2 Ancho de corona

La corona de los bordos de lagunas no debe tener un ancho menor que el requerido para que el equipo de

Bordos compactados

Fig Sección transversal típica de una laguna construida por excavación y formación de bordos

3

------ --------------------------------------------

compactación pue~a trabajar en bu~nas condiciones (genera 1 mente mas de 3 m). Además, e 1 ancho debe ajustarse en su caso a las necesidades de tránsito para la operación de las lagunas. El ancho Útil no i nc 1 uye 1 os sobreespesores de materia 1 sin compactar que suelen agregarse a la sección de proyecto ni la protección contra o 1 e aje. Conviene ser generoso en la selección del ancho para evitar accidentes durante y después de la construcción.

2.2.3 Bordo libre (distancia vertical entre el nivel de la corona y el nivel máximo normal del líquido)

Con excepción del caso de los vasos reguladores, la definición del bordo libre no depende, como en el caso de las presas, de eventuales avenidas máximas puesto que la alimentación de la laguna se hace, en la mayoría de los casos, por bombeo. Por otra parte, las lluvias, por abundantes y prolongadas que sean, solamente pueden provocar una elevación de nivel del orden de algunos centímetros. General mente, es suficiente tomar en cuenta los conceptos siguientes:

- Sobreelevación del agua causada por el viento al actuar sobre el área de almacenamiento

La so bree l evac i ón depende de la dimensión del área expuesta en dirección del viento hacia el bordo (fetch) y de la profundidad media de la laguna (ref 2). En el caso de las lagunas artificiales, la definición del fetch se enfrenta a la dificultad de evaluar la protección contra el viento que proporciona el bordo perimetral. Es conveniente ser conservador en este aspecto y, salvo estudios especiales, considerar como fetch la longitud total de la laguna en la dirección del viento.

-Altura de rodamiento de las olas sobre el talud arriba del nivel de agua de referencia

Esta altura es del orden de la ola máxima (cresta a valle) para bordos con protección pétrea y con tal u des de 2 a 3 horizontal por 1 vertical, pero puede alcanzar el doble para superficies lisas, en particular para revestimientos sintéticos (ref 2).

- Asentamiento de la corona

El asentamiento de la corona depende del tipo de material de cimentación y del empleado para la construcción del bordo, así como de la posibilidad de saturación de los mismos. Puede estimarse por las técnicas usuales de mecánica de suelos o ITiedlan~e relaciones empíricas (ref 2).

- Margen de seguridad

El margen de seguridad en el caso de lagunas artificiales puede ser menor que para bordos tradicionales sometidos a avenidas de difícil pre­dicción; sin embargo, debe tomarse en cuenta la profundidad de agrietamiento por secado. Genera 1-mente, un valor del orden de 50 cm es el mínimo margen de seguridad aceptable.

El bordo libre respecto a la altura máxima de operac10n de la laguna debe ser igual a la suma de las cuatro magnitudes anteriores. Si el valor obtenido conduce a grandes vo 1 úmenes de terracerí as, es conveniente evaluar las ventajas económicas que puede presentar emplear un

4

deflector de olas por lo menos en las zonas más expues­tas, y reducir el bordo libre (ref 5).

2.2.4 Estabilidad de taludes de los bordos

La estabilidad de los tal u des de los bordos peri­metrales no plantea generalmente problemas serios puesto que los terraplenes son de poca altura. Además, la pendiente de los taludes queda frecuente­mente definida por el tipo de cimentación o de revestimiento con el que se recubren, más que por consideraciones de estabilidad del bordo. Sin embargo, es conveniente que, en todos los casos, se revise el factor de seguridad de los taludes para las condiciones más críticas previsibles y en particular para la condición de vaciado rápido que podría presentarse en caso de emergencia. Lo anterior es particularmente cierto si se usan para la construcción materiales blandos con alto grado de saturación, lo que además no es recomendable por otros motivos (posibilidad de agrietamiento, asentamientos ex ces i­vos, etc).

2.2.5 Seguridad de la cimentación

Es importante verificar la posibilidad de falla por deslizamiento a lo largo de una superficie que pase por un estrato de material de baja resistencia de la cimentación. Conviene tomar en cuenta que la presencia de un almacenamiento d~ agua puede reblande­cer por saturación materiales que, en estado seco, presentan una alta resistencia. Es necesario revisar además la posibilidad de falla por tubificación del suelo de cimentación (ref 6).

2.2.6 Filtros

La incorporación de un filtro dentro del cuerpo del terraplén es una precaución costosa pero frecuente­mente justificada, en particular en los casos siguientes:

-Si existe peligro de agrietamiento vertical por asentamientos diferenciales debidos a la compresibi­iidad y heterogeneidad de la cimentación.

- Si los materiales constitutivos del bordo son erosionables o dispersivos (ref 7).

En ambos casos, la función del filtro es evitar que el agua infiltrada alcance a salir por el talud seco del bordo y se in i e i e un proceso de erosiÓn di recta o regresiva (tubificación).

Los tipos de filtros más comunes son los que se presentan en la fig 2.

El filtro horizontal de la fig 2a es el más económico y fácil de construir; sin embargo, su eficiencia para abatir la línea superior de flujo depende de la relación entre permeabilidad horizontal y vertical obtenida en el cuerpo del bordo, la cual puede ser muy sensible a defectos en el procedimiento constructivo y en particular a una deficiente liga entre capas compactadas.

La chimenea vertical presenta mayor probabilidad de un buen comportamiento puesto que interrumpe necesariamente el flujo del agua. Para que pueda ser construida en buenas condiciones, su ancho no debe ser menor de 60 cm. Es necesario evitar la contamina-

ción de la arena con el material más fino del terraplén. Generalmente, la arena se compacta por vibración en seco o en estado totalmente saturado. La chimenea de arena debe combinarse con un sistema de drenaje que conduzca el agua infiltrada hacia el exterior. Este sistema puede consistir en tramos de filtros horizontales ligados a la chimenea o en tubos de concreto perforados. Esta última solución debe evitarse si se cuenta con suficiente material granular, debido al peligro siempre existente de rotura de los tubos enterrados.

[Bordo compactado

~" hod"""' (continuo)

¡_-. ·. ·o:;c:::Qjf'

o) Horizontal

: / #A~z b) Vertical (e himeneo)

Fig 2 Filtros usuales

El material empleado para el filtro puede ser una arena para concreto (ASTM C 33) si el cuerpo del bordo es de arcilla, o una arena para asfalto si el material es limoso. Una discusión detallada de los criterios para el diseño de filtros se presenta en la ref 8.

2.2.7 Protección contra oleaje y erosión

La protección con enrocamiento es la más común en el caso de bordos no revestidos. La dimensión de las rocas y el espesor de la protección dependen de la pendiente del talud y de la altura de la ola máxima esperada. Al respecto, pueden aplicarse los criterios usuales para la protección de presas (refs 3 y 9). Generalmente, la protección pétrea se coloca sobre un filtro de material granular más fino que retiene el suelo compactado del bordo y queda a su vez retenido por el enrocamiento (fig 3). También se han usado geotextiles en sustitución del filtro de arena (anexo I.F).

Cuando se encuentren dificultades para conseguir rocas de tamaño suficiente, es posible recurrir a gaviones, es decir, a jaulas de alambrada que se rellenan con piedras. Esta solución es costosa y sólo debe considerarse para las zonas más afectadas por el oleaje o como medida correctiva en caso de fallas locales.

5

Deflector (opcional)-,

grava-areno

~ Bordo compactado

Fig 3 Ejemplo de protección contra oleaje a base de enrocamiento

Los bordos pueden también protegerse contra erosión con suelo-cemento (refs 10 y 11). Se usan general­mente suelos arenosos con 10 a 25% de finos en espesores no menores de 60 cm perpendicularmente al talud. Se han construido inclusive bordos completos con suelo-cemento (ref 12).

También es posible emplear protecciones a base de concreto hidráulico o asfáltico semejantes a las usadas para revestimiento de canales (refs 3 y 13).

Finalmente, debe mencionarse que, recientemente, se han desarrollado nuevos productos prefabricados constituidos por bloques de concreto 1 igados a una tela filtrante, que pueden colocarse por paneles completos con una pequeña grúa (ref 14). Existe todavía poca experiencia con estos productos, en part i cu 1 ar respecto a 1 comportamiento a 1 argo p 1 azo de la tela sintética.

Los bordos recubiertos con una membrana sintética impermeable se encuentran parcialmente protegidos contra erosión y oleaje. Sin embargo, el oleaje puede llegar a maltratar mecánicamente las membranas delgadas y contribuir a romperlas junto con los agentes ambientales (radiación solar, viento, etc) y 1 os residuos só 1 idos flotantes (troncos, etc). En general, es por tanto conveniente prever en el diseño una protección complementaria a base de material granular (grava o enrocamiento) o contreto hidráulico o asfáltico.

2.3 Obras ·auxiliares

2.3. 1 Obra de descarga de la alimentación

En general, las lagunas artificiales están alimentadas por una tubería conectada . a pozos, por un acueducto proveniente de algún río, por la descarga de una planta industrial, etc. Para la recepción de esta alimentación, es conveniente construir una pequeña estructura cuya función es impedir la erosión de los bordos o del fondo de la laguna bajo el efecto del chorro de la descarga. Esta estructura puede ser desde una simple protección local de enrocamiento o concreto hasta un cárcamo con vertedor que permita mantener constante el nivel de descarga y con ello haga posible que las bombas trabajen en condiciones constantes de carga hidráulica.

------·---·-----------------------------------------------------------------------------------------------

2.3.2 Cárcamo de bombeo

Para recuperar el liquido almacenado en la laguna es necesario en muchos casos disponer de un cárcamo de bombeo. En el caso de laguna5 para enfriamiento en las que se recirculan volúmenes importantes de agua, esta estructura es de grandes dimensiones (anexo I.A). Puede ser necesario proteger las bombas con un sistema de rejillas que retenga las plantas y desechos que pudieran dañarlas. Es preferible que las tuberias del sistema de bombeo no pasen a través del bordo perimetral abajo del nivel del almacenamiento. Numerosas fallas han sido registradas debido a filtraciones y erosión en el contacto entre tubería y terraplén.

6

2.3.3 Obra de vaciado

Las lagunas de cierta importancia deben contar con una obra de vaciado que permita purgarla para mantenimien­to y/o para evacuar rápidamente el fluido almacenado en condiciones controladas en caso de falla incipiente de bordos u otros tipos de emergencias. El gasto que debe poder pasar por esta obra es el máximo compatible con la capacidad de absorción del sistema hacia el cual se descarga el fluido (drenaje, río, etc). Siempre deben analizarse con cuidado las consecuencias que tendría un vaciado de emergencia en dicho sistema y en particular su impacto humano y ecológico (inundación, contaminación, etc). Para evitar la posibilidad de derrames incontrolados, es necesario prever canales o tuberias para canalizar el flujo hacia el sistema receptor. Las lagunas impermeabili­zadas con una membrana sintética cuentan generalmente con una válvula de fondo para extracción de sedimentos.

3. EVALUACION DE LA NECESIDAD DE IMPERMEABILIZACION

Es necesario realizar un estudio cuidadoso para evaluar si una laguna debe impermeabilizarse. La decisión dependerá de la magnitud de las filtraciones previsibles, del tipo de líquido almacenado y de consideraciones econÓmicas y ecológicas.

3.1 Mecanismos de filtración

3. l. 1 Estudio teórico de las infiltraciones

Las pérdidas de agua por infiltración hacia el sub­suelo en condiciones de flujo establecido para almacenamientos superficiales están regidas por las ecuaciones de flujo en medios porosos.

En cualquier punto del suelo a través del cual ocurre el flujo se cumple la ecuación diferencial de Laplace:

( 1 )

donde:

k , k , k son los coeficientes de permeabilidad x Y z en las dos direcciones horizontales

y la vertical, respectivamente

h es la carga hidráulica.

Dependí en do de las condiciones de frontera prevale­cientes, la ecuación diferencial anterior (problema de Dirichlet), corresponderá a diversos mecanismos de filtración.

En las figs 4 a 6 se ilustran tres de los mecanismos de filtración más comunes. En los tres casos se ha supuesto que la permeabilidad de los bordos es despre­ciable respecto a la del terreno natural sobre el que se desplantan.

El mecanismo se presenta cuando la posición del nivel freático puede considerarse como una condición de frontera fija del problema. El líquido se infiltra entonces en forma esencial mente vertical descendente del almacenamiento al manto acuífero. Para que prevalezca esta condición, es necesario que las infiltraciones no alteren en forma significativa el nivel freático. Lo anterior ocurre cuando el manto acuífero tiene una posibilidad de descarga muy superior a las aportaciones por filtración del almacenamiento. En este caso, el gasto por filtración es proporcional al área del almacenamiento y al coeficiente de permeabilidad vertical de los estratos superiores del subsuelo y puede calcularse simplemente aplicando la ley de Darcy (fig 4).

7

El mecanismo II corresponde a suelos sensiblemente homogéneos en los cuales las filtraciones son suficientes para elevar la posición del nivel freático en el área del almacenamiento. En este caso, el flujo tiende a generarse exclusivamente debajo de los bordos perimetrales. El gasto por filtración es entonces proporcional a la longitud de los bordos y depende de los coeficientes de permeabilidad del suelo (tanto horizontal como vertical) y de la diferencia entre el nivel del almacenamiento y el nivel freático inducido en la periferia del estanque (generalmente definido por las condiciones de drenaje superficial). Las dimensiones de la laguna afectan el gasto por metro lineal de bordo puesto que de ellas depende el número de canales de flujo que puede generarse ( fi g 5).

Conviene hacer notar que la existencia de un mecanismo del t1po I o II no depende solamente de las condicio­nes físicas del subsuelo sino también de las dimensiones de la laguna y de la posición del nivel freático. Para una laguna y un subsuelo dado, si el mecanismo I da un gasto mayor que el mecanismo Il, el segundo es el que prevalece. Esta situación es generalmente la que se da en lagunas grandes salvo condiciones especiales (anexo I.A); al contrario, en lagunas pequeñas, es común la situación inversa.

El mecanismo III se presenta cuando existe una capa continua prácticamente impermeable a determinada profundidad. Las condiciones de flujo del mecanis­mo II se modifican entonces en la forma indicada en la fig ,6. Cuando existe una situación de este tipo, es comun que se proponga la intercepción de las filtraciones mediante una trinchera de material impermeable (fig 7). Debe hacerse notar que, para que la trinchera sea útil, es necesario que su permeabi 1 idad sea muy baja respecto al terreno superficial natural y que abarque todo su espesor. Se sabe que la eficiencia de pantallas parciales es muy baja (ref 15). En el anexo I.E se analizan los resultados obtenidos al usar una pantalla perimetral para reducir las filtraciones de una laguna de prueba.

Los métodos analíticos, gráficos y numéricos que permiten calcular el gasto de filtración para un mecanismo dado, pueden consultarse en las refs 3, 15 y 16.

3. 1.2 Mecanismos secundarios de filtración

Además de presentarse a través de los mecanismos descritos en el inciso anterior, las filtraciones pueden ocurrir debido a diversas condiciones peculia-

Bordos supuestos

- -. t+D ( ) Gasto de infiltración ( m3/s) Q =kv A 0 Dorcy

kv:Coeficiente de permeabilidad vertical del subsuelo, m/s

A: Areo del fondo del olmocenomiento,m2

t : Tirante, m

0: Profundidad del mvel fréatico (N F) ,m

Fig 4 Mecanismo de infiltración No. 1

Gasto de infiltrociÓn(m3/s) a= k L h ~ ne k : Coeficiente de permeabilidad

del subsuelo, m/s

L: Perímetro del estonque,m

h : Diferencio de niveles en el ogua,m n¡ ( · f · 1 "ñé :Factor de formo No.de lmeas de luJO No. de

equipotencioles ),cercana o 1 si el subsuelo es homogéneo y la laguna es de grandes dimensiones

Fig 5 Mecanismo de infiltraciÓn No. 2

8

. Í ~ / Aplicable la fÓrmula del >( _ r--'\ )'--.__ mecanismo No.2 con

/ '..../ 1 \._..... \ n / -L _...,.- \ ...!..<< 1 1 1 ¡ 1 \ ne

nnL >nn ;~ ;;;; L;; t > » ), ;; > );; ;; » /,, n Estrato impermeable

Fig 6 Mecanismo de infiltración No. 3

res del sitio o a defectos constructivos de los bordos o de su cimentación.

Oquedades o grietas en el suelo de desplante

La presencia de oquedades y grietas en el suelo de cimentación puede obviamente ser una fuente de filtraciones importantes. Estas oquedades y grietas pueden ser naturales (por ejemplo en suelos calizos cársticos o rocas lávicas porosas) o ser producto de la actividad del hombre. Los problemas que se encontraron para la construcción de lagos recreativos en la zona mi nada del Nuevo Bosque de Chapultepec de la Ciudad de México constituyen un ejemplo de este último caso (cavernas de minas de arena, ref 17).

- Agrietamiento por secado ¡le materiales arcillosas superficiales

En suelos muy plásticos, es común que se presenten arriba del nivel freático numerosas grietas por secado que no se cierran al llenarse las lagunas y dan lugar a filtraciones cuantiosas aun cuando el suelo en sí tenga una baja permeabilidad.

- Grietas en los bordos construidos sobre terreno blando por asentamientos diferenciales de los mismos.

Los bordos desplantados sobre suelos muy compres i­bles heterogéneos o de espesor variable pueden presentar grietas verticales transversales que, si alcanzan el nivel del agua, pueden ser el origen de una falla del bordo por erosión.

Fracturamiento hidráulico del subsuelo en caso de terrenos muy blandos.

En suelos extremadamente blandos como los de la zona compresible del Valle de México, el llenado rápido de una laguna o la falla del revestimiento impermeable de la misma pueden provocar en el sub­suelo profundas grietas por fracturamiento hidráuli­co, en las cual es la laguna se vacía en un tiempo extremadamente corto. Un ejemplo de falla de este tipo y una interpretación del mecanismo de agrieta­miento correspondiente se presentan en el anexo I.D.

- Contacto defectuoso entre bordos y suelo de desplante

Este mecanismo de filtración es extremadamente común

9

Bordo supuesto impermeable

Fig 7 Pantalla vertical para reducir filtraciones

y se presenta cuando los bordos se desplantan sobre el terreno natural sin desmontar ni despalmar adecuadamente. Cuando la capa superficial es permeable, es necesario interrumpir el flujo mediante una trinchera rellenada con suelo compactado o una trinchera de lodos (anexo I.E).

- Contacto defectuoso entre capas compactadas de los bordos

Las deficiencias en la liga entre capa y capa al construir bordos de ti erra compactada pueden dar lugar a discontinuidades horizontales que incremen­tan considerablemente la permeabilidad del bordo. En los material es compactados abandonados sin protección durante periodos prolongados se presentan grietas por secado que pueden tener consecuencias semejantes a las anteriores si no se remueven al reanudarse la construcción.

3.2 Estudio geotécnico

3.2. 1 Consideraciones generales

Antes de decidir respecto a la conveniencia de imper­meabilizar una laguna artificial, es necesario realizar un estudio geotécnico detallado del sitio, con los objetivos siguientes:

- Identificar filtración

los mecanismos más probables de

- Verificar si la permeabilidad del terreno conduce a filtraciones aceptables o no

- Evaluar si los suelos locales pueden ser empleados para impermeabilizar o, en su caso, definir los problemas de estabilidad que estos suelos plantearán para la aplicación de un método de impermeabiliza­ción dado.

La investigación geotécnica debe además proporcionar los elementos para el diseño del bordo (característi­cas mecánicas de la cimentación y de los materiales de construcción).

3.2.2 Exploración y pruebas de campo

a) Exploración superficial y recopilación de datos locales

La exploración superficial del sitio de la

obra permite reunir datos preliminares valiosos respecto a la permeabilidad del sub­suelo. Debe prestarse atención a la topografía, a la existencia de pozos y ojos de agua, al tipo de vegetación, a la presen­cia de grietas y al tipo de suelo existente en la superficie. También debe analizarse la experiencia que se tiene en la zona sobre comportamiento de lagunas. Este análisis debe hacerse, sin embargo, con gran ca u te 1 a puesto que los datos proporcionados por los informantes rara vez están respaldados por mediciones fidedignas.

b) Sondeos

Los sondeos para el estudio geotécnico se realizan con los objetivos siguientes:

- Definir la estratigrafía y los mecanismos de f i 1 trae i Ón más probab 1 es que se pueden presentar. En este aspecto, la detección de estratos permeables que puedan consti­tuir un dren natural debajo de la laguna es de gran importancia

-Obtener muestras inalteradas de los diferentes estratos del subsuelo para poder determinar las propiedades mecánicas (permeabilidad, resistencia y compresibili­dad) de los materiales en los que quedarán desp 1 antados 1 os bordos y e 1 a 1 macenami en­to, y las características de los materiales de préstamo para la construcción.

Para la realización de los sondeos, pueden seguirse las recomendaciones de la ref 18.

:) Pruebas de permeabilidad de campo

La permeabilidad de formaciones naturales, generalmente compuestas por mantos de materiales con características muy variables y frecuentemente afectadas por discontinuida­des, no puede ser evaluada solamente sobre la base de ensayes de laboratorio (3.2.3) y es necesario recurrir a las pruebas de campo.

El tipo de prueba de permeabi 1 idad Útil en cada caso particular depende de numerosos factores, y en particular de la profundidad a la que se desea realizar la prueba y de la posición del nivel freático.

Para lagunas artificiales resultan Útiles principalmente dos tipos de prueba:

- Pruebas superficiales o a poca profundidad para evaluar si el material superficial constituye un revestimiento de fondo natura 1 adecuado para limitar las filtra­e iones a un va 1 or aceptab 1 e. Las pruebas más sencillas para este fin son las de pozo de absorción, también conocidas como prueba Nasberg (ref 19) o, con una interpretación ligeramente diferente, como prueba USBR E-19 (ref 20).

- Pruebas profundas, principalmente para materiales permeables, generalmente localizados abajo del nivel freático, y

10

-----~~-- -----

susceptibles de constituir drenes horizon­ta 1 es bajo la laguna y 1 os bordos. La prueba más adecuada para este fin es el ensaye Lefranc-Mandel.

Los procedimientos a seguir para realizar estas pruebas se presentan en el anexo II.

3.2.3 Ensayes de laboratorio

a) Pruebas de identificación

Con el fin de aprovechar la experiencia existente, los materiales muestreados deben clasificarse de acuerdo con el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (ref 3). Para ello, es necesario realizar el análisis granu l ométri e o de los material es gruesos y determinar los límites de consistencia de los materiales finos.

b) Pruebas de permeabilidad

Estas pruebas pueden ser útiles para los fines siguientes:

Obtener un límite inferior de la permeabi-1 i dad del terreno natura l. La permeab i l i­dad determinada sobre especímenes inaltera­dos es en general menor que 1 a del suelo en el lugar normal mente afectado por todo tipo de discontinuidades.

- Determinar la permeabilidad de los materiales compactados que se emplearán para la construcción de los bordos y, en su caso, para el revestimiento impermeable.

-Verificar si no existe una interacción de tipo físico-químico entre el fluido que se almacenará y los materiales de construcción que pueda alterar la permeabilidad de estos últimos (véase inciso 5.6).

Los ensayes pueden realizarse con las técni­cas descritas en la ref 19, usando un permeámetro de carga variable. Para aumentar la confiabilidad de esta determinación, se ha dise~ado un nuevo tipo de permeámetro (ref 21) que permite medir con buena preci­sión coeficientes comprendidos entre 10- 4 y 10- 9 cm/s. Una descripción de este aparato y de los pasos a seguir para realizar la prueba se presenta en el anexo II.

e) Pruebas de consolidación

Las pruebas de consolidación unidimensional ( ref 19) permiten determinar las curvas de compresibilidad requerí das para ca 1 cu 1 ar 1 os asentamientos que se presentarán por efecto de la carga transmitida por la laguna y, en su caso, de la saturación del suelo de cimentación.

d) Pruebas de resistencia al corte

Las pruebas de compresión simple y triaxia­les tipo UU (no consolidada-no drenada) o CU (consolidada-no drenada) (ref 19) permiten obtener los parámetros de resistencia al

corte requeridos para los análisis de estabi­lidad de los bordos y de su cimentación.

e) Prueba de erodibilidad

Para verificar si los materiales de la cimentación y de construcción de los bordos y, en su caso, el revestimiento impermeable son susceptibles a la erosión y en particular verificar si se trata de arcillas dispersi­vas, es recomendable recurrir a la prueba conocida como "pinhole test" (ref 7).

3.3 Análisis económico de la conveniencia de impermea­bilizar

Salvo quizá en el caso de almacenamientos de productos altamente contaminantes en el que el costo es un factor secundario, la impermeabilización de una laguna debe justificarse mediante un análisis económico. El costo de la impermeabilización debe compararse con los ahorros que ésta permitirá realizar a lo largo de la vida útil de la obra. Para que la comparación sea válida debe efectuarse con costos calcula dos en una misma fecha. Lo usual es referir los costos a la fecha del análisis, es decir, comparar costos y ahorros en valor "presente". Deben tomarse en cuenta la inflaciÓn y la tasa de interés vigente (ref 22). Una erogación puntual V a real izar dentro de n años tiene un valor presente de:

P = [V/(l+i)]•[(l+r)/(l+i)]n donde:

V es la erogación

P es el costo en valor presente

r es la tasa de interés

es la tasa de inflación.

(2)

11

Para referir a la fecha presente gastos anuales sistemáticos sensiblemente constantes en valor real (por ejemplo mantenimiento), puede usarse la relación siguiente:

P = [A/(l+i)]•[l+(l+r)/(l+i)+(l+r) 2/(l+i) 2 +

+ ... + (l+r)n-1/(l+i)n-1]

donde A es la erogación durante el primer año.

(3)

La expresión anterior puede simplificarse como sigue:

P = [A/ (1 +i )] ·[ ( 1-Xn)/ (1-X )] (4)

donde X = (l+r)/(l+i).

En las situaciones más comunes, se comparará la inversión realizada en la impermeabilización . más los costos de mantenimiento de la misma, con el valor comercial del agua o del fluido que se dejará de i nfi 1 trar más e 1 ahorro en e 1 costo de bombeo de 1 a misma. Los costos de mantenimiento de los distintos tipos de revestimientos son dif1ciles de estimar. El mantenimiento debe incluir la reparación de agujeros, grietas y daños, as1 como los costos de control de maleza, entre otros.

En época de gran inestabilidad económica, resulta difícil estimar las tasas de inflación y de interés para los años siguientes, pero el análisis económico debe efectuarse de todos modos procurando cubrir el intervalo de posibilidades mediante hipótesis extremas ( "optimista" y "pesimista") cuidados amente se l ecci o­nadas.

Cuando la impermeabilización requiere la importación de algún producto es usual que se penalice el costo correspondiente en una proporción que, en algunos casos, se ha considerado hasta de 30%.

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4. TECNICAS DE IMPERMEABILIZACION

4.1 Consideraciones generales

Los productos y revestimientos para la impermeabiliza­ción de lagunas artificiales se pueden clasificar en tres grandes grupos (refs 23 a 25):

a) Selladores naturales y tratamientos químicos

b) Revestimientos rígidos

e) Revestimientos flexibles.

Dentro de cada categoría existe a su vez una gran cantidad de variantes (tabla 1).

Es común que las lagunas requieran un revestimiento para controlar las pérdidas por filtración que, además de resultar costosas, pueden contaminar el área circundante o hacer fallar la instalación y poner en peligro propiedades cercanas o vidas humanas. Ciertos ti pos de re ves ti mi ente reducen además la erosión de los bordos debida a la acción del oleaje (2.2.7) o de lluvia, y sirven de protección contra la socavación de zapatas y cimentaciones de los elementos estructu­rales que se encuentran dentro del almacenamiento.

Para analizar las posibilidades de éxito de un sistema de impermeabilización, es necesario considerar que el revestimiento y el medio en el que se instala trabajan en conjunto; el mismo criterio debe seguirse para el caso del estudio de fallas, ya que en la mayoría de los casos la falla del revestimiento es el resultado de una acción y no su causa. El punto más importante es que el revestimiento se coloque sobre una base estable aun en estado saturado. Cualquiera que sea el tipo de revestimiento considerado, la participación de un especialista en mecánica de suelos es por tanto indispensable.

La presencia de un revestimiento con baja permeabili­dad en el fondo de una laguna conduce a un mecanismo de filtración como el indicado en la fig 8. Es usual considerar que el flujo a través del revestimiento está regido por la ley de Darcy. El gradiente de carga hidráulica actuante en el revestimiento se considera igual aproximadamente al tirante dividido entre el espesor del mismo. Debe subrayarse que esta consideración es discutible puesto que abajo del revestimiento puede presentarse una zona de flujo no saturado en la que el fenómeno se vuelve más complejo debido en particular a la exis'b€ncia de fuerzas de succión. La experiencia muestra ~~n embargoque, por lo menos para re ves ti mi entos de suelos compactados, el flujo es de hecho aproximadamente proporcional al

13

tirante, como lo prevé la ley de Darcy. En el caso de re ves ti mi en tos si ntét i e os, el flujo se presenta casi exclusivamente por defectos de fabricación o instalación y no es aceptable recurrir a la ley de Darcy para estimar las filtraciones a priori.

4.2 Mecanismos de sellado natural y tratamientos qu1micos

Se ha observado que el sella do natural de una laguna puede ocurrir por alguno de los mecanismos siguientes: a) taponamiento físico de los vacíos del suelo por sólidos sedimentados; b) taponamiento químico de los vacíos del suelo por intercambio iÓnico; y e) tapona­miento biológico y orgánico por crecimiento microbiano en el fondo del estanque.

Varios productos químicos que se mezclan con el suelo han sido usados con grados de éxito muy variables para sellar lagunas. Los cat i enes mono val entes ( i enes de sodio, potasio y amonio) disminuyen químicamente la porosidad del suelo al reemplazar los cationes poli­valentes cálcicos. Se ha encontrado que la impermeabilización qu1m1ca puede ser efectiva en suelos con un mínimo de 8% de arcilla y de 10% de limo. Las sales que se usan con más frecuencia para el sellado químico son los polifosfatos de sodio (pirofosfato tetrasódico o tripol ifosfato sódico), el carbonato de sodio y el cloruro de sodio (ref 26). Debido a la compleja y variable composición química de los suelos, los tratamientos de esta naturaleza sol amente deben aplicarse después· de un estudio de laboratorio que demuestre su efectividad. Se trata en realidad de una técnica incipiente.

Una segunda categoría de productos químicos está constituida por los aditivos que se agreg-an al agua para reduéir las filtraciones. Algunos de estos productos, a base de polímeros, aumentan la atracción iónica de las partículas del suelo hacia el agua, con lo que se incrementa el diámetro efectivo de las mismas y se reducen las dimensiones de los poros. Otros son emulsiones de cera que forman una membrana delgada en el fondo. Estos productos permiten reducir pero no eliminar las filtraciones. Sus principales atractivos son su bajo costo y la posibilidad que ofrecen de corregir en cierta medida los problemas de filtración sin tener que vaciar la laguna.

Las arcillas altamente expansivas, tales como la bentonita, pueden reducir efectivamente la permeabili­dad del suelo natural al humedecerse. La bentonita es una arcilla montmorilonítica sódica que exhibe un alto grado de expansividad, permeabilidad y baja

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TABLA 1 PRODUCTOS Y TECNICAS DE IMPERMEABILIZACION (ref 23)

SELLADORES

Arcillas bentoníticas Tratamientos químicos del suelo Aditivos al agua

CONTINUOS

Membranas sintéticas Membranas asfálticas Paneles asfálticos

IMPERMEABLES

Membranas sintéticas Paneles asfálticos

REVESTIMIENTOS RIGIDOS

Concreto hidráulico Suelo-cemento Concreto asfáltico Concreto lanzado

DISCONTINUOS

Suelos compactados Concreto lanzado Concreto hidráulico Concreto asfáltico Suelo-cemento Arcillas bentoníticas Tratamientos químicos del suelo Aditivos al agua

SEMI PERMEABLES

Suelos compactados Concreto lanzado Concreto hidráulico Concreto asfáltico Membranas asfálticas Suelo-cemento Arcillas bentoníticas Tratamientos químicos del suelo Aditivos al agua

<t. 1

REVESTIMIENTOS FLEXIBLES

Membranas sintéticas (plásticos y elastómeros) Membranas asfálticas Paneles asfálticos Suelos compactados

i Bordos supu~

~"''i*'~~~""~~"0~ k1 / ' : 1 : : 1 ~ - • \ \

,' k /»k : : : ,(Flujo en suelo no saturado) ' ~ '• 1 1 1 : i \ ' '

• t+e ) Gasto de infiltrac ion ( m3/s) Q =k 1 A -t- ( Darcy

k 1: Coeficiente de permeabilidad vertical del revestimiento, m/s

A: Areo del fondo del olmocenomiento,m2

e: Espesor del revestimiento, m

t : Tirante, m

Fig 8 Estanque con revestimiento impermeable

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estabilidad en presencia de agua. Para revestir lagunas artificiales, es posible dejar decantar una suspensión de bentonita en agua o mezclar la bentonita en seco con el suelo natural o con arena previamente al llenado. También puede aplicarse sobre una cama de grava para sellar los huecos entre partículas o enterrarse bajo una capa protectora de suelo. El comportamiento de los revestimientos de bentonita depende en gran parte de la calidad de la misma. Algunos depósitos de benton ita pueden contener algo de arena, limo y arcilla como impurezas. La bentonita finamente molida es generalmente más adecuada para el revestimiento que la bentonita en greña. Por lo general, la bentonita debe tener un contenido de agua inferior a 20%. Esto resulta especialmente importante para membranas delgadas. La bentonita de mala calidad se deteriora rápidamente en presencia de aguas duras y ti ende a eros i onarse por efecto de corrientes y oleaje. Durante el primer año puede presentarse agrietamiento de la membrana por asentamiento al saturarse la subrasante. Los revestimientos de bentonita deben generalmente colocarse a mano, lo que implica un alto costo. No debe esperarse que la bentonita colocada simplemente sobre la superficie del terreno dure más de 2 a 4 años. Las capas de bentonita enterradas pueden tener una durabilidad mayor (ref 27). Actualmente existen en el mercado paneles prefabricados de bentonita (refs 28 y 29) que, diseñados originalmente para impermeabilizar cimentaciones, se han usado también para lagunas. No existen hasta ahora evidencias publicadas claras respecto al comportamiento de estos paneles.

4.3 Revestimientos rígidos

Los revestimientos rígidos más comunes se hacen a base de concreto hidráulico, suelo-cemento y concreto asfáltico.

4.3. 1 Revestimientos de concreto lanzado

concreto hidráulico y

La experiencia con revestimientos de concreto hidráulico es contradictoria. Algunos revestimientos han dado buenos resultados mientras que otros han presentado problemas graves de filtraciones. Los puntos críticos de esta técnica parecen ser los siguientes:

- Necesidad de un substrato de apoyo firme

- Composición del concreto que minimice el agrieta­miento por contracción

Juntas de contracción suficientemente numerosas (cada 6 a 9 m)

Selladores y "water stops" de buena calidad en las juntas de contracción

-Llenado lento de la laguna para permitir cierta deformación progresiva del revestimiento.

Los revestimientos de concreto deben clasificarse como semipermeables.

El concreto lanzado tiene la ventaja de poder aplicar­se a superficies irregulares sin cimbra pero presenta los mismos problemas que el concreto hidráulico tradicional. Además, es sensible a asentamientos diferenciales y las grietas que se forman son rlifíri les de reparar, Por otra parte, el concr·eto

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lanzado es inestable si se presentan presiones hidrostát i cas atrás del mismo. Es necesario prever juntas de contracción cada 3 m aproximadamente. Los espesores de concreto varían usualmente entre 2.5 y lO cm. Sobre pendientes mayores de l. 5 horizontal contra 1 vertical es necesario reforzar el concreto lanzado con una malla tipo gallinero o electrosoldada.

4.3.2 Revestimientos de suelo-cemento

Por suelo-cemento se entiende una mezcla de suelo arenoso con cemento. Esta mezcla es atractiva por su bajo costo respecto al concreto hidráulico, si existe arena en el sitio de construcción. Aunque este tipo de revestimiento haya sido utilizado en ciertas lagunas, no puede clasificarse realmente como impermeable. En efecto, el suelo-cemento presenta siempre grietas de contracciÓn que sol amente pueden reducirse, pero no eliminarse, mediante un control estricto de compactación, contenido de agua y tiempo de curado.

4.3.3 Revestimientos de concreto asfáltico

El asfalto es un compuesto que se encuentra en distin­tas proporciones en la mayoría de los petróleos crudos. Es un material cementante entre negro y café oscuro que se vuelve líquido al calentarse. Su densidad es algo más ligera que la del agua. A la temperatura ambiente, el asfalto puede variar de un estado sólido a semisólido. El constituyente princi­pal del asfalto es el betún, una mezcla de hidrocar­buros de origen natural o pirogénico, todos los cuales son solubles en el disulfuro de carbono. Casi todo el asfalto comercialmente producido proviene de la destilación del petróleo. La mezcla de asfalto con agregados pétreos se conoce como concreto asfáltico.

Los revestimientos de concreto asfáltico mezclados en caliente ( refs 30 y 31) se han usado frecuentemente como revestimientos en espesores del orden de 5 cm. Se emplea un concreto asfáltico análogo al usado para carpetas en carreteras. Sin embargo, su contenido de asfalto es mayor (6. 5 a 9. 5%) y el porcentaje de "filler" mineral más alto; además, se usa un asfalto de baja penetración (4 a 7 mm). Se obtiene en esta forma una mezcla de porosidad baja y práct i e amente impermeable después de compactarse. Sin embargo, es difícil reproducir en el campo el tipo óptimo de mezcla que se haya definido en el laboratorio. Otros problemas que pueden presentarse son los siguientes:

- Agrietamiento por deformación del substrato de apoyo

- Agrietamiento por efecto de agentes el imát i e os en las zonas expuestas

- Deslizamiento sobre los taludes, especialmente· durante las épocas de calor. Es difícil lograr simultáneamente la impermeabilidad y la resistencia requerida para evitar el deslizamiento

- Ataque por ciertos líquidos y en particular los aceites.

Lo anterior hace que general mente el concreto asfáltico no se use realmente como revestimiento impermeable sino como protección mecánica de otro revestimiento (generalmente a base de arcilla).

Un caso de falla de un revestimiento de este tipo se analiza en el anexo I.D.

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4,4 Revestimientos flexibles

Los revestimientos flexibles más comunes son los siguientes (tabla 1):

- Membranas sintéticas

- Membranas afálticas

- Elementos prefabricados a base de asfalto

- Revestimientos a base de suelos compactados.

4.4.1 Membranas sintéticas

El empleo de productos sintéticos para el revestimien­to de lagunas artificiales se remonta a los años sesenta. Existen muchos tipos diferentes de membranas sintéticas; sin embargo, pueden clasificarse en dos grandes grupos: las f abrí cadas a base de plásticos y las hechas con elastómeros.

Las membranas plásticas y las elastoméricas son las más populares cuando se busca obtener una permeabilidad prácticamente nula. Se adquieren en grandes hojas que facilitan su instalación. Si (pero solamente si) se seleccionanan y se instalan adecuadamente, estas membranas resisten el ataque de la mayoría de los productos· químicos y dan lugar a filtraciones muy bajas.

Los productos sintéticos más conocidos son los siguientes:

-Cloruro de polivinilo (PVC)

- Polietileno (PE)

- Polietileno clorinado (CPE)

- Hule butilo (EPT y EPDM)

- Poli el oropreno ( n1eopreno)

- Polietileno clorosulfonatado (hypalon)

- Poliolefin elastizado (3110)

La denominación de plásticos cubre usualmente el PVC y e 1 PE y sus derivados y el término e 1 astómeros se aplica al hule butilo, EPT, EPDM y neopreno.

Otros materiales que se han usado son el polipropile­no, el nylon y el hule natural.

Una discusión detallada de la tecnología de la impermeabilización de lagunas con membranas sintéticas se presenta en 21 capítulo 6.

4.4.2 Membranas asfálticas

Las membranas flexibles a base de asfalto se forman regando directamente el asfalto caliente o rebajado (disuelto en algún solvente) sobre el terreno natural o sobre una tela o fieltro de refuerzo. La membrana puede protegerse con una capa de su e lo. Los resultados obtenidos con esta técnica son muy variables, destacando los aspectos siguientes:

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- Es difícil controlar la temperatura del asfalto o la dosificación del solvente para obtener un material de características homogéneas

-Las membranas delgadas aplicadas directamente sobre el terreno siempre presentan zonas de menor espesor y pequeños orificios (pinholes) que implican fragilidad local y filtraciones

- Las membranas delgadas no reforzadas se agrietan fácilmente bajo el peso del fluido almacenado, especialmente si la subrasante es deformable

- Si el suelo de apoyo es inestable volumétricamente, las filtraciones, por mínimas que sean, llevan rápidamente al agrietamiento generalizado de la membrana. En el anexo I.B se describe una experien­cia de este tipo

- Si la membrana queda expuesta a los rayos del sol, presenta agrietamiento y tiende a escurrir sobre los taludes.

Todas las limitaciones anteriores pueden superarse ya sea usando una tela de refuerzo, consolidando el terreno, aumentando espesores, dando un mantenimiento frecuente, etc. Sin embargo, se cae entonces en una solución cara que difícilmente compite con otros tipos de revestimiento. Se sabe de una aplicación de esta técnica en México con tela de refuerzo de yute; el costo resultó comparab 1 e al de 1 os mejores revest i­mientos sintéticos.

4.4.3 Elementos prefabricados a base de asfalto

Las láminas asfaltadas prefabricadas son paneles de 4 a 13 mm de espesor constituidos por una tela de fibra de vidrio impregnada con asfalto. Las dimensiones de los paneles son relativamente pequeñas para permitir su transporte (0.90 a 1.20 m de ancho y 1.80 a 4. 50 m de largo). Lo anterior implica un gran número de juntas que se realizan con traslapes recubiertos con asfalto generalmente colocado en caliente o con mastiques especiales. La experiencia muestra que los paneles expuestos al sol en los taludes presentan deformaciones importantes con el tiempo y deben sustituirse periódicamente. Las láminas de es te tipo se prestan so 1 amente al revestimiento de lagunas pequeñas. También pueden usarse como protección no impermeable contra o 1 e aje. Este tipo de paneles se fabrica en México (ref 32).

4.4.4 Revestimientos a base de suelos compactados

Históricamente, el sistema de recubrimiento con el más largo registro de operación exito~a es el suelo compactado. Además, este tipo ae recubrimiento resulta frecuentemente ser el más económico. Una capa de suelo nunca es totalmente impermeable pero solamen­te deja pasar una cantidad controlada de líquido. Estas filtraciones pueden ser inferiores a las que se presentan con otros sistemas más costosos a consecuencia de defectos de instalación o de fabrica­Clan. La clave del éxito de esta técnica está en la selección adecuada del tipo de suelo, en su prepara­ción y en el método de colocación. Una discusión detallada de la impermeabilización con suelos compactados se presenta en el capítulo 5.

5. ALGUNOS ASPECTOS DE LA TECNOLOGIA DE LA IMPERMEABILIZACION CON

SUELOS COMPACTADOS

5.1 Consideraciones generales

La impermeabiliación de una laguna con suelo compactado es una técnica delicada que requiere un buen conocimiento de las propiedades de los suelos y un riguroso control de calidad (refs 33 a 36).

Un revestimiento de suelo debe combinar generalmente varias propiedades: baja permeabilidad, estabilidad ante los gradientes fuertes a los que se encuentra sometido y resistencia a la erosión. Si la laguna debe vaciarse periódicamente, el material deberá además presentar una gran estabilidad volumétrica para evitar el agrietamiento por secado o en su defecto protegerse adecuadamente.

La permeabilidad de los suelos finos no es una característica inherente del material sino que depende básicamente de su estructura. Para suelos compacta­dos, la permeabilidad varía •considerablemente con el contenido de agua y el método de compactación. Lo anterior se aprecia claramente en la fig 9 (ref 37). Se observa que el coeficiente de permeabilidad disminuye drásticamente (hasta en varios órdenes de magnitud) si la compactación se realiza con un contenido de agua superior al óptimo Proctor. Además, si la compactación se hace por amasado, se obtiene una permeabilidad menor que si el suelo se compacta estáticamente. Lo anterior debe atribuirse a que, cuando el material se compacta del lado seco respecto al' óptimo Proctor, las partículas de arcilla forman flóculos o grumos que oponen una alta resistencia al rearreglo durante la compactación y dan lugar a una estructura con una alta proporción de poros grandes. Para contenidos de agua altos, los grumos se debilitan y los poros grandes tienden a desaparecer. La reducción adicional de permeabilidad debida a la compactación por amasado puede atribuirse a las grandes deformaciones angulares ind~cidas por esta técnica y que tienden a destruir los grumos. La influencia radical de la proporción de poros grandes sobre la permeabilidad, aun para una misma porosidad, puede entenderse si se admite que los poros de un suelo saturado pueden idealizarse como tubos de sección transversal constante paralelos a la dirección del flujo. El gasto a través de un poro dado será, de acuerdo con la ley de Poiseuille:

(5)

donde:

~ es la viscosidad del fluido

17

y es el peso volumétrico del permeante

es el gradiente hidráulico

R es el radio del tubo.

1110-5

k, cm/s

1 l 10-e o

13 15 17 19 21 23 25 27

1720

yd 'kg/m3

1680

1640

1600

13 15 17 19 23 25 27

w,%

o Compactación por amasado, molde de 2.5 x 7.1 cm </>

• Compactación por amasado, molde de 8.9 x 3.5 cm </>

• Compactación estática, molde de 2.5 x 7.1 cm </>

w Contenido de agua de compactación

Sr Grado de saturaciÓn )'(j Peso volumétrico seco

Fig 9 Influencia del método de compactación en la permeabilidad de una arcilla limosa

Se observa que el gasto depende del radio del poro a la cuarta potencia. Cualquier proceso que destruye los poros más grandes reduce por tanto considerable­mente la permeabilidad, aun si ocurre a porosidad constante.

Para reducir eficientemente 1 a permeabilidad, es por tanto más importante dar al suelo una estructura adecuada que tratar de disminuir su porosidad. La importancia de este hecho básico no parece haberse tomado en cuenta desde un punto de vista práctico en e 1 diseño y construcción de re ves ti mi en tos de su e 1 o compactado antes de la experiencia descrita en el anexo I.A.

5.2 Selección del material

En la tabla 2 se han clasificado los diferentes tipos de suelos de acuerdo con sus propiedades más relevantes desde el punto de vista de su uso como revestimiento (ref 38).

Existen dos opciones: emplear un material fino plástico poco permeable y protegerlo con otro material contra erosión y secado, o elegir un material natural (o una mezcla) que combine, en la medida de lo posible, todas las propiedades deseables.

Si se escoge la primera opción, debe verificarse que se cuenta con un banco de préstamo de material arcilloso adecuado. Las arcillas de baja compresibi-1 idad (CL) presentan la ventaja de ser más estables volumétricamente y más manejables que las de alta compresibilidad (CH). Además, si se les da una estructura adecuada; ambos tipos de materiales tienen permeabilidades semejantes para fines prácticos. Sin embargo, no es recomendabale utilizar arcillas con 1 imite líquido inferior a 30%. El material de protección puede ser una grava-arena, de preferencia bien graduada, con tamaños suficientes para resistir en su caso el arrastre de las corrientes que pueden existir dentro de las lagunas, en particular cerca de la descarga y de la zona de bombeo. El suelo compactado puede también protegerse con una capa de suelo-cemento o de concreto asfáltico.

Si se opta por la segunda opción, los materiales más adecuados son las gravas con matriz arenoarcillosa o, en su defecto, 1 as gravas arcillosas. El contenido de arcilla debe ser suficientemente alto y uniforme para que, aun si se presenta segregación local, el porcentaje de arcilla no llegue a ser en ningún punto inferior a 15%.

El espesor del revestimiento debe ser suficiente para garantizar la continuidad del mismo y evitar que se encuentre sometido a un gradiente hidráulico excesivo. No es recomendable un espesor inferior a 30 cm ni un gradiente superior a 10, especialmente en materiales mal graduados.

Es importante verificar que las diferentes fracciones granulométricas que componen el material de revestimiento cumplen mutuamente con las condiciones de retención para filtros (ref 8) y que no existe peligro de segregación bajo el efecto del gradiente hidráulico. En la misma forma, el substrato debe poder retener las partículas del revestimiento. Los graves problemas que presentó el delantal de la presa Tarbela en Paquistán (ref 39) muestran la importancia de verificar la compatibilidad entre material de revestimiento y substrato.

5.3 Preparación del material

Por los motivos expuestos en 5. 1, es conveniente compactar e 1 material se 1 ecci onado con un contenido de agua alto para reducir su permeabilidad. Si se quiere bajar la permeabilidad al mínimo, el contenido de agua requerido puede ser hasta de 5 o 6% superior al óptimo Proctor. Para evitar que existan zonas locales más permeables en el revestimiento, es necesario que los materiales de los bancos de préstamo sean preparados previamente a su colocación. La preparación consiste en darles el contenido de agua adecuado, homogeneizarlos por mezclado, y dejarlos curar para que el contenido de agua se uniformice por difusión. El tiempo de curado debe fijarse para cada material mediante muestreos de control. Un tiempo del orden de tres a seis días resulta generalmente suficiente.

5.4 Colocación

Si se pretende lograr la mínima permeabilidad, los equipos tradicionales de compactación como rodillos pata de cabra o neumáticos puedeh resultar inadecuados al atascarse debido al alto contenido de agua del material. Teniendo en cuenta que no se busca un alto grado de compactación sino dar al suelo una estructura adecuada, puede ser preferible recurrir a un equipo ligero (por ejemplo tractor agrícola) para la formación de una capa de suelo remoldeado de espesor uniforme. Es conveniente que el revestimiento se construya por capas de no más de 20 cm de espesor. Antes de iniciar la colocación, es necesario regar abundantemente el terreno natural para evitar que absorba el agua del suelo compactado. En el control de calidad de la colocación debe ponerse énfasis en la verificación del porcentaje de finos y contenido de agua y plasticidad de los mismos, así como del espesor de la capa.

5.5 Protección

La protección de los revestimientos de suelos finos, a base de material granular, suelo-cemento o concreto asfáltico, debe instalarse lo más rápido posible. Durante el lapso que separa la colocación del revestimiento de la instalación de la protección, el contenido de agua del suelo debe mantenerse constante por riego.

5.6 Efecto de la composición del fluido almacenado sobre la evolución de la permeabilidad

La confiabilidad de los revestimientos de arcilla a largo plazo, sobre todo en presencia de ciertos productos químicos, es un tema de gran controversia. Varios autores han afirmado que ciertos compuestos pueden incrementar considerablemente con el tiempo la permeabilidad de las arcillas (refs 40 y 41). la interpretación que se da de este fenómeno es que dichos compuestos modifican el grado de floculación de las partículas de arcilla y, al cambiar su estructura, cambian su permeabilidad. Algunas de las evidencias presentadas no son convincentes puesto que se refieren a revestimientos de arcilla que se dejaron secar y por tanto fueron afectados por un intenso agrietamiento (ref 40).

En un artículo reciente sobre este tema (ref 42) se concluye que, por lo menos en lo que se refiere a líquidos orgánicos, no existen datos que permitan afirmar que puede presentarse un incremento de permeabilidad.

TABLA 2 PROPIEDADES FISICAS IMPORTANTES DE LOS SUELOS EN RELACION CON SU USO PARA IMPERMEABILIZACION DE LAGUNAS (ref 38)

NOMBRE TIPICO DE GRUPOS SIMB. PROPIEDADES DE USO COMO RE-DE SUELOS (SUCS) GRUPO LOS SUELOS* VESTIMI ENTO **

-8 e s~ QJ

_¡g •O u ·u; u .o

+-> "' "' ._ Q_ e oaJ -o o E QJ ~E

"' u o QJ ._ -o u ~

~ QJ ·~ ~

Vlo_ ~ -& .¡§ ·~ ~ "' Ll ...; o .o "' > ....; QJ Vl +->-o E ·~ o Vl \0.¡9 ._ Vl Vl ·u; >u QJ QJ QJ QJ

QJ "' c.. "" c.. "" ""Q_

Gravas y mezclas de arena y grava, GW 14 16 15 2 -bien graduadas, poco o nada de finos Gravas y mezclas de arena y grava, GP 16 14 8 3 -uniformes, poco o nada de finos

Grava limosa, mezclas uniformes de GM 12 10 12 5 6 grava, arena y limo Grava arcillosa, mezclas uniformes GC 6 8 11 4 2 de grava, arena y arcilla

Grava con cementante de arena- GW-GC 8 13 16 1 1 arcilla

Arena y arena con grava, bien gra- sw 13 15 13 8 -duada, poco o nada de finos Arena uniforme, arena con grava, SP 15 11 7 9 -poco o nada de finos (gruesa)

Arena limosa, mezclas uniformes de SM 11 9 10 10 7 arena y limo (gruesa) Erosión

crítica

Arena arcillosa, mezclas uniformes se 5 7 9 7 4 de arena y arcilla

Arena con cementante arcilloso SW-SC 7 12 14 6 3

Limos inorgánicos y arenas muy fi- ML 10 5 5 - 8 nas, polvo de roca, arenas finas Erosión limosas o arcillosas con ligera crítica plasticidad Arcillas inorgánicas de baja a me- CL 3 6 6 11 5 diana plasticidad, arcillas con grava, arcillas arenosas, arcillas limosas, arcillas poco plásticas

Limos orgánicos y arcillas orgáni- OL 4 2 3 - 9 cas limosas de baja plasticidad Erosión

crítica

Limo inorgánico, suelos finos are- MH 9 3 2 - -nasos o limosos micáceos o diato-meáceos l irnos plásticos

Arcillas inorgánicas de alta plas- CH 1 4 4 12 Cambio volum. ticidad, "fat clays" crítico Arcillas orgánicas de mediana a OH 2 1 1 - -alta plasticidad Turba y otros suelos altamente or- Pt - - - - -gánicos

* Los números clasifican los suelos de acuerdo con las propiedades físicas mencionadas (de menor a mayor permeabilidad, resistencia y peso volumétrico)

** Los números indican la calidad relativa del tipo de suelo para el uso considerado

19

-- ----------------

Es obvia la necesidad de investigación sistemática sobre este tema. En ausencia de conclusiones claras, es recomendable que la permeabilidad de los

20

revestimientos de arcilla se mida siempre mediante pruebas de larga duración realizadas con el mismo fluido que se almacenará en la laguna.

6. ALGUNOS ASPECTOS DE LA TECNOLOGIA DE LA IMPERMEABILIZACION CON

MEMBRANAS SINTETICAS

6.1 Consideraciones generales

Al usar membranas sintéticas se busca generalmente eliminar totalmente las filtraciones. Es importante tomar conciencia de que, aun con los mejores productos, no puede existir la absoluta seguridad de que se alcanzará este objetivo. En efecto, la calidad de una membrana no puede ser superior a la de su más grave defecto de fabricación o de su peor junta. Quizá más que de las propiedades en sí del material sintético, el resultado final depende por tanto de la calidad y control de la fabricación e instalación. Se sabe de varias instalaciones realizadas con los mejores productos disponibles en el mercado que han presentado problemas de filtraciones (ref 43).

Es importante tomar en cuenta que un desgarre o defecto local puede conducir a filtraciones importantes, aun si el terreno subyacente es poco permeable. En efecto, el líquido tiende a fluir horizontalmente en el contacto entre membrana y suelo, lo que aumenta la superficie de absorción del terreno y despega la membrana del mismo si no ha sido lastrada ( ref 44).

El hecho de que no sea posible llegar a una instalación perfecta ha llevado a ciertas institucio­nes (ref 23) a definir para los contratistas una fórmula de tolerancia del tipo siguiente para la filtración máxima:

Q = l. 6 X 10-s A/H (6)

donde:

Q es la filtración máxima admisible, en t/s

A el área del revestimiento, 2 es en m

H es el tirante máximo, en m.

Esta fórmula es bastante liberal puesto que acepta, para un tirante de 1 m, una fuga correspondiente a un abatimiento de nivel en la laguna de 1 mm/día. Para productos altamente contaminantes este va 1 or podría ser inaceptable.

6.2 Fabricación

Todas las membranas sintéticas de revestimiento están hechas a partir de resinas obtenidas como producto de una reacción química llamada polimerización, en la cual moléculas pequeñas de un monómero se unen entre sí y con otras moléculas para formar polímeros de

21

cadenas largas. La reacción tiene lugar dentro de un recipiente a presión llamado pol imerizador o reactor que está equipado con un mecanismo de agitación y está contra la do térmicamente. A temperatura y presiones norma 1 es, el monómero se presenta como un gas y por tanto debe manejarse en forma líquida a bajas tempera­turas y altas presiones. Una vez iniciada la reacción de polimerización, generalmente va acompañada por la generación de gran cantidad de calor, el cual se disipa mediante un sistema de enfriamiento inter­construido en el recipiente de reacción.

Desde las plantas químicas, las resinas y polímeros se envían al fabricante de las membranas. En la planta procesadora, a veces llamada p 1 anta de conversión, se recibe la resina y se mezcla con otros ingredientes para obtener 1 as pro pi edades deseadas. El mezclado es una de las etapas más importantes en la fabricación de los revestimientos sintéticos. Ninguna receta o proporcionamiento se puede desarrollar en forma tal que dé lugar a todas las propiedades deseables. Esto se debe a que las propie­dades físicas y químicas están relacionadas entre sí. Cada vez que se mejora una cierta propiedad alguna otra se perjudica, regla que se aplica tanto a plásticos como a elastómeros.

En la planta procesadora las membranas se obtienen por laminado en caliente (calendering), por extrusión o por aplicación del producto sobre una tela de soporte (spread coating).

Las membranas terminadas pueden tener diferentes estructuras. Para evitar' los orificios debidos a defectos de fabricación, 1 as membranas más gruesas se obtienen frecuentemente superponiendo varias hojas y se refuerzan intercalando entre ellas una o dos telas de refuerzo (f i g 1 O). Es te refuerzo aumenta 1 a resistencia a la tensión de la membrana y facilita su manejo y los empalmes tanto en la fábrica como en el campo. Sin embargo, las razones más importantes para reforzar con tela son las siguientes:

-Estabilidad contra el punzonamiento

- Estabilidad contra el encogimiento

-Mayor resistencia al desgarre.

Las telas de refuerzo que tienen más aceptación son a base de algodón, yute, poliéster y vidrio. Aunque el nylon tiene algunos inconvenientes, sigue siendo e 1 material más aceptado para te 1 as de refuerzo de membranas. Su principal atractivo est~ en su fácil

disponibilidad y en su resistencia a soluciones acuosas y organismos del suelo. Como desventajas deben mencionarse su baja resistencia a las soluc.iones ácidas y a la luz solar y su falta de adherencia a cualquiera de los pol.meros. La rapidez de deterioro del nylon a la luz solar depende del peso de la tela, del espesor de la capa de cobertura y de su color. Las fibras poliéster exhiben una buena resistencia a los ácidos y a la luz solar y se han convertido en competidoras de 1 ny 1 on; sin embargo, tampoco ti en en propiedades adhesivas hacia los materiales que consti­tuyen las membranas.

Sin refuerzo

3 capas

5 capas

Fig 10 Fabricación t (pica de membranas ( ref 48)

6.3 Principales tipos de membranas

6.3. 1 Cloruro de polivinilo (PVC)

Al alimentar el reactor con un monómero de cloruro de vinilo, el producto resultante es la resina de cloruro de polivinilo (PVC, del nombre inglés de este producto: polyvinyl chloride), que es un material b 1 anca parecido a 1 azúcar granula da o pulverizada, dependiendo de 1 po H mero o de 1 procedimiento de fabricación. El PVC se produce a partir de un monómero que contiene dos átomos de carbón y uno de cloro. La resina de cloruro de polivinilo fue sintetizada por vez primera en Alemania hace más de cincuenta años. Era un material duro y semiopaco y nadie se imaginaba que pudiera tener alguna utilidad. Sin embargo, a principios de los años treinta se hizo un descubrimiento importante: se encontró una sustancia quÍmica que podía convertir la resina en un material flexible Útil. Se descubrió que se podía alterar la resina al mezclarla con un plastificante o agente reb l andecedor si después de 1 a mezc 1 a se aplicaba calor y presión. El producto resultante demostró ser una barrera excelente contra la corrosión y sus primeras aplicaciones fueron para este uso. La

22

alteración producía un material muy útil que pose•a gran flexibilidad, excelente resistencia a la abrasión y buena resistencia. No lo afectaba el ozono, contra­riamente al hule, y era resistente a un gran número de soluciones qu.micas comunes. Otras sustancias se agregan al compuesto plástico, tales como pigmentos para dar color, estabilizadores ligeros para inhibir el efecto de los rayos ultravioletas del sol, estabilizadores al calor y diluyentes.

Las membranas de PVC se fabrican en espesores de 1 O a 30 mils (1 mil = 0.001 pulg = 0.025 mm). Las juntas son fáciles de ejecutar. Las membranas de PVC tienden a rigidizarse con el tiempo debido principalmente a que van perdiendo paulatinamente el plastificante, ya sea por extracción de agua, por volatilización térmica o por ambos mecanismos. Estos cambios van acompañados de un aumento en la resistencia a la tensión y en la dureza y por tanto se vuelven más frágiles. Esto significa que el PVC presenta un comportam.iento muy des f avorab 1 e ante e 1 envejecimiento y por e 11 o no se debe usar expuesto directamente a la atmósfera, salvo en instalaciones temporales (menos de dos años). Generalmente, es necesario proteger las membranas de PVC con un relleno de 10 a 15 cm de espesor mínimo.

6.3.2 Polietileno (PE)

A 1 a 1 i mentar e 1 reactor con el monómero de et i 1 en o, se produce una resina de polietileno (PE). El producto final también es blanco con la apariencia de azúcar granulada o pulverizada, según el tipo de polímero que se use y el procedimiento de fabricación.

El mezclado del polietileno es un proceso radicalmente diferente al empleado en la industria del vinilo (PVC). Una de las diferencias fundamentales es que el polietileno no necesita plastificante; de hecho, no se puede plastificar para formar un material blando y flexible. El pol ietileno tiene una característica Única de rigidez que, dentro de márgenes estrechos, no se puede modificar. A medida que la película de PE aumenta su espesor se hace más rÍgida a tal punto que una película de 8 mi ls es casi el Hmite prác­tico de su utilización como revestimiento.

El material es resistente a casi todo. De hecho, es tan resistente que los adhesivos Hquidos no surten efecto en él. Sin embargo, tiene baja resistencia a los hidrocarburos y a los aceites.

El punto de fusión del polietileno tiene un intervalo reducido de variación, por lo que la unión con calor de pelícu1as de PE es un proceso extremadamente difícil de controlar y no son aplicables las técnicas de empalmado electrónico. Casi la Única forma de poder unir este material es por medio de una cinta adhesiva o de algún material adherible extruido, pero aun así la junta no se puede considerar permanente.

La película de PE tiene características muy pobres de envejecimiento a la intemperie (baja resistencia al ozono) y no se aconseja dejarla expuesta directamente a la atmósfera salvo en instalaciones temporales (menos de un año) a menos que se entierre.

En México, se fabrica una membrana de bajo costo a base de polietileno y asfaltos especiales (ref 45). Este producto se ha comercializado principalmente para impermeabilización de edificios pero también se ha

empleado para lagunas, con poco éxito, debido sobre todo a la dificultad de realizar uniones confiables con este material y a las limitaciones propias de sus componentes.

6.3.3 Polietileno clorinado (CPE)

El polieti leno clorinado resulta de la cloración de polietileno de alta densidad. Se obtiene así un material análogo en su composición al PVC pero con mejor resistencia a los agentes climáticos. El producto se presta además a todas las técnicas de junteo usuales (6.4). Se fabrica en espesores de 1 a 90 mils. Se puede unir con membranas de PVC.

6.3.4 Hule butilo

El hule butilo proviene de una reacción de copolimeri­zaclon. El monómero básico es el isobutileno, el cual se poli meri za en presencia de pequeñas cantidad es de isopreno. En una de las mayores instalaciones realizadas en el mundo se usó un revestimiento de hule butilo (ref 46). Dentro de esta misma categoría de productos. se encuentran el terpolímero eti leno propileno (EPT) y el monómero diene-etileno propileno (EPDM). El EPDM es el Gnico material que puede emplearse para altas temperaturas (hasta 80 a 100 grados).

6.3.5 Neopreno

El neopreno (policloropreno) es el producto de la polimerización controlada de cloropreno. Este monóme ro está muy. relacionado con el i sopreno, que es el bloque de fabricación del hule natural. Su costo es alto pero presenta una buena resistencia a los hidrocarburos, ácidos y otros productos químicos. Se fabrica en espesores de 20 y 45 mi ls.

6.3.6 Hypalon

El hypalon es una resina de polietileno clorosulfona­tado cuyas características de mezclado siguen patrones muy semejantes a las del PVC. Se produce al reaccionar el etileno con el cloro y el azufre dando lugar a un hule vulcanizable con algunas propiedades fuera de lo usual. Destacan en particular su alta resistencia al ozono y al punzonamiento. Las membranas de hypalon se prestan a una gran variedad de técnicas de fabricación y pueden unirse usando cualquiera de los métodos descritos en 6.4. Se fabrican en espesores de 30 y 45 mils.

6.3.7 Poliolefin elastizado (3110 o MX 2000)

Este producto, que ha sido comercial izado en México bajo el nombre de "MX 2000" ( ref 4 7), presenta la ventaja de que las uniones se pueden hacer térmica­mente con una herramienta portátil. Es más económico que el hypalon pero se vende sin garantía a pesar de su buena resistencia a la luz solar. El espesor de esta membrana es de 20 mils.

6.4 Métodos de empalme

Las juntas entre secciones de membranas pueden hacerse recurriendo a diferentes técnicas. Las uniones realizadas en planta son más confiables que las efectuadas en el campo donde no existen las condiciones óptimas requeridas para hacer este

23

trabajo. Siempre debe buscarse m1 n1m1 zar el nGmero de juntas a realizar en el campo. Los principales métodos empleados para la unión de juntas en la actualidad se presentan a continuación (refs 23 y 48).

6.4. 1 Método dieléctrico

Este método se basa en la transmisión de ondas de alta energía y frecuencia, en el intervalo 30 a 40 MHz, a través del traslape de los dos tramos a unir. En dos a cinco segundos se genera suficiente calor para que el material se vuelva termoplástico y fluya hasta formar una junta homogénea. Esta técnica se emplea Gnicamente en planta. Se aplica al PVC y al hypalon pero no al EPDM ni al neopreno.

6.4.2 Método térmico

Este método recurre a dos fuentes de calor, una por debajo y otra arriba del traslape. Al aplicar presión el material se vuelve termoplástico. Es necesario un control riguroso del calor, de la presión y del tiempo de aplicación de ambos. Un exceso de calor o de presiÓn puede debilitar localmente la membrana y favorecer roturas posteriores por tensión. Este método no puede aplicarse a membranas gruesas (por ejemplo de más de 1 mm). Es esencialmente un método aplicable en planta. Sin embargo, se han desarrollado equipos para usarlo en el campo, en particular con el hule butilo y el 3110. El punto de fusión del polietileno tiene un intervalo demasiado reducido de variación, por lo que la unión de películas de este producto con calores un proceso extremadamente difícil de controlar.

6.4.3 Unión con solvente

Para poder usar este método se requiere contar con un producto que pueda disolver el material constitutivo de la membrana. Las superficies atacadas por el solvente se ponen en contacto y, al evaporarse el sol­vente, se obtiene la junta deseada. Los problemas que pueden surgir están relacionados con la existencia de zonas locales donde la acción del solvente no es suficiente y con la disolución no controlada de la membrana o de la tela de refuerzo que puede ocurrir al usar cantidades excesivas de solvente. Esta técnica se usa tanto en planta como en el campo, en particular para las películas de PVC (6.6.3).

6.4.4 Unión con adhesivos

Se usan diferentes tipos de adhesivos, incluyendo las resinas epóxicas de dos ingredientes y sistemas basados en cintas adhesivas. En la fig 11 se muestran diferentes juntas que pueden realizarse con adhesivos. La técnica de las cintas adhesivas se aplica frecuentemente a las membranas de polietileno. Sin embargo, las juntas obtenidas no pueden considerarse permanentes; además, las cintas adhesivas no tienen la misma resistencia a los productos químicos y a los solventes que el propio polietileno.

A excepción de los paneles asfálticos, todas las uniones hechas en el campo deben ser perpendiculares al pie del talud. Sin embargo, las uniones de alta resistencia como las que se consiguen con algunas formulaciones de hypalon y de 3110 se pueden colocar en cualquier dirección.

~- ---~~ --- ----------------------------------------------

6.5 Selección del tipo de membrana

La selección del tipo de membrana para una obra particular debe tomar en cuenta múltiples factores. En la tabla 3 (ref 49) se presenta una lista de los principales criterios de selección en orden decreciente de importancia. Esta lista tiene solamente valor indicativo y puede variar de una obra a otra.

En la tabla 4 se comparan las propiedades de los materiales sintéticos de uso más común para revesti­mientos con los del hule natural (ref 49).

Membrana 10 cm mín.

1- -¡ _.---Adhesivo 1/Yfii?ii?i/iiJii/f~

Membrana

a) Traslape con adhesivo

15 cm mín. Membrana :; ~Cinto engomado

Jiéi?éiáii Cinto engomado/ Membrana

b) Traslape con cinto engomado

Membrana

el UniÓn machihembrado

Fig 11 Empalmes a base de distintos sistemas adhesivos ( ref 48)

En 1 a tab 1 a 5 se dan a 1 gunos e 1 ementos para eva 1 uar la compatibilidad entre tipo de revestimiento y sustancia almacenada (ref 24).

Finalmente, en la tabla 6 se comparan las ventajas y desventajas del cloruro de pol ivini lo (PVC) y del polietileno (PE) (ref 23).

6.6 Instalación

Los principales aspectos a cuidar para la instalación de revestimientos sintéticos en lagunas artificiales se resumen en la tabla 7 (ref 24). A continuación se analizan más en detalle algunos de los aspectos señalados en esta tabla.

6.6. 1 Preparación del sitio

Las membranas deben colocarse sobre una superficie tersa,ya sea de concreto, concreto lanzado, concreto asfáltico o suelo. En este último caso, es necesario remover todas las ramas afiladas, las piedras y el escombro, tanto en e 1 fondo como a 1 os 1 ados de 1 a instalación, o recubrirlos con un suelo fino (arena fina o limo). Las zonas donde crezca el pasto deben esteri 1 izarse. De preferencia, el área que se va a cubrir debe nivelarse y compactarse con rodillo y plancha para reducir las concentraciones de esfuerzos en la membrana. En instalaciones críticas, para evitar daños a la membrana impermeable, ésta se apoya sobre un fieltro de poliéster o polipropileno.

6.6.2 Nivel freático alto y zonas de emanación de gases

Si el revestimiento se instala sobre materiales en descomposición, tales como residuos organ1cos, pantanos, etc, o en zonas con niveles de agua con fluctuaciones que bombean aire, se pueden producir emanaciones de gases que llegan hasta la superficie.

TABLA 3 CRITERIOS DE SELECCION PARA REVESTIMIENTOS SINTETICOS (ref 49)

l. Alta resistencia a la tensión, flexibilidad y elongación sin falla

2. Resistencia a la abrasión, al punzonamiento y a los efectos de agua de desecho

3. Buena resistencia al intemperismo; el fabricante garantiza larga vida

4. Inmunidad al ataque de bacterias y hongos

5. Densidad > 1.0

6. Color: negro (para resistir rayos ultravioletas)

7. Espesor mínimo: 20 mils (0.4 mm)

8. Composición uniforme y ausencia de defectos físicos

9. Resistencia a variaciones de temperatura y a condiciones ambientales

10. Fácil reparación

11. Economía

24

N

"'

Propiedad

Densidad Resistencia a la tensión,

psi (kg/cm 2 )

Elongación, % Dureza Shore "A"

Intervalo de temperatura de trabajo, oF

(oc)

Resistencia a los ácidos Resistencia a las bases Resistencia a solventes oxigenados Resistencia a solventes aromáticos y halogenados Resistencia a solventes alifáticos (del petróleo) Permeabilidad al vapor de agua, por mils Intemperización

P = pobre R = regular

TABLA 4 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE USO MAS COMUN PARA REVESTIMIENTO (ref 49)

Polietileno Cloruro Baja Alta de Polietileno Poli- Nylon Hule

densidad densidad polivinilo clarinada propileno butilo

0.92-0.94 0.94-0.96 1.2-1.5 l. 35-1.39 0.9-0.91 l. 08-1.4 0.92-1.25

1300-2500 2400-4800 3500-10000 1800 mín. 4000-32000 9000-11000 1000-4000 (90-175) (170-340) (245-700) (125 mín.) (280-2250) (630-775) (70-280)

200-800 10-650 60-200 375-575 40-400 250-550 15-90

-70 a 180 -70 a 240 -60 a 200 -40 a 200 -60 a 220 -60 a 380 -50 a 325

(-55 a 80) (-55 a 115) (-50 a 90) (-40 a 50) (-50 a 105) (-50 a 170) (-45 a 160)

P-B B B-E B-E B-E p

B-E B-E B-E B-E B-E E

P-8 P-B B p

R R B p 8 B p

P-R R-8 B B 8 E p

3-14 1.8-2.2 3-18 0.04-0.048 0.25-1 0.09-1.0 0.15 p p 8 E p R 8

-- -- --- -

B = bueno E = excelente

Hule Hypal on natura 1

0.91-1.25

1000-3500 1000-2000 (70-245) (70-140)

20-100 55-95

-70 a 250 -45 a 250 (-55 a 120) (-45 a 120)

B B-E

B

p R

p B

2.0 R E

Métodos ASTM empleados para determinar las distintas propiedades: densidad, 0751; resistencia a la tensión, D97-61T; elongación, D412- 61T o D882; dureza Shore "A", D676-59T; permeabilidad al vapor de agua, E96-66

1

'

1

1

1

1

Estas emanaciones no pueden escapar debido a la impermeabilidad del revestimiento. Cuando existen estas condiciones, deben tomarse precauciones especiales en el diseño para permitir el escape del gas hacia los lados, dejando el fondo con inclinación y colocando una capa de suelo o un fieltro permeable al gas directamente bajo el revestimiento. Es usual instalar además respiraderos en los taludes arriba del nivel del fluido almacenado. Puede ser también úti 1 1 astrar e 1 revestimiento recubriéndolo con una capa de suelo.

6.6.3 Colocación de la membrana

Las membranas sintéticas impermeables se embarcan generalmente dobladas como acordeón en ambos sentidos para poder extenderse fácilmente en la di~ección longitudinal y después a lo ancho. Uno de los métodos que se pueden usar para instalar el revestimiento es el siguiente: un sector empacado previsto para una cierta área en la instalación se coloca en la plata­forma de un camión, en un cargador frontal o en

cualquier otro equipo de transporte, en forma tal que la dimensión larga de la caja se coloque transversal­mente, y en esta forma se lleva al lugar de instalación. Después de cortar los flejes, la tapa y los lados de la caja se pueden quitar verticalmente, quedando el revestimiento doblado como acordeón sobre una tarima, desde la cual se puede abrir a lo largo sosteniendo el extremo y moviendo el vehículo hacia adelante mientras se desdobla la membrana. La primera sección se coloca generalmente sobre el talud del bordo o de 1 a berma perimetra 1 para que uno de sus extremos se pueda enterrar en 1 a zona de anc 1 aje, antes de que el resto se desdoble hacia abajo del talud. Se coloca a continuación la segunda sección junto a la primera y se desdobla en forma tal que las dos se puedan unir como se describe más abajo hasta cubrir el área total necesaria. Para unir los tramos entre sí es recomendable emplear una plataforma de trabajo que puede ser un tablón de 2.5 cm de espesor, 25 cm de ancho y 610 cm de largo, colocado directa­mente en el terreno sobre suelo seco, o sobre soportes en terreno húmedo. Los dos bordes del revestimiento

TABLA 5 GUIA PARA LA SELECCION DE REVESTIMIENTOS (ref 24)

Tipo de revestimiento

Substancia PE Hypa 1 on PVC Hule Neo- Tableros Concreto Con- Acero CPE 3110 butilo preno asfálticos asfáltico e reto

Agua OK OK OK OK OK OK OK OK PC OK OK

Aceites animales QKC OK SR OK OK e e NR OK OK OK

Aceites de petróleo (no aromá-ticos) QKC e NR NR SE NR NR OK OK OK OK

Aguas negras domésticas OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK

Soluciones salinas OK OK OK OK OK OK e NR NR OK OK

Soluciones base OK OK OK OK OK OK OK e OK OK OK

Acidos 1 i geros OK OK OK OK OK OK OK NR NR OK OK

Acidos oxidantes NR NR NR NR e NR NR NR NR NR NR

Salmuera OK OK OK OK OK OK OK e NR OK OK

Aceites de petróleo (aromáticos) e NR NR NR NR NR NR OK OK NR NR

(a) OK generalmente satisfactorio e cuestionable NR no se recomienda SR se rigidiza SE se expande PC se sugiere protección catódica

(b) Se recomienda ·efectuar pruebas de inmersión en cualquier revestimiento que se vaya a usar en un medio ambiente donde exista duda sobre su longevidad. Consulte al fabricante del revesti­miento o a un laboratorio de prueba con experiencia cuando haya duda

(e) Debe ser de una sola pieza

26

TABLA 6 COMPARACION ENTRE EL PVC Y EL PE (ref 23)

VENTAJAS

PVC PE

Mayor resistencia Menor costo inicial Mayor resistencia a la abrasión Menor peso de embarque Buen sistema de empalme Se surte en piezas más grandes Mayor flexibilidad No hay límite en el espesor Buena resistencia al arrugamiento

DESVENTAJAS

PVC PE

Rápido envejecimiento al sol Mayor susceptibilidad al Costo más alto envejecimiento al sol Mayor peso de embarque Baja confiabilidad de las juntas

Piezas de tamaño reducido Es necesario enterrarlo para

TABLA 7

evitar que flote Muy rígido a menos que el espesor sea menor de 8 mils Baja resistencia al arrugamiento

RESUMEN DE PRACTICAS EFECTIVAS DE DISE~O PARA LA COLOCACION DE REVESTIMIENTOS EN LAGUNAS ARTIFICIALES DE ALMACENAMIENTO

(ref 24)

l. El revestimiento debe colocarse sobre una estructura estable

2. El diseño y la inspección de las instalaciones deben recaer en pro­fesionistas con experiencia en aplicaciones de revestimientos y que dominen la ingeniería geotécnica

3. Es recomendable el uso de un sistema de subdrenes que opere a la pre­sión atmosférica

4. Las especificaciones deben prever una tolerancia para filtraciones

5. Los revestimientos impermeables deben colocarse sobre una superficie tersa de concreto, suelo, concreto lanzado o concreto asfáltico

6. Salvo para paneles asfálticos, todas las juntas de campo deben hacer­se perpendicularmente al pie del talud

7. Las obras de toma y de descarga deben sellarse adecuadamente

8. Las membranas deben anclarse en la corona del talud

9. Se deben sellar todas las picaduras del revestimiento y las grietas del terreno de apoyo

10. Los problemas de viento y de gases en membranas delgadas se pueden controlar si se instalan respiraderos como parte integral del reves­timiento

11. Es conveniente recubrir los revestimientos o cercar los almacenamien­tos para evitar vandalismo

27

que se van a unir se traslapan entre 5 y 10 cm a lo largo del centro de línea del tablón y se alinean con la ayuda de dos trabajadores, quienes también dejan libre el área de polvo, tierra o humedad mediante un trapo o un cepillo.

Si se usa el sistema de unión con solvente adhesivo, se procede como sigue. La membrana debe estar total­mente seca. Entre dos trabajadores se tensa ligeramente el área mi entras que un tercero inyecta el solvente adhesivo entre las dos membranas preparadas (con cantidades de aproximadamente 35 g para cada 10 m) usando unos envases flexibles. No es necesario ni deseable arremangar el borde superior de la membrana. Inmediatamente después de aplicar el sol vente adhesivo, con un trapo se aplica una presión con la mano o con un rodillo de acero transversalmente a la junta. Si alguno de los bordes no selló, se debe repetir la aplicación del adhesivo hasta unir completamente ambos bordes. Se desplaza entonces hacia adelante el tablón para sellar la siguiente zona (a veces se amarra una cuerda al extremo frontal del tablón para poder jalarlo hacia adelante). Después de completar la unión, el solvente adhesivo habrá sellado la unión suficientemente para que se pueda desdoblar un nuevo tramo en todo su ancho y colocar y sellar otra sección. Generalmente, la resistencia al corte se desarrolla en 5 a 15 minutos, pero la resistencia final al desprendimiento solamente se alcanza en varios días hasta que el solvente se evapora. Las uniones deben inspeccionarse cuidadosa­mente después de transcurrida la primera media hora o más tarde, con el fin de detectar y resellar cualquier hueco que aparezca en la junta y en particular las clásicas "bocas de pescado" que se producen por tensiones diferenciales entre los bordes opuestos de las juntas.

Las operaciones de colocación de las membranas no deben realizarse cuando sopla viento debido al peligro de movimientos y desgarres de las membranas. Si el viento se presenta durante la instalación, es indispensable lastrar el revestimiento de inmediato. Para ello, es recomendable preparar un número suficiente de sacos de arena.

6.7 Subdrenaje

El fluido que puede llegar a acumularse detrás de una membrana impermeable por alguna discontinuidad de la misma o por infiltración del agua de lluvia o de otras fuentes, puede ocasionar múltiples problemas. Así, un incremento del contenido de agua puede provocar asentamientos diferencial es en los suelos heterogé­neos, derrumbes en los suelos cársticos, disolución en los suelos con contenido importante de yeso, deslizamientos en laderas, etc. Por otra parte, la membrana misma puede sufrir daRos por el efecto de la subpresión en caso de vaciado del almacenamiento. Para conjurar estos peligros se ha llegado a recurrir a una doble impermeabilización (fig 12, ref 50). La función de la membrana inferior es simplemente de canalizar las filtraciones de la primera hacía un sistema de subdrenaje constituido por tubos perforados colocados en trincheras rellenadas con material graduado seleccionado, que permita detectarlas y tomar medidas correctivas. Se logra en esta forma una mayor seguridad, pero esta solución es obviamente muy O(lerosa y solamente se justifica si el fluido almacenado es altamente contaminante o si se ha detectado un problema geotécnico potencial de importancia como los mencionados arriba.

28

Revestimiento primario

Fig 12 Subdrenaje a base de doble impermeabilización { ref 50)

Un tipo más simple de subdrenaje consiste en colocar el revestimiento sobre una capa de concreto asfáltico poroso que canaliza el fluido interceptado hacia el sistema de drenaje. Otra alternativa consiste en usar material granular recubierto con suelo fino compactado o con un geotextil en vez de concreto asfáltico. En ambos casos, la subrasante debe estar constituida por una capa de suelo compactado semi permeable eventua 1-mente recubierta con un riego asfál ico. Estos sistemas no recolectan la totalidad de las filtraciones pero permiten detectarlas si son importantes y evitan el desarrollo de subpresiones bajo el revestimiento en caso de vaciado de la laguna.

Es importante que todos estos sistemas trabajen a la presión atmosférica.

Oebe reconocerse que muchas instalaciones superficia­les o poco críticas se construyen con un sistema de subdrenaje muy simplificado o sin subdrenaje.

6.8 Protección

Las membranas delgadas sensibles a la radiación solar o expuestas a daRos mecánicos o vandalismo deben recubrirse con una capa de suelo. En los taludes debe colocarse una capa de suelo permeable, protegido contra la eros1Ón con grava. Para poder mantener en su lugar sobre los taludes el suelo y la capa de grava, es necesario que la pendiente no sea mayor de 3: l. En tal u des más pronunciados puede usarse concreto para fines de protección. La protección de las membrahas más gruesas y resistentes que no vayan a estar sujetas a daRos mecánicos puede ser a base de agua únicamente. Un tirante suficiente de agua puede evitar los efectos daRinos del calor sobre el revesti­miento y proporcionarle cierta protección. Algunas instalaciones en las que se anticipaba mantener un tirante constante, se han diseñado con una berma bajo el nivel del agua. En este caso, se puede prever una protección de suelo por encima de la berma pero ningún otro tipo de protección, excepto agua, por debajo de la elevación de la berma.

Para colocar la protección de suelo sobre los lados y el fondo de la instalación, se pueden usar cucharones de almeja, cargadores frontales, topadoras, motoconformadoras, etc. Aunque algunos revest i mi en tos son resistentes, el equipo no debe desplazarse

directamente sobre ellos. Es importante que los operadores señalen de inmediato cualquier daño ocasionado a la membrana durante la colocación del material de protección.

6.9 Detalles constructivos

El anclaje de la membrana en la parte superior del talud puede ser formal o rústico (ref 23).

a) Un sistema formal de anclaje consta de pernos de fijación de 12 mm separados de 1 5 a 30 cm e. a e. y de una barra de anclaje de 6.3 x 51 mm en sección transversa l. Generalmente, la barra es de una aleación de aluminio, aunque también se usa acero galvanizado y acero inoxidable. Estos productos no presentan problemas de corrosión galvánica en este tipo de aplicaciones. Los pernos se colocan en el concreto del deflector de olas (figs 13 y 14) o, si no existe, se cuela en una trinchera una viga de concreto (fig 15) de por lo menos 15 cm de ancho, con una sola varilla de refuezo contra agrietamiento. En el quiebre de la corona con el talud, es recomendable colocar una tira de protección de 30 cm de ancho aproximadamente, entre el revestimiento y el concreto, como protección contra rasgaduras por los bordes afilados o por la rugosidad propia de la viga.

b) El anclaje rústico se hace excavando una zan1a adyacente a la corona del talud, de se ce 10n transversal en forma de V. La profundidad de la

29

zanja varía entre 30 y 40 cm que es suficiente para soportar cualquiera de los sistemas de revestimiento (fig 16). Después de colocar la membrana, se rellena la zanja con el suelo excavado compactándolo ligeramente.

En las estructuras de toma y de descarga y en otros puntos donde se tenga que atravesar el revestimiento, los sellos se consiguen de dos formas. El primer método consiste en hacer el sella do en el plano del revestimiento (figs 17 y 18). La segunda técnica recurre a una funda para tubo (fig 19). A esta funda se fija una brida fabricada por uno de los métodos de junteo en planta. En el campo esta brida se adhiere al material base del revestimiento en el punto donde el tubo sobresale del mismo. Los tubos de toma y/o descarga se introducen generalmente en el almacena­miento a través de una pequeña estructura de concreto (fig 20). El sello entre el revestimiento y la estructura se efectúa en la parte superior del muro de la estructura, en el plano del revestimiento. La estructura en sí no se reviste.

6.10 Mecanismos de falla

Las lagunas impermeabilizadas son obras vulnerables y sujetas a numerosos mecanismos de falla parcial o total. En la tabla 8 se presenta una clasificación resumida de dichos mecanismos. Esta tabla muestra que son muchos los aspectos que hay que cuidar para lograr una instalación exitosa.

1%

Estructura de concreto

Sistema de adherencia entre revestimiento y concreto:

Sistema mecánico de anclaje: Barras de aluminio de 1/4"x2"(0.6x5.1 cm) o de acero galvanizado de 3ft6"x2" (0.48x5.1 cm) con tornillos opresores de anclaje @ 30 cm c. a c. máximo. Usar pernos atornillados sólo en reves­timientos de paneles asfálticos (se necesitan -rondanas de 2" - )

20 cm mín. para paneles asfálticos¡ 7.5 cm mín. para PV C y hypalon; 15 cm mín. para otros revestimientos

NOTAS;

Suelo estable compactado o superficie existente de concreto, concreto lanzado o concreto asfáltico

1.- La superficie del concreto debe ser tersa y 1 i bre de todo compuesto de curado

2.- Usar una junta de ~/32"x 2" (0.08x 5.1 cm) como mínimo (el material deberá ser compatible con el revestimiento) entre la barra y el reves­timiento; no se necesitan juntas entre paneles asfálticos ni en otros tipos de revestimientos de más de O. 040" ( 1 mm) de espesor

Fi g 13 Detalle de 1 anclaje superior : a 1 terna t iva para todo tipo de revestimientos ( ref 23)

11

Estructura de concreto

en concreto concreto viejo

del muro

de anclaje igual ol de arriba. de la barra debe ser compa­

tible con el lÍquido almacenado

Bota de cubierta de elastómero de Revestimiento del talud

15 cm mÍn. de ancho x 1/32" {0.8 mm:¿ de espesor¡ parte sobre el muro y parte sobre el talud, con un adhe-sivo poro concreto compoti ble

Suelo estable compactado o superficie existente de concreto, concreto lanzado o concreto asfáltico

NOTAS:

t.- Todos las superficies de concreto en los sellos deben estar tersas y 1 i bres de todo compuesto de curado

2.- Usar un adhesivo compatible entre el revestimiento del talud y la bota elastomérica, así como un ancho mínimo de 7. 5 cm de adhesivo compatible entre el revestimiento del talud y el concreto

Fig 14 Detalle del anclaje superior: alternotiva 2 para todo tipo de revestimientos ( r ef 23)

31

[

Sistema mecánico de anclaje: Barras de aluminio de 1/4" x2" (0.6x5.1 cm), o de acero galvanizado o inoxidable de

Corona del tal d 3f¡s"x 2" (0.48x5.1 cm), con tornillos opresores u ~ de anclaje @ 30 cm c. a c. Usar pernos

• • 1 ""' atornillados sólo para revestimientos asfálticos ~ o¡0 inc\inaclon _ "J (se necesitan rondanas de acero de 2" r6 ) -

Viga de anclaje de concreto de aprox. 30 cm de peralte dependiendo de las condi­ciones climáticas y del subsuelo

NOTA:

Revestimiento

estable compactado o superficie existente de concreto, concreto lanzado o concreto asfáltico

La superficie de concreto debe ser tersa y 1 i bre de todo compuesto de curado. Usar una junta de 1¡32" (0.8 mm) de un material compatible con el revestimiento, entre la barra y el revestimiento; no se necesitan Juntas en paneles asfálticos ni en otros tipos de revestimientos de más de O. 040" ( 1 mm) de espesor.

Fig 15 Detalle del para todo

anclaje tipo de

superior alternativa revestimiento ( ref 23)

Zanja excavada con máquina. Colocar el revestimiento, rellenar y compactar

3

1 % inclinación j¡"30 cm

\---L1 r-Corona del talud

Fig 16

1 1~

~Revestimiento minimo /

~de 15 cm .

'''" L,, "''"' oompootodo o '"'""''' existente de concreto, concreto lanzado o concreto asfáltico

Detalle del anclaje superior alternativa para todo tipo de revestimientos flexibles ( ref

32

4 23)

NOTA:

Tramos cortos de 1/s"x 1" (0.32x2.5 cm) de r barras de acero inoxidable, soldadas a tope, con tornillos opresores de anclaje @ 15 cm c. a c. (ver nota)

;,-.~ .. ·· ··<,;.?::·., ......----Mastique .... ~:............. /

o estructura '-----Sistema de adherencia entre

revestimiento y concreto: 20 cm mín. para paneles asfálticos; 7.5 cm mín. para p ve; 15 cm mín. para cualquier otro tipo de revestimiento

En vez del anclaje mostrado, en el caso de revestimientos a base de paneles asfálticos se pueden usar pernos hincados a golpes atravesando discos metálicos de 5 cm de diámetro mÍnimo x 1¡16" (0.16cm) de espesor de acero galvanizado, separados @ t 5 cm c. a c. y sellados con mastique

Fig 17

NOTA

Sello ti p·o

en tuberÍas atravesando taludes, de r e ves t i m i en tos ( r e f 2 3 )

de concreto

para todo

No se necesitan sujetadores mecánicos

Fig 18 S ello en columnas a base de paneles

de piso para revestimientos asfálticos ( ref 23)

33

NOTA:

Revestimiento

Tubo

entre ambos revestimientos

del tubo

acero inoxidable (1.9 cm) de ancho

\1 ---Adhesivo entre metal y '~ revestimiento de 10 cm

de ancho (ver noto)

Suelo estable compoct~do, concreto, concreto, l?nzodo o concreto osfolt1co

El tubo se deberá limpiar perfectamente en la zona de aplicación del adhesivo

Fig 19 Detalle de lo boto del tubo, poro todo tipo de revestimientos, excepto paneles asfálticos ( ref 23)

Revestimiento

Estructura

NOTA:

Barras de acero inoxidable de 1/e" x 1" (0.32x 2.5 cm) dejando un espacio de 25 mm entre barros. Se fijarán con pernos de anclaje separados @ 15 cm c. a c. ( ver nota )

Sistema de adhesiÓn entre revestimiento y concreto: 20 cm mín. para paneles asfálticos; 7. 5 cm mÍn. para P V C ; 15 cm mín. paro cualquier otro tipo de revestimiento

Para revestimientos a base de paneles asfálticos, en vez del anclaje mostrado se podrán usar pernos hincados a golpes o través de discos de acero galvanizado de 25 mm de diámetro mÍnimo x 1/1s" (0.16 mm) de espesor, separados @ 15 cm c. a c. y protegidos con mastique

Fig 20 Sello poro

de uno estructuro de alimentación todo tipo de revestimientos ( ref

o descargo, 23)

TABLA 8 CLASIFICACION DE LOS PRINCIPALES MECANISMOS DE FALLA PARA ESTANQUES DE ALMACENAMIENTO (ref 23)

a) PROBLEMAS EN LAS ESTRUCTURAS DE APOYO

Subdrenes: Taponamiento, roturas

Substrato: Compactación Textura Oquedades Asentamientos Huecos y grietas Agua freática Arcillas expansivas

Gases Bombeo por oleaje Estabilidad de anclajes Lodo Obras complementarias

b) PROBLEMAS DE OPERACION

Cavitación Impacto Mantenimiento de limpieza Subpresión Vandalismo

35

e) PROBLEMAS EN LOS REVESTIMIENTOS

Dificultades mecánicas:

Juntas de sellado de campo Bocas de pescado Sellos con la estructura Puenteo de la membrana Porosidad Agujeros Agujeros microscópicos Resistencia al desgarramiento Resistencia a la tensión Roedores, otros animales Insectos Crecimiento de algas

Clima: lntemperismo en general Viento

Ozono

Erosión por oleaje

Actividad sísmica

7. INSTRUMENTACION Y OBSERVACION DEL COMPORTAMIENTO

7.1 Objetivos de la instrumentación

Las lagunas artificiales son estructuras vulnerables que deben ser objeto de constante vigilancia. Por una parte, debe verificarse periÓdicamente que los bordos no presentan indicios de inestabilidad y, por otra, es necesario asegurarse que las filtraciones quedan dentro de los límites aceptables.

Los objetivos anteriores pueden lograrse recurriendo a instrumentos adecuados para medir las diferentes variables de interés: asentamientos, movimientos horizontales, abatimientos de nivel, gastos, carga hidráulica en diferentes puntos del bordo y de su cimentación, etc.

7.2 Instrumentación de los bordos

Es necesario realizar periódicamente inspecciones del bordo con objeto de detectar grietas, zonas húmedas, zonas de crecimiento anormal de plantas, y daños a la protección contra oleaje.

El comportamiento de los bordos puede, por otra parte, verificarse en forma más precisa recurriendo a la instrumentación desarrollada para presas de tierra y enrocami ento ( ref 51). Se pueden realizar en particular las mediciones que se indican a continua­ción.

7.2. 1 Asentamientos de la corona

Para medir los asentamientos de la corona del bordo, es posible recurrir a nivelación Óptica de referencias superficiales respecto a bancos de nivel fijos.

7.2.2 Movimientos horizontales

Los movimientos horizontales de los bordos pueden determinarse por alineación Óptica con tránsito y escala, tomando como base una línea de colimación entre bancos fijos. En caso de observarse movimientos importantes o en zonas particularmente críticas, es conveniente instalar inclinómetros para definir el perfil de desplazamientos horizontales y, en su caso, determinar la profundidad de la superficie en la que se presenta el deslizamiento.

7.2.3 Funcionamiento del filtro

La colocación de piezómetros de tipo abierto en el cuerpo del terraplén y en los filtros permite verifi-

-------- ~~------ ·--------

37

car si éstos cumplen con su función (2.2.6).

7.3 Evaluación de la estanqueidad de la laguna

La medición de las filtraciones que presenta una laguna artificial plantea grandes dificultades. Lo anterior se debe principalmente a las incertidumbres que afectan las estimaciones de la evaporación. Es común que se afirme que una laguna no ti ene filtra­ciones cuando lo Único que se puede decir es que no son suficientes para poder medirse con métodos burdos.

7.3. 1 Medición de las filtraciones

a) Medición de las variaciones de nivel del almacena­miento

Esta medición puede real izarse con un l imnímetro de punta o de gancho (fig 21, ref 52), constituido por una regla graduada con vernier que se hace deslizar frente a una referencia fija hasta que una punta metálica coincida con el nivel del agua. La precisión es del orden de O. 1 mm. Es necesario aislar la zona de medición para eliminar el efecto del oleaje. Las variaciones de nivel deben corregirse por evaporación y por los volúmenes vertidos o extraídos de la laguna durante el periodo de medición. De ser posible, esta última corrección debe eliminarse aprovechando para la medición un periodo en el que la laguna esté fuera de operación y limitando la interpretación a días sin precipitaciones pluviales.

b) Medición de gastos recolectados por el subdrenaje

En lagunas con subdrenaje (6. 7), los gastos recolectados permiten cuantificar las filtraciones; sin embargo, debe tomarse en cuenta que una parte de las mismas puede haber sido dbsorbida por el subsuelo o puede provenir de otra fuente (agua de lluvia infiltrada, agua freática, etc).

7.3.2. Corrección por evaporación

a) Medición directa de la evaporación

La evaporación depende de numerosos factores, entre los cuales destacan la velocidad del viento y la presión de vapor en el agua y en el aire para las condiciones ambientales del instante y del lugar. Existe un gran número de tipos de evaporímetros. En la fig 22 se presentan tres de ellos (ref 53).

La evaporación medida con estos aparatos debe ser corregida para tomar en cuenta las diferencias de exposición y de condiciones ambientales en las que se encuentran respecto a las que prevalecen en la laguna. Estas correcciones son empíricas y no se puede por tanto esperar una gran precisión en los resultados.

b) Método del balance de energía

Una alternativa a la medición de la evaporac1on consiste en estimarla a partir de otros parámetros (temperatura, radiación solar, hidrometría, etc) mediante un balance de energía. Este método resulta más confiable que la medición directa ( ref 54).

o) Limnímetro de punta b) Limnímetro de gancho

Fig 21 • A porotos para medir la elevación de la superficie libre del agua ( ref 52 )

a) Evaporímetro clase A

Diámetro = l. 22 m Altura =O. 25 m

b) Evaporímetro australiano

TANQUE INTERIOR:

Diámetro = 0.91 m Profundidad = O. 91 m

TANQUE EXTERIOR :

Diámetro = 1.22 m Profundidad = 0.86 m

e) Evaporímetro flotante

Diámetro int. = 1.0 m Profundidad = 0.40 m Diámetro ext. de lo aleto = 1.40 m

Fig 22 Evaporímetros ( ref 53)

38

8. CONCLUSIONES

La rev1s1on de las principales técnicas de impermeabi­lización de lagunas artificiales que se ha presentado en este trabajo permite llegar a las conclusiones siguientes:

l. La impermeabilización de una laguna es una técnica delicada que requiere la intervención de especia­listas, entre los cuales es necesario que se encuentre un experto en geotecnia.

2. Existen múltiples técnicas para impermeabilizar; es necesario tener conciencia de las limitaciones y del campo de aplicación de cada una de ellas antes de escoger la que mejor se adapte al caso de interés.

39

3. Las fallas de los revestimientos de impermeabiliza­ción son más frecuentemente atribuibles a criterios inadecuados de selección y a detalles de diseño e instalación que a las características del material de revestimiento.

4. La construcción de una instalación con filtraciones nulas es un ideal que, en la práctica, nunca se puede garantizar que se alcanzará totalmente. Sin embargo, para la mayor parte de los problemas usuales, las técnicas existentes permiten obtener resultados aceptables.

5. Es necesario vigilar las lagunas mediante instru­mentación para evaluar su comportamiento y prevenir fallas parciales o totales.

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ANEXO l. ALGUNAS LAGUNAS CONSTRUIDAS EN MEXICO

I.A ESTANQUE DE ENFRIAMIENTO DE LA PLANTA TERMOELECTRICA DE RIO ESCONDIDO, COAH.

I.A.l Descripción general del proyecto (refs 1 y 2)

La planta termoeléctrica de Río Escondido, Coah., cons­ta de cuatro unidades de 300 MW con calderas que que­man carbón no coquizable. El sistema de enfriamiento es del tipo circuito cerrado y requirió la construc­ción de una laguna artificial de 300 hectáreas de su­perficie. La laguna fue construida arriba del terre­no natural mediante 13 km de bordos de una altura has­ta de 10m (fig I.A.l). El agua de repuesto se bom­bea por una parte desde pozos locales y, por otra, me­diante un acueducto de 30 km, desde el río Bravo.

La escasez y el alto costo del agua obligaron a rea­lizar estudios cuidadosos d~ las posibles pérdidas por filtración y a diseñar un sistema económico de imper­meabilización del estanque.

I.A.2 Impermeabilización con un revestimiento de ar­cilla

La exploración geotécnica mostró que el subsuelo del sitio está formado por una capa de 42 m de espesor de arcilla cementada de baja compresibilidad subyacida por depósitos profundos de areniscas y lutitas. A par­t~r de pruebas de permeabilidad tipo Lefranc (fig I.A.2) se detectó una zona de alta carsticidad a una profundidad comprendida entre 10 y 15 m y se concluyó que el mecanismo de filtración sería el mostrado en la fig I.A.3. Las pérdidas se pudieron entonces es­timar recurriendo a la ley de Darcy:

Q = k i A (I.A.l)

donde:

Q pérdidas por filtración, en m3/s

k coeficiente de permeabilidad vertical, en m/s

gradiente hidráulico

A área del estanque de enfriamiento, en m2 •

A partir de esta ecuación, se pudo comprobar que para tener un nivel aceptable de filtraciones, el coefi­ciente de permeabilidad de la parte superior de la capa de arcilla debía ser inferior a 10- 5 cm/s, o sea casi de un orden de magnitud menor que el obtenido a

43

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Estanque de enfriamiento la .etapa

Estanque de enfriamiento 2a. etapa

-, ' \ 1 1 1 1 1 1 1 1 : 1 1 1 ,,1

Primera etapa (2 unidades en operación)

Fig I.A.1

Segunda etapa Alternativa A ( 4 unidades)

metros

Segunda etapa Alternativa B ( 4 unidades)

Planta general del estanque de enfriamiento

500

partir de pruebas de campo (pruebas USBR E-19 y Nasberg) y laboratorio (2xlo- 4 cm/sen promedio).

Se decidió entonces emplear un revestimiento imper­meable para poder reducir las filtraciones a un valor máximo de 0.3 m3/s. Se estudiaron diversas soluciones como concreto asfáltico, láminas asfaltadas, ~embra­nas plásticas y elastoméricas (PVC, polietileno, hule butilo, hypalon, etc) pero resultaron demasiado cos­tosas o poco confiables. Se concluyó que una capa de 0.60 m de arcilla constituiría la mejor solución a este problema.

Se llevó a cabo un amplio programa de pruebas de cam­po y de laboratorio para evaluar la mínima permeabi­lidad que se podía obtener con la arcilla local (CL) compactada. Las pruebas de laboratorio con material

E

*k o

5

NF 8.86

2.5 xlO- 1 ••

15

Sondeo 8 17 8 18 8 19

~ Pruebas Nasberg I:2Z1 Pruebas Lefranc

•k Coeficiente de permeabilidad, cm/s

u Estimado

NF Nivel freÓtico

Fig I.A.2 Resultados de pruebas

Nasberg y Lefranc

Are illa

compactado se realizaron con el permeámetro descrito en el Anexo II. Resultados típicos obtenidos para di­ferentes contenidos de agua se presentan en la fig I.A.4. Estos resultados mostraron que la permeabili­dad es extremadamente sensible al contenido de agua de compactación: arriba del contenido de agua óptimo de compactación se observa una reducción drástica de la permeabilidad. La compactación por amasado lleva por otra parte a permeabilidades inferiores a las ob­tenidas por compactación estática. La homogeneidad del suelo compactado es también un factor importante en la permeabilidad.

El procedimiento de compactación del revestimiento de arcilla se definió tomando muy en cuenta los resulta­dos anteriores. Después de darle un contenido de agua superior en 5% al óptimo Proctor de compactación, la arcilla se homogeneizó y se dejó curar durante una se­mana antes de extenderse y compactarse. Con una ar­cilla con contenido de agua tan alto, no pueden usar­se equipos de compactación tradicionales como rodi­llos neumáticos o pata de cabra ya que tienden a atascarse y dejan una superficie muy irregular. Por el contrario, los tractores agrícolas pesados (12 ton, fig I.A.5) dan excelentes resultados ya que inducen un fuerte efecto de amasado y dejan una superficie tersa,con lo cual se consigue un buen control de es­pesor de capa.

La permeabilidad del revestimiento colocado en la forma anterior se verificó en el campo. Para ello, se construyó un estanque de prueba de 50x50 m en planta con bordos de tierra de 6 m de alto (fig I.A.6). El fondo del estanque se cubrió con una capa de arcilla de 50 cm de espesor compactada como se indicó ante­riormente y se aplicó un tirante de agua de 5 m. El gasto de filtración medido en el lapso de un año y co­rregido por evaporación se muestra en la fig I.A.?. Se observó una disminución progresiva con el tiempo. La velocidad de filtración final (1x10- 5 cm/día), co­rresponde para el prototipo al valor permisible de filtración de 0.3 m3/s. Este resultado puede consi­derarse excelente si se toma en cuenta que los bor­dos no fueron impermeabilizados y que se habían com­pactado con un contenido de agua bajo, por lo que eran más permeables que en el fondo. Una evaluación más precisa de la permeabilidad del revestimiento se obtuvo en una segunda prueba realizada en una capa de prueba compactada en la misma forma pero afuera del estanque de prueba. Una parte de esta capa de 2x2 m en planta fue confinada lateralmente por medio de un muro de concreto. El recipiente así formado se llenó con agua y se protegió cuidadosamente con­tra evaporación. La velocidad inicial de filtración fue de 4.6x10- 7 cm/s, disminuyó a 1.5xl0- 7 cm/s y posteriormente no mostró variación durante 20 meses.

Bordos de tierro

NF - Zona de carstic idad -Fig I.A.3 Mecanismo de filtración

44

A partir del coeficiente de permeabilidad derivado de esta prueba, el gasto de filtración del estanque de enfriamiento pudo ser estimado en 0.030 m3/s.

El revestimiento fue colocado por zonas de aproxima­damente 3 ha (fig I.A.8}, protegido con una capa de grava de 15 cm e inundado de inmediato para evitar agrietamiento por secado.

Después de más de tres años de operación, el reves­timiento del estanque sigue presentando un buen com­portamiento; mediciones realizadas en 1981 mostraron que la infiltración es inferior a 0.080 m3/s.

I.A.3 Bordos de tierra

Los bordos de tierra se diseñaron tomando en cuenta las funciones específicas del bordo exterior, el bor­do central y los deflectores (fig I.A.9). La arcilla local se usó como material de construcción, aunque se

1

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2 13

1 1 4

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10 8 10 12 14 16 18 20 22

Contenido de agua de compactación,%

Fig I.A.4 Pruebas de permeabilidad

de laboratorio

Fig I.A.5 CompactaciÓn del revestimiento de arcilla con tractor agrÍcola de 12 ton

-----~------~---

45

prefirió emplear la arcilla superficial menos cemen­tada para el talud en contacto con el agua. Se inclu­yó en el diseño un dren vertical de arena como pro­tección contra el agrietamiento y contra la tubifica­ción de los bordos exterior y central. Esta protec­ción se consideró innecesaria para los bordos deflec­tores. Los taludes se protegieron contra la acc1on del oleaje mediante una doble capa de materiales gra­nulares: un filtro de grava-arena y una capa de enro­camiento.

I.A.4 Estructura de toma

La estructura de toma, que incluye los cárcamos de descarga y bombeo, se construyó íntegramente dentro del estanque para no interrumpir la continuidad del bordo exterior (fig I.A.10}. Se diseñó como una es­tructura autoestable de concreto hecha a base de mu­ros de contención con un relleno de grava arcillosa compactada. Mediante un juego de compuertas desli­zantes, es posible canalizar el flujo conforme a cual­quiera de las trayectorias opcionales mostradas en la fig I.A.l.

I.A.5 Estructuras de purga

Para mantener el contenido de sales dentro de los lí­mites aceptables, será necesario purgar 0.15 m3/s. Este flujo será canalizado a través de dos estructuras de purga que constan de tres tomas pequeñas de concre­to con tubería de acero embebidas dentro del concre­to, que pasan a través de la cimentación del bordo exterior. Las válvulas de control se colocaron fuera del estanque. Estas estructuras también se pueden usar como obras de desfogue de emergencia.

I.A.6 Conclusiones

La experiencia descrita en este anexo ilustra la ne­cesidad, para la impermeabilización con suelos com­pactados, de prestar una gran atención a las propie­dades de los materiales empleados y en particular a la influencia de su estructura sobre su permeabili­dad.

Fig I. A. 6 Estanque de prueba

I.A.7 Referencias

l. Auvinet, G. y Espinosa, J. "Impermeabilization of a 300-hectare cooling pond", Symposium on Permeability and Water Contaminant Transport, ASTM STP 746, Philadelphia, 1981, pp. 151-167

2. Auvinet, G. e Hiriart, G., "An artificial cooling pond for the Río Escondido coal fired power plant", Proceedings of the Symposium on Surface Water Impoundments, ASCE, Minneapolis, Minnesota, junio, 1980

(J)

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Estanque de prueba (50x50m) Profundidad del agua 5 m Espesor del revestimiento de arcilla 0.5m

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Fig I.A.7 Gasto de filtración en el estanque de prueba

Fig I. A.8 Vista del

aérea durante la construcción revestimiento

46

o) Bordo central

Tubo de drenaje@ lOOm

b) Bordo exterior

~N.A.MÓx

e) Bordo deflector

Arcilla blanca cementada II Arcilla café superficial

m Are,a ASTM C 33 W Grava ASTM C 33 alrededor

de los tubos perforados de drenaje N.A. Nivel de aguas

Y Pavimento TI Filtro de grava arenoso :W Enrocamiento Jlill Revestimiento de arcilla compactada

F ig I.A.9 Se ce iÓn transversal de los bordos

47

Borda exterior

Deflector

~hA los

TI!T:. fT •• '' •• 1

Cárcamo

Bordo central

conder¡sodores

Tuben'a

e>-

Deflectar

Fig I.A.lO Estructura para obra de toma

48

I.B LAGUNA DE CONCENTRACION V VASOS DE CRIST ALIZACION

DE CERRO PRIETO, B.C.N.

I.B.1 Descripción general del proyecto (ref 1)

El campo geotérmico de Cerro Prieto está ubicado al sur de Mexicali, B.C.N. Este campo ha estado en ex­plotación para la generación de energía eléctrica desde 1973 y su capacidad inicial de 75 MW ha ido au­mentando con el tiempo y se espera que llegue a 300 MW en un futuro cercano.

El fluido que se obtiene de los pozos geotérmicos es una mezcla de vapor y agua. El agua, la cual se se­para por centrifugación, contiene una proporción apre­ciable de sales disueltas y algunos sólidos en sus­pensión. Se ha diseñado un sistema de lagunas de eva­poración y cristalización para extraer de las salmue­ras cloruro de potasio que es un ingrediente básico para producir fertilizantes químicos. Se dispone ac­tualmente de un gasto de salmuera de 1 m~s, mismo que aumentará a medida que entre en operación un ma­yor número de pozos. La salmuera será concentrada hasta alcanzar el punto de saturación en cloruro de sodio en un estanque de evaporación solar. Se bombea­rá posteriormente hacia lagunas más pequeñas donde llegará a saturarse en cloruro de potasio. Se ha pre­visto la construcción en el futuro de lagunas de cris­talización adicionales para extraer el cloruro de calcio.

En la fig I.B.1 se muestra la configuración general de las lagunas a construir. El proyecto contempla la construcción de un estanque de evaporación s~ar de 1400 hectáreas en una zona ocupada actua 1 mente en parte por una laguna de descarga. El almacenamiento se formará por encima del terreno natural mediante la construcción de terraplenes compactados de 38 km de largo y hasta 3.5 m de altura. La profundidad del es­tanque variará entre 0.30 ~ 2.50 m. También se cons­truirá una serie de 10 lagunas de cristalización (80 ha) formadas asimismo por bordos de tierra. Estas lagunas deberán ser totalmente impermeables para evi­tar pérdidas de la valiosa salmuera concentrada y de­berán tener fácil acceso para el equipo pesado que se usará para remover periódicamente el cloruro de sodio que se acumule en el fondo.

I.B.2 Condiciones del subsuelo

El campo geotérmico de Cerro Prieto y la zona de cons­trucción de la laguna se localizan en el delta del río Colorado, en las estribaciones de la cordillera Cucapah y cerca del volcán Cerro Prieto (fig I.B.2). El campo está cruzado por varias fallas geológicas emparentadas con el sistema de fallas de San Andrés. La capasuper­ficial, de 500 a más de 1000 m de espesor está formada por sedimentos aluviales, sobre todo arcillas, limos y arenas finas con algo de grava. Estos sedimentos es­tán subyacidos por mantos de lutitas y areniscas satu­radas de agua caliente. Se piensa que las fracturas a través del basamento granítico y las intrusiones de magma proporcionan la fuente de calor del campo geo­térmico. Cerca del extremo poniente del campo se en­cuentran abanicos aluviales formados por arenas y gra­vas permeables. Una característica distintiva del si­tio es la presencia de manantiales termales, volcanes de lodo y otras manifestaciones volcánicas superficia­les. La zona es altamente sísmica y está afectada fre-

--- --~---------

49

cuentemente por sismos con focos poco profundos ( < 30 km).

En la zona, se han realizado varios sondeos de explo­ración (ref 2) hasta profundidades de 30m para obtener información para el diseño de cimentaciones de la plan­ta termoeléctrica. Asimismo, se ha excavado un gran número de pozos a cielo abierto. No es posible defi­nir un perfil estratigráfico típico ya que el subsuelo está formado por capas de arcilla, limo y arena fina distribuidas aleatoriamente.

En la fig I.B.3(a) se puede apreciar la variac1on en los límites de plasticidad de los materiales más fi­nos. La fig I.B.3(b) muestra la distribución granu­lométrica de la arena más gruesa muestreada superfi­cialmente.

I.B.3 Diseño geotécnico y construcción del estanque de evaporación solar

Los aspectos principales que se analizaron como parte del estudio de factibilidad y del diseño del estanque de evaporación solar fueron los siguientes:

a) Pérdidas de salmuera por filtraciones. Se supuso que el flujo estaría gobernado por la ley de Darcy y su magnitud se estimó a partir de análisis con­vencionales de redes de flujo. Debido a la falta de una estratificación definida, el subsuelo se consideró homogéneo con la permeabi 1 i dad corres­pondiente a los materiales más permeables encon­trados.

b) Difusión de sales hacia el acuífero. Se consideró que este flujo, de origen químico,quedará regido por la ley de Fick (ref 3):

J = - D [3C/3z] A ( I. 8.1)

donde:

J gasto, en mol/s

D coeficiente de difusión, en cm 2/s

C concentración de sales, en mol/cm 3

z profundidad, en cm

A área de infiltración, en cm 2

Nuevamente, el subsuelo se consideró homogéneo con un valor conservador del coeficiente de difusión D determinado a partir de pruebas de laboratorio.

e) Estabilidad de bordos de tierra bajo condiciones estáticas y dinámicas. Debido a la baja altura de Tos bordos y a la profundidad del estanque, este aspecto no se consideró realmente crítico. Sin em­bargo, se tuvo especial cuidado al seleccionar los materiales de bancos de préstamo disponibles que fueran lo menos susceptibles a erosión interna pa­ra construir los diques exteriores.

Para determinar la permeabilidad de los materiales superficiales se realizaron pruebas de acuerdo con la norma E-19 del U.S. Bureau of Reclamation (Anexo II). Este tipo de prueba se ilustra en la fig I.B.4, mientras que en la tabla I.B.1 se presentan valores típicos del coeficiente de permeabilidad.

11000

12000

10000 9000 8000

¡-Bordo existente

24000 : 23000

25000

7000

---22000

6000 5000

21000

Estanque de evoporoc ión solar ( 1400 hectóreos}

~_oo ______ 32~L-~------~----------~-.----~-----------~1900o ! -~ Estoc iÓn de bombeo

26000 27QPO 28

Umite del estanque:=-( de descargo existente j

~-+---,~n-------~15~000~--------~~-4----~1~7000~--------~~~

13000-

' Lagunas de cristolizoc ión (80 hectóreos}

Cadenamientos, en m

o 500

metros

1000

Fig I.B.l Visto general en planto de los lagunas de evaporación y de cristalización

Rí~ Colo:odo ~

o

1000 E

2oo::; "O o

~-"O

3000 "O e:

Basamento granítico "' 4000 e "-

5000

Fig 1.8.2 Corte geológico

50

70 : . o ..

CH ... ..

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o~ CL t· V l!_H . •./ o o OL MH

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0 O 10 20 30 40 50 60 7ll BO 90 'WL ,Límite 1Íquido1%

a) Plasticidad de los materiales finos

lOO

~ 80

~ 60

g. 40

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1 1

1 1

1 1 1

1 1

Arena

li\ 1

l 1 1 1

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Diámetro 1 mm 0.1 0.01

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~~ SP(oreno uniforme!-

Cu = l. 7 8 -

\ 1 Ce= 1.54 1

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1 1 l 1

0o 20 40 60 100 200

Mollo No. b) Distribución granulo métrica del material

encontrado en la zona

Fig !.8.3 Propiedades Índice del subsuelo

Los resultados anteriores se deben tomar con cier­ta cautela ya que las grietas por secado en arcillas plásticas arriba del nivel freático dan lugar obvia­mente a valores altos de la permeabilidad alejados de la realidad (prueba 1, tabla I.B.l).

En el laboratorio se realizaron pruebas con el per­meámetro descrito en el Anexo II. Los resultados tí­picos de las pruebas realizadas en los materiales más permeables encontrados en el sitio se presentan en la tabla I .B.2.

De las pruebas anteriores y tomando en cuenta que el suelo de la fig I.B.3 no es representantivo de lazo­na, se consideró ~ue un valor del coeficiente de per­meabilidad de 10- m/s sería lo suficientemente con­servador para estimar las pérdidas por filtraciones.

Para medir el coeficiente de difusión se llevó a cabo una serie de pruebas (fig I.B.5). Los resultados mues­tran que para arenas permeables la convexión debida al gradiente de densidad da lugar a un coeficiente de difusión aparentemente alto. En arcillas o limos, la difusión es por el contrario muy lenta. Finalmente, se consideró un coeficiente de difusión efectivo de 10- 4 cm 2/s.

Los parámetros anteriores se hicieron intervenir en un modelo de diferencias finitas que simula el com­portamiento transitorio y estacionario de la laguna de evaporación. El modelo mostró que las pérdidas eran compatibles con la economía del proyecto.

En la fig I.B.l se observa el diseño final de la la­guna de evaporación en planta. Se le dio forma de caracol para minimizar las pérdidas de sales. La idea de este diseño es que el fluido que circule cerca de los diques exteriores donde ocurrirán las principales filtraciones sea una salmuera de baja concentración. Los diques exteriores se construyen con una arcilla plástica (CH o CL con un límite lí­quido wL > 30% e índice de plasticidad I > 15% y se protegen contra la erosión por medio dePgrava y en­rocamiento obtenidos de los abanicos aluviales y del volcán Cerro Prieto. Para los bordos internos, se consideró que cualquier material, excepto arena o

51

grava permeables, sería aceptable. En zonas inunda­das se empleó una mezcla de grava y suelo fino has­ta el nivel del agua. Se han tenido dificultades constructivas cerca de las manifestaciones geotérmi­cas donde es común encontrar zonas de suelos altera­dos químicamente, de consistencia muy blanda. Estos materiales se tienen que desplazar con relleno gra­nular antes de construir los bordos. Se introduje­ron ligeras modificaciones en el alineamiento de los bordos para minimizar la construcción dentro de las zonas inundadas o con una alta actividad geotérmica.

I.B.4 Diseño y construcción de las lagunas de cris­talización

En lo referente a las lagunas de cristalización, la mayor preocupación que se tenía eran las pérdidas de salmuera concentrada. La necesidad de un recubri­miento eficiente pero barato se hizo evidente. La gran extensión de la zona (800 000 m2 ) eliminó la posibilidad de usar membranas sintéticas, demasiado costosas y además de comportamiento incierto debido a la alta temperatura del suelo. Se llegó rápidamen­te a la conclusión de que, entre las opciones con­templadas, sólo quedaban la de una arcilla compacta­da propuesta por el primer autor con base en una ex­periencia previa (Anexo I.A) y algún tipo de reves­timiento asfáltico flexible.

Para evaluar la aplicabilidad de las técnicas de im­permeabilizacón anteriores, se realizaron di versas pruebas en el campo y en el laboratorio. Se efectua­ron pruebas de infiltración en cuadros de 2 x 2 m so­bre el terreno natural y revestido con arcilla com­pactada, riego de asfalto o mezclas de asfalto y po­lietileno (fig I.B.6). Los resultados principales se presentan en la fig I.B.7. La arcilla compactada presentó la menor velocidad de filtración. La com­posición de la salmuera no pareció afectar la per­meabilidad de la arcilla, la cual puede considerarse menor de 2 x 10- 9 m/s.

El riego asfáltico resultó más permeable que la ar­cilla al presentar grietas debidas a la deformabili­dad e inestabilidad del terreno natural; esta técni­ca se consideró por tanto poco confiable.

Se obtuvieron resultados pobres con lodos a base de arcilla debido a su tendencia a agrietarse a medida que se consolidan bajo su propio peso.

La solución final adoptada para la impermeabilización de las lagunas de cristalización se presenta en la fig l.B.8. El revestimiento arcilloso es de 40 cm de espesor y quedará protegido mecánicamente contra desecación mediante una capa de sal de 50 cm de es­pesor que se formará progresivamente en el fondo de los estanques.

l.B.5 Conclusiones

El diseño y la construcción de las lagunas de evapo­ración y cristalización de Cerro Prieto mostraron que:

- La difusión molecular de las sales a través de los suelos es un punto importante que involucra mucha incertidumbre y requiere mayor investigación

- La efectividad de los revestimientos de arcilla compactados por el procedimiento propuesto por el primer autor (Anexo !.A) se confirmó para las ar­cillas plásticas almacenando salmueras de alta con­centración.

I.B.6 Referencias

l. Auvinet, G., "Design and construction of a solar evaporation pond", VII Panamerican Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vancouver, Canadá, junio, 1983

2. Moreno, E., "Estudio geoténico, Planta Geotermo­eléctrica Cerro Prieto", Informe interno, Comi­sión Federal de Electricidad, México, 1969

3. Mitchell, J. K., "Fundamentals of soi 1 behavior", John Wiley Inc., New York, 1976

TABLA l.B.l RESULTADOS DE PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE CAMPO

Prueba Profundidad N.A. F. Coeficiente de Tipo de suelo permeabilidad

(m) (m) (m/s)

1 0.75 0.60 2.7 X 10-5 Arcilla fisurada 2 2.07 1.80 3.0 X 10-6 Limo arenoso 3 l. 54 1.10 5.7 X 10- 7 Limo arcilloso 4 1.05 0.80 8.0 X 10- 6 Limo arcilloso 5 0.75 0.45 4.6 X 10-6 Arcilla 1 imosa 6 1.00 0.40 7.5 X 10- 6 Arcilla limosa 7 o. 72 1.40 2.2 X l0- 5 Arena fina 8 0.95 l. 65 7.4 X 10-6 Arcilla 9 l. 40 1.10 8.4 X 10-6 Limo arenoso

10 0.70 0.45 3.9 X 10-6 Arena limosa

TABLA I.B.2 RESULTADOS DE PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE LABORATORIO

Tipo de suelo Contrapresión Coeficiente de permeabilidad y peso

volumétrico kPa m/s

Arena arcillosa 13.80 kN/m3 300 6.2 X 10-6 - l. 3 X 10-5

16.23 kN/m 3 300 8.2 X 10-6 - l. 0 X 1o- 5

Limo arenoso 17.llkN/m3 lOO 3.9 X 10-7 - 5.2 X 10_7

14.52 kN/m 3 150 9.0 X 10-7 - 1.8 X 10-6

Arena fina 14.48 kN/m 3 200 l. 7 X 10-5 - 2.4 X 10-5

16.23 kN/m3 300 l. 5 X 10_5 - 2.8 X 10_5

52

Corte

Are illo gris

Acotociones,en m

Cálculo del coeficiente de permeabilidad k

h=l.97m r= 0.09

Q = 82.5105-32.019 = 50.4915 =o 9180 _L 90-35 55 · min

Q = 9.18 x 10-4 m~min _f!J_ ~ 0.76 P.2o

Fig I.B.4 Prueba t(pica de permeabilidad según la norma US BR E -19

¡_ 9.8 U , IS.E

-;----1

86

29.5

Acotaciones 1en cm

Salmuero diluido

A o D: Electrodo selector de iones

Fig 1.8.5 Prueba de difusiÓn

Acotociones,en cm

Fig I.B.6 Ensaye de campo del revestimiento de arcilla

53

-----·---------·------------------

"' --- 40 E '-' ..... o

e: 30 ~~ '-'

~

--...... __ ----------,,,',,í Lod~ arcilloso

'"'~---- -...... _ ............ , ..... --..... _________ _

·- 20 Q)

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"'O o

"'O 10 '-' o

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________ rSuelo natural recompoctodo{CL)

~=:=:=:-.. -.. -.. ~~~o~=~~?~:.c:.::~::.l OL-~~~R~~M~A~Y~-J~~~~J~UL~~A~G~O_L_s=E~P-L-OC~T-L_N_O_V-l~DI-C~-E-N-E~

1981 1982

Tiempo ,en meses

Fig I.B.7 Resultados de uno pruebo de campo

Na Cf

1 1 o.Sm

~~~~~~~~ir--4"-~~~~,·0.41 T Junto Revestimiento de are i llo

Fig I.B.8 Sección transversal t(pico de bordos y revestimiento( lagunas de cristalización)

54

I.C DISEÑO DEL REVESTIMIENTO DE UN LAGO RECREATIVO

I.C.1 Características del lago

Para fines recreativos, se ha proyectado la construc­ción de un lago en el cauce seco del río Nazas. El lago tiene una longitud de 600 m y un ancho variable entre 10 y 40 m. Su superficie total es de 12 000 m2; el tirante es de 60 cm. La construcción se hará por excavación en el terreno natural, colado de un muro perimetral de concreto reforzado y colocación de un revestimiento impermeable en el fondo.

l.C.2 Subsuelo

Los materiales del subsuelo del sitio son depósitos granulares aluviales constituidos por gravas y are­nas mal graduadas con finos escasos y poco plásticos. Se sabe que estos depósitos se extienden hasta una profundidad de más de 30m. El nivel freático se encuentra a más de 70 m.

I.C.3 Evaluación del problema

a) Requerimientos de permeabilidad

Siendo muy permeables los materiales del subsuelo, resulta obvia la necesidad de un revestimiento de baja permeabilidad.

En caso de usarse un revestimiento de arcilla de espesor e, las filtraciones quedarán regidas por 1 a 1 e y de Da rey:

Q k f A ( r. e .1)

donde:

Q filtraciones, en m3 /s

gradiente = (t + e)/e

t tirante, en m

A área de la laguna, en m2

k coeficiente de permeabilidad, en m/s.

Se observa que si se quieren limitar las filtra­ciones a un valor razonable de 1 t;s, debe tener­se, para t = 60 cm y e = 40 cm:

k < 3.30 x 10- 8 m/s

55

Además, el fondo debe tener una protección mecá­nica adecuada para permitir la limpieza periódica de la laguna y su uso eventual como chapoteadero y canal de remo.

b) Opciones estudiadas

Soluciones consideradas por el constructor

En las figs I.C.1 y I.C.2 se presentan las so­luciones consideradas por el constructor.

La primera solución es objetable debido a que la impermeabilización se hace a base de una simple carpeta asfáltica apoyada sobre un mate­rial de base granular. Es previsible que la carpeta se llegue a agrietar, lo que dará lu­gar a filtraciones cuantiosas puesto que el ma­terial subyacente es permeable.

La segunda solución recurre a una "receta" como existen muchas entre los constructores. La capa de arcilla compactada propuesta puede consti­tuir un revestimiento adecuado; sin embargo, el énfasis debe estar en el contenido de agua de compactación más que en el grado de compacta­ción alcanzado. La protección mecánica a base de tabiques resultará inestable en caso de pe­queñas fugas hacia la arcilla, lo cual provoca­rá el agrietamiento de la capa de mortero y de la mezcla de jabón, cal y sal, que resultan por tanto inútiles.

- Solución recomendada (ref 1)

Se recomendó la solución descrita en la fig I.C.3 consistente en un revestimiento compacta­do de arcilla (CL) con grava ( rjJ < 5 cm), homo­geneizada y curada con un contenido de agua su­perior en por lo menos 1% al óptimo. El espe­sor del revestimiento se fijó en 40 cm (dos ca­pas de 20 cm). Para protección mecánica y con­tra secado, se recomendó una carpeta asfáltica de 8 cm de espesor; por otra parte, se simpli­ficó la forma del muro perimetral para evitar movimientos diferenciales que pudieran generar fugas en la periferia.

I.C.4 Referencias

l. Auvinet, G., "Construcción de un lago recreativo. Revisión del procedimiento constructivo", Informe a la SAHOP, México, 1982

o lO; olOJ

~ 0.70

0.30

0.50

o.o5I

0.251

Riego de impregnaciÓn Carpeta asfált ice de 5 cm

Riego de liga

0.20 0.15 >----~

' - __ ,...;_-_,

~~~;;~;;;;~;;;;;!Sz~Muro de contenciÓn /~"""-~.,.:..c...+--- Base compactada al 100 %

1----j 0.15

Acotaciones, en m

Fig LC.l Revestimiento a base de suelo granular compactado y carpeta asfáltica

1.50

1 0.15 0.75

1:3 jabÓn-cal-sal,3mm

Acotaciones, en m

Fig LC.2 Revestimiento a base de ladrillos junteados y arcilla compactada

56

\ \ \

\ ~~elleno compactado ~ manualment7

1.3ol\ \ \ \ \ \ \

0.20

0.50

Muro de contenciÓn

1 0.20 1 0.40 - 1 LOO Acotaciones, en m

Fig LC.3 Revestimiento a base de arcilla con protección mecánica de concreto asfáltico

57

1.0 ANALISIS DE LA FALLA DE UN REVESTIMIENTO DE CONCRETO

ASFAL TICO-ARCILLA

I.D.l Introducción

En abril de 1979, al ocurrir en la Ciudad de México un sismo de mediana intensidad, se observó que el nivel del agua en un lago recreativo de la Unidad Iztacalco del ISSSTE se abatía paulatinamente. En unas pocas horas, el lago quedó seco y se pudieron observar en el fondo unas grietas muy profundas que en su recorrido alcanzaban a salir del lago y, una de ellas, a cruzar la Av. Río Churubusco. El análi­sis de este caso ilustra la importancia de la compa­tibilidad entre la deformabilidad del revestimiento impermeable y la del substrato de apoyo y sugiere una nueva interpretación de las llamadas grietas de tensión que suelen presentarse en las arcillas blan­das del Valle de México.

!.0.2 Características del subsuelo y del lago arti­ficial

La Unidad Iztacalco se encuentra localizada,desde el punto de vista estratigráfico,en la llamada Zona del Lago, en un área de reciente urbanización. Se puede considerar que el subsuelo presenta características semejantes a las de la zona vecina del Palacio de los Deportes (fig I.D.l), es decir,que está consti­tuida por potentes estratos arcillosos altamente com­presibles. La Formación Arcillosa Superior presenta en esta zona un espesor de 40 m y su contenido de agua medio es particularmente alto puesto que alcan­za un valor cercano a 400%. Con excepción de la cos­tra superficial de limo arcilloso preconsolidado por secado, los estratos del subsuelo se encuentran nor­malmente consolidados.

Las características generales del lago se muestran en la fig I.D.Z,donde se observa su configuración en planta,y en el corte esquemático de la fig !.0.3.

Descripción ¡Corte W, LL, LP quu Pe Pv Sv mv N 1 estr. 21?0 41)() 5 o t5 -10 2p 0;2 o,4 - o.t¡>4 Q( - 2~ ~o-~

ot----------t-~-.~----~~~~-+~-r4r~~--~~-+~-.+k~~~~

Limo arcilloso .-~ fr~ :=-< ~ Prof.,m ,~-::r--..., "

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Arcillo café conlll~~~~i~'AHit~t-~~1/tilrt''~*++~ vetos de oreno ~ ) D> 10·

Arcillo gris _ -'- r<".._ ~ ~ verdoso . -f-f- ¡> 1} 1\

=e~ l{ 1 20

' 1~

Arcillo café ,: :30

Arcillo gris 1~ ;.; \ 40

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Arcillo gris il Cenizo volcánico ~_d, CF:==r-o r \

50 ~~~~~~4-+-~~-+--~~~~~tr~r+~-1-+-i

Arcillo gris ~~ :~~ .-1\ 60

Limo

~Arcillo

!::;::...:1 Limo

l;:;¡c,·j Areno

-~~ Le-+-

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quu

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1 •

-----

Contenido de OQUO • en °/o Limites de consistencia , en °/o Resistencia o la compresiÓn en pruebo

trioxiol no consolidoda-no drenoda, en ton/m2

Carga de preconsolidoción, en ton/m2

Presión vertical efectivo , en ton/m2

Resistencia de veleta in situ, en kg/cm2

MÓdulo de variaciÓn volumétrica 1 en c~/kg NÚmero de golpes en penetraciÓn estÓnd.ar

Fig l. D.l Estratigrafl'a y propiedades típicas del subsuelo de la zona

del Palacio de los Deportes

58

Se observa que el fondo del lago está constituido por un revestimiento de arcilla (tepetate arcilloso se­gún la denominación local) compactado en dos capas de 20 cm de espesor y por una carpeta asfáltica de 8 cm. En la periferia del lago existe un murete de mampostería. Cuando ocurrió el agrietamiento, el ti­rante máximo era de 1.20 m y el espejo del agua coincidía aproximadamente con el pie del muro. De hecho, el nivel del agua en el lago no podía elevar­se arriba de esta cota debido a la alta permeabili­dad del muro de mampostería.

I.D.3 Configuración y profundidad de las grietas

Se indica en la fig I.D.2 la configuración de las grietas observadas. Llama la atención el hecho de que las principales grietas coinciden con los ejes de los distintos ramales del lago. Para una mejor observación de las grietas se excavaron dos pozos a cielo abierto (PCAl y PCA2) hasta 2m de profundidad. En estos pozos se observó, como lo indica la fig I.D.4, que el revestimiento de arcilla compactada descansa sobre un estrato de arcilla limosa apoyado sobre una delgada capa de limo arenoso, la cual so­breyace un manto de arcilla blanda típica de la For­mación Arcillosa Superior. El ancho de las grietas medido en los pozos resultó del orden de 4 cm y prác­ticamente constante, lo que hace suponer que se ex­tienden hasta una profundidad considerable. De he­cho, se pudo hacer penetrar una varilla hasta una profundidad del orden de 8 m dentro de la grieta.

En el interior de la grieta se observó en la parte superior un relleno constituido por arcilla y frag­mentos de la carpeta asfáltica. El nivel freático, visible dentro de la grieta, se localizó a 2.40 m de profundidad.

I.D.4 Interpretación

La interpretación de la falla que parece más verosí­mil es la siguiente:

a) El revestimiento impermeable a base de asfalto del fondo del lago presentaba una alta rigidez en comparación con la arcilla blanda subyacente, lo que provocaba una incompatibilidad de deformacio­nes entre ambos. Esta condición facilitó el agrietamiento de la carpeta y de la capa de arci­lla compactada subyacente al ocurrir el sismo. La ruptura se localizó a lo largo de los ejes del cascarón formado por el revestimiento donde se presentaron los máximos momentos flexionantes.

b) El agrietamiento del fondo provocó una fisura e i ón incipiente en la arcilla subyacente en la cual se acumuló de inmediato el agua del lago.

e) La presión actuante dentro de las fisuras (del orden de 2 a 2.5 t/m 2 ) fue suficiente para provocar la propagación de las grietas hasta su profundidad final y su prolongación horizontal has~ salir in­clusive del lago.

Av. de los Torres

-!:! o a:

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Q)

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D

~ Per{metro del Lago

Grietas en el Lago

Fig I.D.2 Lago Iztacalco. Configuración de grietas y localización de pozos a cielo abierto

59

o o V> ::> .n ;: ::> .c. u

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La interpretación anterior permite, además,entender el origen de las llamadas grietas de tensión, fre­cuentes en el lago de Texcoco, que se presentan al formarse encharcamientos bruscos durante las lluvias. Aparentemente se presenta un mecanismo de propaga­ción de grietas similar al descrito arriba (fig !.0.5, ref 1).

I.0.5 Conclusiones

El análisis de la falla del lago de Iztacalco pone en evidencia uno de los requisitos importantes de los revestimientos impermeables: la compatibilidad entre

Acotaciones, en cm

la deformabilidad del revestimiento y la del substra­to. Además, muestra que existe la posibilidad de un agrietamiento muy profundo de los estratos blandos del subsuelo por propagación de fisuras bajo el efec­to de la presión del agua, al presentarse una fuga en el revestimiento impermeable.

I.0.6 Referencias

l. Auvinet, G., "Agrietamiento en las arcillas del Valle de México", Informe del Instituto de Inge­niería de la UNAM elaborado para la Comisión del Lago de Texcoco, diciembre, 1981

8 120

20

20

Terreno natural

Carpeta asfáltica Arcilla compactada

Fi g l. D.3 Corte esquemático del lago (fuera de escala)

ErosiÓn

8

40

40

20

90

40

4cm -----tr---

Relleno de la grieta por material arrastrado

Carpeta asfáltica

Arcilla compactada café

Arcilla limosa gris

Limo arenoso

Arcilla franca

Acotaciones, en cm

-----Grieta Nivel freótico visible en la grieta

F i g I. D .4 Corte estratigráfico típico observado en pozos a cielo abierto

60

¡ (a) ( b)

Encharcamiento

PresiÓn hidrostáticc interna

(o ) Grieto incipiente por secado, asentamiento diferencial, etc.

( b) Generación de presión interna por encharcamiento

(e) PropagaciÓn de lo grieto

(e)

Fig I.D.5 Mecanismo de formaciÓn de grietas profundas

61

l. E REDUCCION DE LAS FILTRACIONES DE UNA LAGUNA DE PRUEBA CON UNA

TRINCHERA DE LODO

I.E.l Introducción

Durante los estudios preliminares para el diseño de las lagunas descritas en el anexo I.B, se realizaron diversos experimentos, entre los cuales destaca la impermeabilización de una laguna de prueba con una trinchera de lodo perimetral (refs 1 y 2).

I.E.2 Subsuelo

En el sitio en el que está construida la laguna de prueba, el subsuelo está formado por arcillas alta­mente plásticas (típicamente: WL = 75%, Ip = 55%; clasificación SUCS: CH). Arriba del nivel freático, que se encuentra a 1.75 m de profundidad, estas ar­cillas presentan un alto grado de agrietamiento por secado. 'Este agrietamiento provoca fuertes infiltra­ciones en las lagunas que se construyen en el área, al grado de que no se pueden llenar.

I.E.3 Trinchera de lodo (Slurry trench)

Para reducir las filtraciones de una laguna crista­lizadora de prueba de 50 x 50 m, se construyó una trinchera perimetral de lodo por simple mezclado in situ de los materiales del subsuelo (fig I.E.l). Para ello, después de construir los bordos se rea­lizó una excavación con las dimensiones indicadas en la misma figura y se homogeneizó el material con re­troexcavadora, agregando agua hasta formar un lodo espeso (peso volumétrico 1.5 t/m 3 ).

I.E.4 Observación del comportamiento

Se observó el comportamiento de la laguna con un ti­rante de agua variable entre 30 y 50 cm durante el periodo indicado en la fig I.E.2. Se aprecia una reducción paulatina de la velocidad de abatimiento del nivel en la laguna conforme se satura el terreno y se establecen las condiciones de flujo.

Admitiendo que el estrato arcilloso localizado abajo del nivel freático es prácticamente impermeable y que el flujo se presenta únicamente a través de la trin­chera, el gasto de filtración está aproximadamente regido por la relación:

62

donde:

Q (kDPH)/L (l. E .1)

Q gasto de filtración

k coeficiente de permeabilidad del lodo

P longitud de la trinchera perimetral (200 m)

H carga hidráulica media (1.12 m)

L ancho de la trinchera (0.5 m)

Durante la última semana de registro de la fig l.E.2, la velocidad de abatimiento fue de 5.9 x lo-o cm/s, lo que corresponde a un gasto de filtración de 1.5 x ro- 4 m /s y, de acuerdo con la ecuación ante­rior, a un coeficiente de permeabilidad aparente k= 1.9 X ro- 5 cm/s. Esta permeabilidad es probable­mente muy superior a la del lodo, que fue estimada en 1 X 10-o cm/S a partir de pruebas de permeabili­dad de carga variable. La eficiencia de la trinche­ra es por tanto relativamente baja, pero podría ser suficiente para muchas aplicaciones.

I.E.5 Conclusiones

El experimento anterior muestra que la solución de una trinchera de lodos perimetral constituye una al­ternativa a los revestimientos de fondo para la re­ducción de filtraciones cuando las condiciones estra­tigráficas son propicias. Una ventaja adicional de este método es que puede aplicarse como medida co­rrectiva, sin vaciar la laguna.

I.E.6 Referencias

l. Alderman, S., "Soil investigation and test solar pond design, Cerro Prieto, Geothermal salts pro­ject, Mexicali, Baja California", Agricultura] and Industrial Minerals, Inc. (Investigación realiza­da en colaboración con el Instituto de Investiga­ciones Eléctricas), julio, 1975

2. Auvinet, G., Zavala, J. y Gutiérrez, E., "Laguna de evaporación de Cerro Prieto, B.C. - Estudio de factibilidad (aspectos geotécnicos)", Informe del Instituto de Ingeniería de la UNAM a Fertilizan­tes Mexicanos, marzo, 1980

4

1

~::r --.............. --+

-l fo.5o

Arcilla hÚmedo plástico

3.5 mínimo

Acotociones,en m

Fig l. E. 1 Trinchera de lodo

Promedio Última semana 0.51 cm/dÍo (5.9 x10-6cm/s)

Agosto Septiembre

Fig I. E. 2 lnfi ltraciones en la laguna experimental con trinchera de lodo

53

I.F LAGO NABOR CARRILLO, TEXCOCO

I.F.l Introducción

El lago Nabar Carrillo es una de las obras hidráuli­cas que construye la Comisión del Lago de Texcoco para fines de regulación de escurrimientos superfi­ciales y recreativos. Este lago, de 900 ha, fue de­sarrollado provocando un asentamiento de la superfi­cie del terreno por bombeo y construyendo un bordo perimetral para complementar el almacenamiento reque­rido. La estratigrafía y el procedimiento construc­tivo se describen en detalle en "las refs 1 y 2. El lago se encuentra actualmente en etapa de llenado.

20

A

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1

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I.F.2 Diseño de bordos

En la fig I.F.l se presenta la secc1on transversal del bordo perimetral y una vista en planta del mis­mo. Destacan los aspectos siguientes:

- El bordo es de sección homogénea modificada

- Se incluyó en la sección un filtro vertical de are­na de 60 cm de ancho. Esta chimenea se consideró necesaria debido a la baja plasticidad de algunos de los materiales usados para la construcción del terraplén y sobre todo previendo la posibilidad de asentamientos diferenciales que pudieran inducir el agrietamiento del bordo.

corona 2238.00 (al t_ l .,¡...

(ID - -'i- E lev NAME 2237.00

-1

Corte A-A

Q) Material impermeable, compactado al 95°/o de la pruebo Proctor SARH, con el con!enido de ogua igual al Óp!imo + 2%

® Chopo de enrocamienlo acomodado o mano ( W m Ín : 40 kg)

@Filtro de gravo bien graduado con menos de 5°/o de finos (De5: 11/4") compoc!odo al 90% Or

@Filtro de areno con menos de 5 °/0 de finos (material menor de O. 074 mm ) compoclodo el 90% Or

@Revestimiento de gravo-areno. Compactado según especificaciones SOP

@Mello fil!ron!e de poliés!er

CD Pas!o

Acotaciones, en m

b) Filtro de arena (visto en plonta)

Fig I. F. 1 Bordo del Lago Nabor Carrillo

64

- El drenaje del filtro vertical se logra con fil­tros horizontales de grava de 0.50 m de ancho y 0.80 m de espesor, espaciados a cada 20 m.

- La protección contra oleaje se diseñó combinando una chapa de enrocamiento, un filtro de grava y, debido a la escasez de arena, una malla filtrante de poliéster.

I.F.3 Estanqueidad del lago

Las grietas de tensión profundas que existen en las arcillas del lago constituyeron un motivo de preocu­pación por lo que respecta a la estanqueidad del mismo (ref 3).

Las grietas que cruzan transversalmente los bordos pueden dar lugar a fugas apreciables. Afortunadamen­te, durante la construcción del bordo no se encon­traron grietas transversales de importancia. Sin em­bargo, las zonas dudosas deberán ser objeto de ob­servaciones cuidadosas durante las últimas etapas del llenado, previendo que pudiera ser necesario sellar algunas grietas por relleno y compactación o simple­mente por remoldeo de la arcilla superficial.

Por otra parte, las grietas internas comunican el almacenamiento con los estratos más permeables del subsuelo. Para verificar si dichos estratos o len-

tes pueden constituir drenes horizontales, se reali­zaron pruebas de permeabilidad Lefranc en los estra­tos areno-limosos intercalados a 5, 10 y 22 m de profundidad dentro de las arcillas del lago. Los re­sultados de estas pruebas se presentan en la tabla I.F.l.

De acuerdo con estos resultados, no existe peligro de filtraciones importantes por los estratos areno­sos que se encuentran en apariencia suficientemente contaminados con arcilla para que su permeabilidad sea del mismo orden que la de la arcilla.

I.F.4 Referencias

l. Marsal, R.J., "Desarrollo de un lago por la con­solidación de arcillas blandas inducida con bom­beo", Volumen Nabar Carrillo, Secretarta de Ha­cienda y Crédito Público, México, 1969

2. Alberro, J. y Herrera, I., "Análisis de asenta­mientos y optimización del sistema de bombeo para la construcción de los lagos del Plan Lago de Texcoco, Mex.", Informe del Instituto de Ingenie­rta, UNAM a la SARH, México, 1973

3. Auvinet, G., "Agrietamiento en las arcillas del Valle de México", Informe del Instituto de Inge­nierta a la Comisión del Lago de Texcoco, México, 1981

TABLA I.F. 1 RESULTADOS DE PRUEBAS DE PERMEABILIDAD LEFRANC. LAGO NABOR CARRILLO (ref 2)

SONDEO PROFUNDIDAD k (m) (cm/s)

M1 3 a 6 8.4 X lQ-7

M2 3 a 6 7.2 X I0-7

M3 2 a 6 8.4 X I0-7

M4 10 a 14 5.5 X I0-7

M4 18 a 23 8.5 X I0-6

M4 29 a 32 2.1 X I0-7

M5 3 a 6 1.1 X I0-6

M6 3 a 6 1.1 X I0-5

65

------------------------------------------------------------------------------------------------------ -------

.

ANEXO ll. ENSA VES DE PERMEABILIDAD DE CAMPO Y DE LABORATORIO

n.A PRUEBAS DE CAMPO

II.A.1 Prueba Lefranc-Mandel

Esta prueba tiene por objeto medir el coeficiente de permeabilidad en un punto de un terreno aluvial o de una roca muy fisurada cuando existe un manto freá­tico que satura el material.

La prueba consiste en inyectar agua en una cavidad del terreno de forma geométrica definida situada debajo del nivel freático, con una carga pequeña constante de agua. La medición del gasto y de la carga que lo origina permite calcular el coeficiente de permeabi­lidad, k, en la vecindad de ·la cavidad.

Si Q es el gasto de inyección y ~H la carga aplicada, se tiene:

Q = e k ~H (II.A.1)

donde C es un coeficiente que tiene dimensión de lon­gitud y que caracteriza geométricamente la prueba (forma de la cavidad y distancia H entre la profundi­dad media del tramo de ensaye y el nivel freático). Para una cavidad cilíndrica protegida por un tubo profundo de longitud L y de radio r (fig II.A.l), el valor de C es:

C = 4n/[(2/L) lag (L/r) - 1/2H] (II.A.2)

El procedimiento de prueba más usual es el siguiente (ref 1):

l. Se realiza una perforación hasta la profundidad deseada, estabilizando las paredes mediante un ademe, el cual se rellena con grava limpia de muy alta permeabilidad (grava uniforme de 3 cm, por ejemplo) sobre una longitud igual a la deseada pa­ra la prueba, por lo general 1 m. A continuación, se levanta el ademe 1 m, quedando la perforación lista para realizar la prueba. Se anota el diáme­tro del ademe.

2. Se mide la profundidad del nivel freático, H0 , ~­pecto a la parte superior del ademe, repitiendo es­ta medición a distintos tiempos para asegurarse de que este nivel se ha estabilizado.

67

3. Se pone en marcha la bomba que alimenta el reci­piente elevado con rebosadero.

4. Al derramar el agua del recipiente, se abre la vál­vula (1) (fig II.A.l) con la válvula de tres vías (2) conectada a la perforación. El agua que se de­rrama debe canalizarse hasta cierta distancia del punto de medición o formar un circuito cerrado con el agua bombeada para no perturbar la prueba.

5. Se mide la variación con el tiempo del agua, h, en la perforación, respecto a superior del ademe.

nivel de 1 a parte

6. Cuando dicho nivel, h, queda estabilizado durante 10 minutos, se anota el valor correspondiente, H.

7. Se conecta la válvula (2) con el recipiente de vo­lumen conocido y se mide y anota el tiempo, T, ne­cesario para llenarlo.

8. Se repite la prueba en el mismo punto, variando los gastos inyectados y midiendo los respectivos nive­les estabilizados de agua en la perforación.

9. Se calcula el coeficiente de permeabilidad del ma­terial con la ec. II.A.1, donde Hes la profundi­dad media del tramo probado con respecto al nivel freático.

II.A.2 Prueba de Nasberg (Pozo de absorción) (ref 1)

Esta prueba se realiza en materiales no saturados. Con base en el estudio de Nasberg sobre escurrimien­to en suelo seco, a partir de una fuente saturada en la masa, se ha obtenido una fórmula semiempírica que relaciona el gasto de absorción, Q, en un pozo, bajo tirante de agua constante, h, con el coeficiente de permeabilidad del terreno (fig II.A.2):

k = (0.423/h 2 ) Q lag (4h/d) (II.A.3)

donde d es el diámetro de la perforación bajo la con­dición:

25 < h/ d < 100

El diámetro de la zona de influencia de la prueba, O, se puede calcular con la fórmula:

O 2 ! Ql ( nk) ( I I.A.4)

DepÓsito de nivel constante 1 ~ . . , Ir LAI1mentoc 1on Rebosadero ,,,

Jfll\

@Vólvulo de tres vías

.. H¡

Ha ..

(D Vólvulo de poso poro regular el gasto inyectado

,.

Q=Ck t.H

Fig JI.A.l Prueba de permeabilidad Lefranc-Mandel

II.A.3 Método del Iermeámetro E-19 (ref 2

de pozo: prueba USBR

La prueba consiste en determinar el gasto de agua que se infiltra bajo condiciones de flujo establecidas en un pozo sin ademe dentro del cual se mantiene la su­perficie del agua á elevación constante. Esta prueba se ha usado principalmente para estimar el gasto de filtración en un canal antes de la construcción y evaluar la necesidad de revestirlo. La pequeña ins­talación requerida para realizar la prueba se des­cribe en la fig II.A.3.

El pozo de pruebas se excava manualmente con una ba­rrena helicoidal; puede tener cualesquiera dimensio­nes mientras se ajuste a la regla de que la profundi­dad esté comprendida entre 10 y 50 veces el radio; generalmente, se da al pozo un diámetro de 15 cm. Después de limpiar las paredes y el fondo del pozo, se llena con arena gruesa permeable de peso volumétri­co conocido hasta 15 cm abajo del nivel previsto para el agua, con lo cual se evita que las paredes del pozo se desplomen al saturarse. El ademe galvanizado que contiene el flotador se coloca sobre la superficie de la arena y se vierte arena en el espacio que queda en­tre el ademe y el pozo.

68

La arena calibrada colocada en el pozo también se uti­liza para medir indirectamente el radio medio del po­zo, dato que es necesario para calcular la permeabili­dad y que es difícil de obtener directamente con pre­cisión. Para determinar el radio medio del pozo se anota el peso de la arena vaciada dentro del pozo has­ta antes de colocar el ademe con el flotador, así como su altura medida desde la superficie. Se calcula el volumen de arena a partir del valor previamente deter­minado del peso volumétrico. El radio se calcula a partir del volumen y de la profundidad del pozo cilín­drico lleno de arena.

A través de una cadena y de un brazo provisto de un contrapeso, el flotador acciona una válvula colocada a la salida de un tambor sin tapa de 200 litros de capacidad lleno de agua limpia; en esta forma se man­tiene un nivel de agua constante dentro del pozo. Es necesario ajustar la longitud de la cadena entre el vástago del flotador y el brazo de operación de la válvula y fijar el contrapeso en posición tal que equilibre el flotador cuando esté sumergido en el agua. A través de una manguera flexible se conduce el agua de la válvula del tambor al pozo. Se puede cambiar la elevación del nivel del agua dentro del pozo modificando la longitud de la cadena. El tubo

indicador de nivel adosado al tambor está graduado con base en una calibración previa realizada extrayendo vo­lúmenes conocidos de agua (medidos en peso).

La prueba de permeabilidad de campo propiamente dicha se lleva a cabo registrando las lecturas del tubo gra­duado del tambor a intervalos de tiempo prefijados, anotando la temperatura del agua en el pozo. Se re­comienda que el agua est§ a una temperatura algo ma­yor que la del suelo para evitar que las burbujas de aire entren en solución y con ello se reduzca el flu­jo de agua a trav§s del suelo. Con estos datos es posible dibujar una curva que muestre el volumen de agua absorbido contra el tiempo y calcular los gastos de infiltración para cualquier periodo de tiempo (fig II.A.3). En general, el suelo se encuentra seco al inicio de la prueba y absorbe agua rápidamente, pero a medida que se va saturando la velocidad de absorción disminuye hasta llegar a un valor prácticamente cons­tante. Cuando esto ocurre, lo cual queda evidenciado cuando al dibujar los puntos de la curva éstos caen prácticamente en una 1 ínea recta durante varias horas, la pendiente de la línea representa el gasto a consi­derar en los cálculos del coeficiente de permeabili­dad; en este momento se puede suspender la prueba. Generalmente, se alcanza la condición de flujo esta­blecido (parte recta de la curva) en las primeras 8 horas para suelos de permeabilidad media a alta .

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El coeficiente de permeabilidad se puede calcular co­mo sigue,para la condición de nivel freático profundo (Condición I, fig II.A.4), es decir,cuando la distan­cia T entre el espejo de agua dentro del pozo de prue­ba y el nivel freático (o una capa de suelo impermea­ble que para los fines de la prueba resulta equiva­lente al nivel freático) resulta mayor de tres veces la altura h del agua dentro del pozo:

k20 = 0.0167 (1/h 2 ) [sen h-l(h/r) - 1] [Q/(2n)] x

X (~/1120 ) (II.A.5).

donde:

k20

h

coeficiente de permeabilidad, en m/s

altura del agua dentro del pozo, en m (h > 10r)

... _. ,· . • p ••

.. . . ~ .. ·. . . ..

r

Q

11T

radio efectivo del pozo, m

gasto necesario para mantener la condición de flujo establecido (determinado experi­mentalmente), en m3 /min

viscosidad del agua a T°C

11 20 viscosidad del agua a 20°C

k= 0.423 Q lo ~ h2 9¡o d

si 25 < : < lOO

0=2 /Q "'m

1- D -1

Fig ll.A.2 Prueba de permeabilidad Nasberg

69

o U)

V I V

r-----

1

Tambor métolico de ¡-200 1 colibrodo,lleno ,­de aguo limpiO\ sin ' sedimentos ni materia¡: en suspensión) _

Tubo graduado de plástico transpa­rente resisten te al impocto,p.ej.1.2 cm q, ex t.

Contrapeso de latón

VÓlvulo de flotador tipo Roberts cuyo diámetro dependerá del diámetro del pozo y del máximo coeficiente de permeabilidad (generalmente es de 1.9cm) ~!J===~=:::¡ití:)_

Ademe de acero galvanizado

2roi5 crn(recomendado)

Poro nivel freót ico profundo (o hacer excavación odemodo)

<Jl

2

"200 o u

100

Ejemplo: Pruebo No. 18

2m de prof. T= 2 2 oc

-1---~~----~-

1

~'

0'~' 1.12 X/min i20

k '1.9 1 10- 6 m/s 20 -4

o1.9 1 iO cm/s

1 1 ¡______ 1 2 O rn in ______¡ 1

QL---~--~----~--~--~----~--~--~ o 2 3

Tiempo, horas

Fig II.A.3 Prueba USBR E -19 ( ref 2)

70

La condición II (fig II.A.4) corresponde a un nivel freático alto pero quedando debajo del fondo del po­zo; en este caso se podrá usar la expresión:

donde:

X [1/0/6 + 1/3 (h/Tu)- 1 }] (II.A.6)

Tu distancia entre la superficie del agua en el pozo y el nivel freático, en m

La condición III (fig II.A.4) corresponde al caso de un nivel freático alto, local izado por arriba del fon-

Superficie del terreno

J -Nivel de aguo en el pozo

=Altura de aguo en el pozo

j l r=Rodio efectivo del pozo(m)

do del pozo; para esta condición se puede aplicar la ecuación:

x [1/{{h/Tu)- 1 - O.S(h/Tu)-2 }] (II.A.7)

II.A.4 Referencias

l. SARH. "Manual de mecánica de suelos", Quinta Edi­ción, México, 1970

2. United States Department of the Interior, U.S. Bureau of Reclamation, "Earth manual", 2a Edición, 1974

Nivel freático

Nivel freÓtico s o copo impermeable

Tu =Estrato no saturado Condición n h '5 Tu-5. 3h

Condición m Tu< h

[Nivel freótico o estrato impermeable

Condición I

Tu> 3h

Noto: Poro todos los condiciones h debe ser igual o !Or o mayor

Relee iÓn entre lo altura de aguo en el pozo de pruebo y lo distonc io al nivel freático

Fig ll.A!4 Diversos condiciones posibles paro la realización de lo prueba US BR E -19

71

R.B PRUEBAS DE LABORATORIO

II.B.l Un permeámetro de carga variable

Para determinar la permeabilidad de suelos mediana­mente finos a finos, es necesario recurrir a un per­meámetro de carga variable. La realización correcta de una prueba de este tipo plantea ciertas dificulta­des lig~das principalmente a la calidad del sello en el contacto entre muestra y recipiente y a la defi­ciente saturación del espécimen.

A continuación se presenta un permeámetro desarrolla­do conjuntamente por la Comisión Federal de Electri­cidad y el Instituto de Ingeniería de la UNAM (ref 1) que permite minimizar los problemas antes menciona­dos.

Con este permeámetro (fig II.B.1) es posible aplicar gradientes hidráulicos (i = h/!) hasta de 20 y contra­presiones hasta de 0.6 MPa (6 kg/cm 2 ) para aumentar el grado de saturación del espécimen. El área de la muestra es grande (174 cm 2 ), por lo que se tiene un menor efecto de escala y una mayor precisión. El se­llo lateral se logra con una membrana de látex y aire a presión. El aparato cuenta con una bureta a la en­trada y otra a la salida del espécimen con lo que es posible verificar si el espécimen absorbe agua. Es posible compactar la muestra directamente dentro del recipiente del permeámetro o ensayar espec ímenes inalterados.

El intervalo de valores del coeficiente de permeabi­lidad que se puede medir es:

1 x 10- 11 < k < 1 x 10- 6 m/s

Las partes principales del permeámetro se muestran es­quemáticamente en las figs II.B.l y II.B.2. La des­cripción detallada del equipo y del procedimiento de compactación y labrado de especímenes se puede encon­trar en la ref l.

II.B.2 Procedimiento de prueba

- Colocación de la muestra dentro del permeámetro

Una vez compactado en el laboratorio el espec1men que se va a ensayar (o una vez labrado este espéci­men a partir de una muestra cúbica inalterada) se procede a colocarlo dentro del permeámetro:

a) Se coloca la membrana de látex en el cilindro inferior del permeámetro y se acopla a su tapa con el aro-sello puesto (fig II.B.l); una de las piezas de fieltro húmedo se pone en el fondo del recipiente.

b) El anillo de confinamiento conteniendo la mues­tra se coloca sobre el cilindro del permeámetro. Con una placa rígida se extruye la muestra hacia el permeámetro.

e) Estando la muestra dentro del permeámetro, se re­tira el anillo de confinamiento con su placa; se coloca encima de la muestra la otra pieza de fieltro húmedo, la placa de latón perforada y el resorte calibrado.

72

d) Para cerrar el permeámetro, se colocan el aro metálico de confinamiento alrededor del cilindro inferior, el cilindro superior con su tapa y los anillos metálicos de ambas tapas; las barras se atornillan con sus tuercas y el aro con sus tor­nillos guía, quedando el conjunto armado como se indica en la fig II .8.2.

e) Se coloca el permeámetro en el sistema de carga variable. Antes de iniciarse el ensaye debe ve­rificarse que todas las válvulas y los regulado­res de presión estén cerrados (fig II.B.3).

- Saturación del sistema

a) Se abren las válvulas 1 a 17; la primera alimen­ta el sistema con aire a presión y la segunda permite aplicar presión confinante a la membrana. Con el regulador RB se controla la presión de confinamiento, la cual se lee en el manómetro MB. La presión confinante debe aplicarse lentamente hasta alcanzar entre 50 y 100 kPa, dependiendo del tipo de suelo.

b) Estando desconectada la manguera para el drenaje inferior del permeámetro, se abren las válvulas 2, 5, 6 y 7. Con el regulador RA se controla la presión que llega al depósito de agua desaereada, y cuando comience a escurrir el agua por la man­guera se conecta ésta al permeámetro. Se cierra la válvula 7 y se abren la 8 y la 9; cuando el nivel de la bureta 2 suba a un poco más de la mitad de su altura, se cierran las válvulas 6, 8 y 9.

e) Se abren las válvulas 4, 11 y 13 hasta que el nivel de la bureta 1 esté en la parte superior; se cierran entonces la 11 y la 13.

d) Se abren las válvulas 14 y 16 para llenar el per­meámetro, dejando escurrir lentamente el agua en su interior; cuando empiece a salir agua por la válvula 16 deben cerrarse las mismas 14 y 16.

-Aplicación de la contrapresión

a) Se abren las válvulas 7, 8, 10, 12, 15 y 18, y con los reguladores RB y RC se aplican incrementos iguales de presión conservando la diferencia ini­cial entre presión y contrapresión dada en el punto (a) de la etapa de saturación del sistema. Se observará que los niveles en las buretas 1 y 2 bajan, debido a la expansión del recipiente; como esta expansión es mayor que el volumen de agua que encierran las dos buretas, no deben perderse de vista estos niveles.

b) Para alcanzar la contrapresión deseada deberán subirse los niveles de las buretas tantas veces como sea necesario.

e) Después del último llenado de las buretas, se abren las válvulas 10, 12, 15 y 17 y se conti­núan aplicando los incrementos de presión. Al llegar a la presión de trabajo, se deja saturar la muestra (el tiempo necesario para saturarla depende de su plasticidad), hasta llegar a la condición en la cual el volumen que entra por la bureta 1 es igual al que sale por la bureta 2. En esta última condición, deben evitarse cambios de temperatura en el sistema con el fin de efec­tuar las lecturas correctamente.

Regulador paro contropresión ~

DepÓsito de aguo desaereada -~-¡

Manómetros calibrados

Poro vaciado

Bureta de entrado--~-¡

Aire a presión

Permeámetro

Válvula de purga

Bureta de salida

~===®==~81=­Atmósfera

F ig II. B. l Insta loción para un permeámetro de carga variable ( ref 1 )

73

--------------~ ·-.

Agua desaereada 1 A la bureta de entrada

Tuerca hexagonal -Anillo metálico

Membrana de látex bureta de salida

F ig II. B. 2 Permeámetro ( ref 1 )

74

- Ensaye

Para alcanzar el gradiente deseado, los niveles de las buretas se ajustan como se indica en el punto (b) de la etapa anterior, bajando o subiendo la pre­sión en el depósito de agua desaireada con el regu-1 ador RA. Estando el sistema nuevamente en las con­diciones de flujo establecido señaladas en el punto (e) de la etapa anterior, se cierran las válvulas 8 y 15 al mismo tiempo que se arranca el cronómetro. Los datos de la prueba se anotan en la hoja de re­gistro que aparece en la fig II.B.4, de donde se calcula el valor del coeficiente de permeabilidad.

Agua desaereada

II.B.3 Ejemplos de resultados

En las figs II.B.5 y II.B.6 se presentan resultados obtenidos con el permelmetro descrito. Estos resul­tados ilustran la influencia del contenido de agua de compactación sobre lapermeabilidad de los materiales finos.

II.B.4 Referencias

l. Gutiérrez, E., "Pruebas de permeabilidad en suelos finos compactados", Tesis profesional, Facultad de lngenier1a, UNAM, México, 1g81

Bureta de en!rada~-

G) Burela de salida

®

Fig 11.8.3 Identificación de válvulas y reguladores de presión

75

---- -------------------------------------------

Fecha

INSTITUTO DE INGENIERIA

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS

PERMEABILIDAD CON CARGA VARIABLE

Muestra No.-----------­

Procedencia -----------­

LocalizaciÓn------------

IdentificaciÓn de lab. -----------­

Profundidad --------------­

Fecha -----------------

DATOS INICIALES DiÓm. del permeómetro _______ cm

DiÓm. de la muestra D -------cm

Area de la muestra A cm2

N cm Energía de compactación E e -cm3

Gs )'m k N/m3

Hora lit Presión Contra-

confinante presiÓn

Long. de la muestra L ----------- cm

Dióm. de bur.eta d ------------ cm

Area de bureta a ------------ cm2 _ al h1

k- 2.3 LitA log10 ti2

Nivel Nivel hl hz Te m p. k burela 1 bureta 2 (cm) (cm) oc

Observaciones

Fig II.B.4 Hoja para registro

76

z~ .----:o-----:,-;--,-----, Yd , kN/m3

~~

16

21

\: 1 1 1 1

, , 1 1 \l 1 , 1 1 1

k1 m/s -1

1110

5x10-a

-9 hlO

511010

: 1 1

1 1 1 1

1 WL = 31.3% lp=10.8 1

1 G5 = 2.69 1

1 1

1 1

\ t \ 11 , .,. ____ ,

11 13 15 11 19 21

Wc 1 °/o

Fig 1I.B.5 Curvas de compactación y permeabilidad del material tipo 1 [arcilla blanca (coliche) CL] ( ref 1)

17.5,-----------. >;¡ 1 kN/m3 Compactación dinámico

16.5

k 1 m/s

15.5

1~- 5 13 23 1110 6 r=-r--.:-=--T---..:.::....;-..:.:...~;::_-,

5a10-7 t---+-+---T--!--+-+----I

h10- 71----'\t---t---!H-1----I

5al0- 8 1----\---T--''-+--'----:--I

1a10-1 1----++-~-+-=-,----;

5a1o-•r---~r+----+-+-t---;

h10- 9 f-----1[---!-+-'----i

5 a10-IO 1-----~,..-!--i----1

h 10-10 L-,113:-'--::15!:--'--:1:!:--7 ..._-!:.19-L-~21:-'-~2~3 _,__J

Wc,%

Fig li.B.6 Curvas de compactación y permeabilidad del material tipo li (arcilla orgánica CL) (ref 1)

77

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PUBLICACIONES DE LA SOCIEDAD MEXICANA DE t·1ECAN I CA DE SUELOS

002 SEPTIMO CONGRESO INTERNACIONAL DE MECANICA DE SUELOS E INGENIERIA DE CIMENTACIONES, MEXICO, 1969 Las memorias constan de cuatro volúmenes, siendo uno de ellos el Estado del Arte. Este último cubre los temas de las sesiones principales: Características esfuerzo-deformación y resistencia; Cimentaciones de edificios en arcilla; Presas de tierra y enrocamiento; Excavaciones profundas y túneles en suelos blandos; Estabilidad de taludes naturales y cimentaciones de terraplenes. Los volúmenes I y II contienen cerca de 146 trabajos. El vo lumen III contiene las minutas de la reunión del Comité Ejecutivo, reportes y resúmenes de sesiones técnicas­y de 18 sesiones especiales. Artículos escritos en inglés o francés. Cuatro volúmenes; 2111 páginas; 1704 figuras; 28.5 x 21.5 cm; México, 1969

006 INTERCEPTORES PROFUNDOS Y EL EMISOR CENTRAL DE LA CIUDAD DE MEXICO Esta publicación contiene los estudios llevados a cabo en los campos de hidrología, geología, mecánica de sue los y diseño estructural para el análisis y solución de problemas involucrados en la construcción de túneles­en condiciones difíciles del subsuelo. El perfil geológico va desde arcillas muy blandas hasta formaciones ro cosas. Se incluye una descripción del proyecto y métodos de construcción usados en túneles y lumbreras. Español e inglés. Un volumen; 55 páginas; 38 figuras; 28 x 21.5 cm; México, 1969

008 COMPORTAMIENTO DE PRESAS CONSTRUIDAS EN MEXICO La Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos y la Comisión Federal de Electricidad patrocinaron la pu­blicación del estudio preparado en el Instituto de Ingeniería, UNAM y que se presenta en este volumen para: 1) Analizar cuantitativamente los registros instrumentales del comportamiento de 12 presas mexicanas (ocho de tierra y cuatro de concreto), para las cuales se tienen datos que cubren entre 4 y 15 años de observaciones; 2) Comparar el comportamiento observado con la predicción de diversos modelos teóricos; y 3) Desentrañ~r al­gunos fenómenos no previstos por los métodos de análisis disponibles. Español e inglés. Un volumen; 581 páginas; 373 figuras; 34 fotografías; 28 x 21 cm; México, 1976

010 PROBLEMAS DE FISICA DEL SUELO, por Árpád Kézdi, Universidad Técnica de Budapest, Hungría La obra trata: 1) Clasificación de suelos y calificación; 2) Distribución de partículas y de vacíos; 3) Distri bución granulométrica y compactación; 4) Algunas propiedades de suelos de transición; 5) Pfoblemas de resisten cia; y 6) Casos de movimiento de fases, expresados en función de la composición de fases. Español e inglés. Un volumen; 69 páginas; 29 figuras; 22.5 x 16.5 cm; México, 1976

011 VOCABULARIO DE MECANICA DE SUELOS Contiene 2231 vocablos en inglés con su traducción al español, portugués y francés. Las versiones en español comprenden términos locales usados en algunos países de Latinoamérica, comparándolos con los propuestos por España y Portugal. Esta publicación fue preparada y patrocinada por el Instituto de Ingeniería, UNAM. Inglés, español, portugués y francés. Un volumen; 95 páginas; 28.3 x 21.8 cm; México, 1977

012 EL SUBSUELO Y LA INGENIERIA DE CIMENTACIONES EN EL AREA URBANA DEL VALLE DE MEXICO Las memorias de este Simposio constan de tres partes: 1) Información estratigráfica del área urbana del Valle de México, incluyendo zonas de reciente desarrollo; 2) Lo relacionado con las grietas regionales "La Florida'' y "Echegaray", desarrolladas en los fraccionamientos del mismo nombre; 3) Discusión del fenómeno de fricción negativa en cimentaciones profundas. Español. Un volumen; 259 páginas; 222 figuras; 66 fotografías; 27 x 21 cm; México, 1978

013 SIMPOSIO SOBRE ALMACENAMIENTOS PEQUEÑOS La obra consta de cuatro partes: 1) Aspectos de mecánica de suelos, geología, hidrología e hidráulica, refe­rentes al diseño y construcción de presas pequeñas; 2) Experiencias de la Secretaría de Agricultura y Recur­sos Hidráulicos, la Universidad Autónoma de Chapingo y la iniciativa privada. Las partes 3 y 4 incluyen apor­taciones al tema y la reseña del evento. Español. Un volumen; 174 páginas; 96 figuras; 17 tablas; 28 x 21 cm; México, 1975

015 SIMPOSIO INTERNACIONAL DE MECANICA DE SUELOS, OAXACA, 1979 La obra consta de dos volúmenes; el primero contiene trabajos realizados por los relatores generales y las con tribuciones de los panelistas de las tres sesiones relativas a: 1) Aplicación de las propiedades índice y de­los resultados de los sondeos de exploración a los problemas de ingeniería de suelos (G.F. Sowers); 2) Compor tamiento geotécnico de lutitas arcillosas (N.R. Morgenstern); 3) Mecanismos de falla en estructuras térreas­naturales y hechas por el hombre (N. Janbu). Las contribuciones adicionales, la conferencia de apertura de D. Reséndiz y las minutas de la reunión del Comité Ejecutivo de la Sociedad Internacional de Mecánica de Sue­los se recogen en el segundo volumen. Contribuciones escritas en inglés, francés, o español. Dos volúmenes; 320 páginas; 103 figuras; 28.3 x 21.5 cm; Oaxaca, México, 1979

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016 SIMPOSIO INTERNACIONAL DE MECANICA DE SUELOS MARINOS Los temas tratados incluyen: exploración geofísica, muestreo y propiedades de suelos marinos; ensayes in situ; licuación de suelos granulares marinos; diseño de cimentaciones piloteadas para estructuras marinas y aspectos geotécnicos; registros de comportamiento; e instrumentación. El tomo II contiene los discursos de presentación y apertura, la conferencia especial de clausura de F. Hiriart y las contribuciones de especialistas interna­cionales, complementarias a los temas tratados en el Tomo I.

Contribuciones escritas en español o inglés. Dos volúmenes; 245 páginas; 213 figuras; 27.5 x 21 cm; México, 1~

017 MEJORAMIENTO MASIVO DE SUELOS La memoria de esta reunión técnica contiene trabajos sobre criterios generales para la compactación in si tu de suelos granulares; análisis de licuación; precarga, vibrocompactación y vibroflotación; explosivos y compact~ ción dinámica. Español. Un volumen; 161 páginas; 23 tablas y 129 figuras; 28 x 21 cm; México, 1979

022 IX REUNION NACIONAL DE MECANICA DE SUELOS, 1978 Consta de tres volúmenes: 1) Trata las condiciones de cimentación y del subsuelo de diversas ciudades de México como Celaya, Cuernavaca, Chihuahua, Puerto Vallarta, Tapachula, Tlaxcala y Tula. Describe la estratigrafía y características físicas y mecánicas de los materiales del subsuelo. Proporciona recomendaciones necesarias pa ra normar el criterio de exploración y muestreo, así como los análisis y diseño de cimentaciones; 2) Contiene los trabajos de panelistas sobre la ingeniería de suelos en las Obras Hidráulicas, en las Obras Viales y en las Obras Urbanas; 3) Incluye la descripción general de las tres sesiones y algunas contribuciones adicionales.

Español. Tres volúmenes; 416 páginas; 276 figuras; 27.5 x 21.3 cm; Mérida, México, 1978

023 X REUNION NACIONAL DE MECANICA DE SUELOS, 1980 Consta de dos volúmenes: 1) Contiene los trabajos de las cuatro sesiones sobre dinámica de suelos en México: Solicitaciones dinámicas; comportamiento dinámico de los suelos; diseño de cimentaciones y estructuras térreas sujetas a solicitaciones dinámicas; experiencias en dinámica de suelos; 2) Realizaciones recientes en mecánica de suelos y trabajos complementarios, discusiones y reseña del evento. Español. Dos volúmenes; 160 páginas; 26 tablas y 289 figuras; 27 x 21.5 cm; Morelia, México, 1980

024 CIMENTACIONES EN ZONAS MINADAS DE LA CIUDAD DE MEXICO Las memorias de este Simposio tratan del subsuelo y problemas de cimentación en zonas minadas de los lamerías del poniente de la Ciudad de México. Antiguas minas subterráneas constituyen un serio peligro para la estabi­lidad de las construcciones, agravada por la acción del intemperismo. La primera parte contiene el estado ac­tual del conocimiento y la segunda los comentarios y aportaciones de presidentes, panelistas y asistentes al evento. La tercera incluye trabajos complementarios y la cuarta, la reseña. Español. Un volumen; 204 páginas; 103 figuras; 76 fotografías; 27 x 21 cm; México, 1976

025 SELECCION DE LOS PARAMETROS DEL SUELO PARA EL DISEÑO DE CIMENTACIONES Segunda Conferencia Nabar Carrillo, por Ralph B. Peck, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, EUA Se presenta el criterio de observación de campo aplicado al diseño de cimentaciones y se indica cómo hacer intervenir en un diseño particular recursos tan variados como son el razonamiento y la evidencia geológica, métodos geofísicos, conocimiento general de las propiedades de los materiales térreos y sus interrelaciones, así como el conocimiento del comportamiento de estructuras existentes. Los ejemplos abarcan desde cimenta­ciones para estructuras simples hasta aquéllas para instalaciones tan críticas como son los reactores nuclea res. Se trata el uso y abuso de métodos estadísticos para el análisis de los datos de exploración. -

Español o inglés. Un volumen; 80 páginas; 17 figuras; 23 x 15.5 cm; Guadalajara, México, 1974

026 FILOSOFIA DE LAS CIMENTACIONES PROFUNDAS Tercera Conferencia Nabar Carrillo, por Árpád Kézdi, Universidad Técnica de Budapest, Hungría La primera parte trata la importancia, razones y desarrollo de los pilotes, así como los factores que han li­mitado su aplicación y la forma de contrarrestarlos. Presenta un enfoque para el análisis de transferencia de carga en pilotes, aplicando nuevas funciones de transferencia; define el factor de seguridad en zapatas y pilotes en función de los parámetros de resistencia al corte así como varios casos reales. Se analiza el tema de comportamiento de grupos de pilotes, haciendo un resumen de los avances teóricos. La segunda contiene dis­cusiones y contribuciones al tema por Lymon C. Reese, Daniel Reséndiz, Jean Kerisel, Alexandar Vesié y Leonardo Zeevaert. Español e inglés. Un volumen; 190 páginas; 72 figuras; 23 x 15.5 cm; Guanajuato, México, 1976

027 DISE~O DE LA CIMENTACION DE LA PRESA TARBELA Cuarta Conferencia Nabor Carrillo, por John Lowe III, TAMS, Nueva York, EUA

Se presentan las observaciones del comportamiento de la cimentación de la presa Tarbela (2475 m de largo y 150m de alto) realizadas durante el llenado anual del embalse de 1975 a 1978. Describe exploraciones del subsuelo y ensayes de laboratorio; analiza las implicaciones de la grava limpia en la cimentación para el di­seño del delantal; propone una hipótesis para explicar la formación de dolinas y presenta los análisis de in­formación proveniente de registros de piezometría y medición de filtraciones. Español o inglés. Un volumen; 150 páginas; 22.5 x 15 cm; Mérida, México, 1978

031 COMPORTAMIENTO DE LA PRESA MADI N DURANTE SU CONSTRUCCION Y PRIMER LLENADO, por Jorge Flores N. y Gabriel JIJ.Jvinet G. Este libro fue editado por la Comisión de Aguas del Valle de México y presenta la recopilación de datos obte­nidos durante el estudio, proyecto, construcción, observaciones y comportamiento de la presa durante su pri­mer llenado. El trabajo fue presentado al IX Congreso Internacional celebrado en Tokio, Japón y forma parte del Volumen III de Casos Reales de las memorias de dicho Congreso. Español. Un volumen; 43 páginas; 42 figuras; 6 tablas; 27.5 x 21 cm; México, 1980

033 REFLEXIONES SOBRE EL DISE~O DE ESTRUCTURAS TERREAS Quinta Conferencia Nabor Carrillo, por Raúl J. Marsal, Instituto de Ingeniería, UNAM, México En la parte I se analiza el desarrollo alcanzado en el diseño de estructuras térreas en México, abarcando ex­periencia previa (1904-60) con un resumen de las fallas registradas en México y evolución reciente (1960 a la fecha) en el estudio de propiedades mecánicas de enrocamientos y observación del comportamiento de presas ins trumentadas; por último se proponen temas de investigación dentro de la ingeniería geotécnica. La segunda par te contiene contribuciones especiales de los panelistas G.F. Sowers, J.A. Jiménez Salas y S.D. Wilson sobre­temas relacionados con la conferencia. Español e inglés. Un volumen; 208 páginas; 81 figuras; 22 x 16 cm; Morelia, México, 1980

035 TUNELES EN SUELOS BLANDOS Y FIRMES En un volumen se presentan las memorias de las reuniones sobre túneles en suelos blandos (mayo 1981) y en sue los firmes (octubre 1981), conteniendo temas tales como análisis y diseño del revestimiento definitivo, compor tamiento de los túneles, exploración e instrumentación, acción del agua del subsuelo en el diseño del revestí miento definitivo, valuación de las filtraciones y abatimiento de presiones, aspectos constructivos, sistemas de soporte, selección de equipo, etc. Español. Un volumen; 306 páginas; 161 figuras; 28 x 21.5 cm; México, 1981

037 USO DE MEDIOS FILTRANTES EN INGENIERIA SANITARIA Y MECANICA DE SUELOS El objetivo de esta reunión técnica fue realizar un estudio de la filtración en el campo de la ingeniería sanl taria y en el de la mecánica de suelos a fin de determinar los elementos relevantes para definir especifica­ciones de lo que es material filtrante en ambas ramas de la ingeniería. Los trabajos trataron temas sobre proceso de la filtración en la potabilización del agua, nuevas tendencias en la filtración del agua, uso de filtros en geotecnia y conceptos técnicos recientes en materia de filtros para usos geotécnicos. Español .. Un volumen; 65 páginas; 45 figuras; 28 x 21.5 cm; México, 1982

038 LA GEOTECNIA Y LA GEOHIDROLOGIA EN EL DISE~O DE LAS MINAS SUBTERRANEAS DE CARBON En un volumen se incluyen trabajos sobre aplicación de la geotecnia en la evaluación y planeación de minas de carbón, diseño de accesos a minas de carbón subterráneas, la geohidrología en el diseño de minas, los sistemas de exploración del carbón, y la geohidrodinámica en la minería. Se presenta una sesión general de preguntas y respuestas. Español. Un volumen; 73 páginas; 44 figuras; 28 x 21.5 cm; México, 1982

040 CONFERENCIA INTERNACIONAL DE MECANICA DE SUELOS "PASADO, PRESENTE Y FUTURO DE LA MECANICA DE SUELOS, UN EXAMEN CRITICO", MEXICO, REUNION CONMEMORATIVA 1957-1982 La obra consta de dos volúmenes; el tomo 1 incluye contribuciones de especialistas de fama mundial que inter­vinieron como panelistas, sobre teoría, principios bás.icos y filosofía de la mecánica de suelos; cimentaciones profundas; mejoramiento de suelos; y obras subterráneas. El volumen II contiene la conferencia de apertura de L. Zeevaert, conferencias especiales de B. Quintana, R. Félix Valdés y V.F.B. de Mello, así como contribucio­nes técnicas de distintos autores. Artículos escritos en inglés, francés o español. Dos volúmenes; 480 páginas; 27 x 21 cm; México, 1982

041 SIMPOSIO INTERNACIONAL SOBRE TIERRA ARMADA La memoria del simposio realizado en julio de 1980 incluye 7 ponencias presentadas por expertos a nivel ínter nacional como F. Schlosser, J.K. Mitchell, J. Deschamps y V. Elías, así como la discusión y reseña del mismo~ Expone (1) Los conceptos básicos, criterios de diseño, e investigaciones recientes sobre tierra armada, (2) Las realizaciones, aspectos constructivos y esperiencias de comportamiento, con descripción de su uso en obras viales y urbanas, así como aplicaciones industriales, y 3) Aplicaciones en México en terraplenes de acceso a puentes. Español e inglés. Un volumen; 102 páginas; 21 x 27 cm; México, 1983

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043 RECOMENDACIONES PARA LA PREPARACION Y PRESENTACION DE TRABAJOS TECNICOS Contiene; 1) Lineamientos para la presentación de trabajos por escrito; 2) Recomendaciones para la presenta­ción oral de un trabajo técnico; 3) Recomendaciones para la preparación de diapositivas, con una lista de verificación para preparar y presentar ayudas visuales; 4) El Sistema Internacional de Unidades (SI) aplicado a la ingeniería geotécnica; 5) Resumen de símbolos y unidades recomendados por la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos (ISSMFE); 6) Lista de verificación para los autores; y 7) Recomendaciones para el editor. Español. 30 páginas; 22 x 16.5 cm; México, 1983

044 MANUAL DE DISEÑO Y CONSTRUCCION DE PILAS Y PILOTES El objetivo principal de este manual es el servir como elemento de enlace entre diseñadores, constructores y supervisores de cimentaciones profundas. Incluye la clasificación de pilas y pilotes y los materiales que se utilizan en su construcción, los estudios geotécnicos necesarios para el diseño, conceptos básicos de diseño tanto geotécnico como estructural, un capítulo dedicado a la construcción de estos elementos de cimentación incluyendo lodos de perforación, la descripción detallada de pruebas de carga en pilotes, y lineamientos gene rales de inspección y verificación. -

Español. Un volumen; 243 páginas; 165 figuras; 45 tablas; 21.8 x 28.5 cm; pasta suave; México, 1983

045 TUNELES CARRETEROS En esta publicación se reOnen los 16 artículos presentados en la reunión ''Seminario de TOneles Carreteros", celebrada en México, D.F., en octubre de 1982. Incluye ponencias sobre análisis de prefactibilidad geotécnica y económica de tOneles carreteros, métodos para el análisis y diseño de tOneles tanto en suelos como en rocas, procedimientos constructivos y equipo, voladuras subterráneas, e iluminación de tOneles vehiculares. Español. Un volumen; 216 páginas; 155 figuras; 27 x 21 cm; pasta suave; México, 1985

049 OBRAS RECIENTES EN EL LAGO DE TEXCOCO En este volumen se recogen las seis ponencias presentadas durante la Mesa Redonda "Obras Recientes en el Lago de Texcoco" (agosto, 1984). Contiene, entre otros aspectos, la descripción del programa de obras del Proyecto Texcoco, la construcción y comportamiento del bordo Nabar Carrillo y la construcción del canal colector con arcilla del lago. Español. Un volumen; 45 páginas; 41 figuras; 21.5 x 29 cm; México, 1984

050 XII REUNION NACIONAL DE MECANICA DE SUELOS, 1984 Consta de dos volOmenes. El primero está dividido en dos grandes temas: (1) Estabilidad de Taludes y Empuje de Tierras y (2) Cimentaciones. En la parte 1 se incluyen 9 ponencias con temas tales como estabilidad del fondo marino, diseño del recubrimiento de tOneles, estabilidad de terraplenes sobre suelos blandos y el efecto de compactación en el empuja sobre elementos de retención. En la parte 2 se presentan también 9 trabajos, con tó picos tales como: criterios para el diseño de obras portuarias, la geotecnia en las obras de dragado, estabil1 dad de estructuras esbeltas sobre pilotes de fricción y cimentaciones de puentes y del Metro. En el segundo­volumen se incluyen los reportes de los relatores de las sesiones y 5 contribuciones más. Español. Dos volOmenes; 256 páginas; 81 figuras; 21.5 x 28 cm; México, 1984

051 CONDICIONES AMBIENTALES EN EL DISEÑO DE CIMENTACIONES DE EDIFICIOS Séptima Conferencia Nabar Carrillo, por Leonardo Zeevaert, División de Estudios de Posgrado, Facultad de In­geniería, UNAM, México. El autor expone los métodos de análisis que ha empleado en su práctica profesional para el diseño de cimenta­ciones en condiciones ambientales como las encontradas en la Ciudad de México, en donde además de las condi­ciones poco propicias del subsuelo, se agregan los efectos de fuertes temblores y fenómenos de asentamiento regional. La obra aborda tópicos tales como: propiedades geotécnicas, comportamiento sísmico del subsuelo, cimentaciones compensadas, cimentaciones compensadas con pilotes de fricción, cimentaciones con pilotes de punta, con consideraciones sísmicas y de fricción negativa. Español e inglés. Un volumen; 72 páginas; 24 figuras; 15 x 22.5 cm; Querétaro, México, 1984

052 VOLUMEN CONMEMORATIVO LEONARDO ZEEVAERT, UNA SELECCION DE TRABAJOS Se presentan, en un volumen, 29 artículos técnicos relevantes del Dr. Leonardo Zeevaert, cubriendo aspectos tales como diseño de cimentaciones, la mayoría de edificios en la Ciudad de México, mediante pilotes de fric­ción y punta, losas y cajones, o bien de sus combinaciones; en el diseño de los cajones se enfatiza el princl pio de compensación. Asimismo, se incluyen trabajos sobre fricción negativa, consolidación secundaria (visco­sidad intergranular), interacción suelo-estructura, sismicidad y respuesta dinámica del subsuelo y de estruc­turas. Además, esta obra contiene la biografía del autor y la .lista completa de sus 100 publicaciones a la fecha. Español o inglés; 491 páginas 22 x 28 cm; pasta suave; México, 1984

053 ALMACENAMIENTOS SUBTERRANEOS En un volumen se presentan las memorias de la reun1on técnica Almacenamientos Subterráneos (noviembre 1983). se analizan, en 7 artículos y discusiones abiertas, la construcción y operación de grandes almacenamientos subterráneos de petróleo, como alternativa técnica y económicamente atractiva de los tanques de acero de gran diámetro para el almacenamiento de crudo. Se describen las características geotécnicas de cavernas minadas en roca y de las cavernas formadas en domos salinos por disolución en el sureste de México, estudiadas por PEMEX. Español. Un volumen; 108 páginas, 81 figuras; 14 fotografías; 28 x 21 cm; pasta suave; México, 1984

054 REFLEXIONES SOBRE TAREAS INCONCLUSAS Primera Conferencia Nabor Carrillo, por Arthur Casagrande, Harvard University, Cambridge Mass, U.S.A.

El finado Profesor Arthur Casagrande dictó la primera conferencia "Nabor Carrillo" en la Ciudad de México, 16-17 de noviembre de 1972; este evento bianual se instituyó para honrar a tan ilustre ingeniero mexicano. De bido a las múltiples actividades profesionales y a su posterior quebrantamiento de salud, el Profesor Casa-­grande no pudo completar, como era su deseo, una versión publicable de su exposición oral. La SMMS solicitó en 1984 a los Srs. Dirk y Leo Casagrande revisaran y corrigieran tanto la transcripción original, como el mate rial gráfico presentado; ellos aceptaron amablemente editar este valioso e histórico volumen. En la primera­parte se incluyen temas tales como una comparación entre Coulomb, Terzaghi y Carrillo, asentamientos de una cimentación sobre arcilla sensitiva y licuación de arenas; la segunda parte versa sobre el control de flujo a través de cimentaciones y laderas permeables de presas. Español e inglés. Un volumen; 112 páginas; 40 figuras; 15 x 22.5 cm; pasta suave; México, 1984

055 EL SUBSUELO DE LA CIUDAD DE MEXICO, por Raúl J. Marsal y Marcos Mazarí Ya un clásico de la mecánica de suelos en nuestro país, esta obra, editada por la Facultad de Ingeniería de la UNAM como contribución al I Congreso Panamericano de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, re­coge el gran esfuerzo realizado en la década de los 50 por Marsal y Mazarí para estudiar y caracterizar el peculiar subsuelo de la Ciudad de México. La obra está dividida en tres partes: a) Estratigrafía y propieda­des, b) Hundimiento general de la Ciudad de México y e) Comportamiento de las cimentaciones. En el primer vo­lumen se encuentra el texto y en el segundo las ilustraciones. Esta obra es antecedente fundamental de la No. 012 de nuestro catálogo. Español e inglés. Dos volúmenes; 377 páginas; 270 figuras; 21 x 27 cm; pasta suave; México, 1959

057 XI REUNION NACIONAL DE MECANICA DE SUELOS, 1982 Este volumen recoge las ponencias que se presentaron en esta reun1on llamada "La Geotecnia en los Puertos In­dustriales". Consta de las 6 sesiones siguientes: (1) El subsuelo del Puerto de Dos Bocas, Tab., (2) Estudios geotécnicos para escolleras y muelles de la terminal marítima de Dos Bocas, Tab., (3) El Puerto del Ostión, Ver., (4) Nuevo Puerto Industrial Altamira, Tamps., (5) Puerto Industrial de Lázaro Cárdenas, Mich., y (6) El puerto comercial, industrial y petrolero de Salina Cruz, Oax. Español. Un volumen; 361 páginas; 165 figuras; fotografías; 21.5 x 28 cm; pasta suave; México, 1982

058 GEOFISICA APLICADA A LA GEOTECNIA Se reúnen en un volumen las memorias de la reunión Geofísica Aplicada a la Geotecnia, que se efectuó en dos días (septiembre, 1984). Después de una presentación y explicación de los métodos geofísicos empleados en la geotecnia, se exponen algunas de sus aplicaciones en 1) Obras superficiales, tales como boquillas de presas, bordos y cimentaciones, así como vías terrestres, bancos de materiales y zonas minadas; 2) Obras marítimas que incluyen plataformas fuera de costa y tendido de tuberías submarinas; y 3) Obras subterráneas, que comprenden proyectos hidroeléctricos y prospección geofísica en minería. Prólogo del Dr. Fernando Hiriart, Director Gen~ ral de la Comisión Federal de Electricidad. Español. Un volumen; 172 páginas; 28 x 21 cm; pasta suave; México, 1984

060 COMPORTAMIENTO DE PRESAS CONSTRUIDAS EN MEXICO (1974-1984), VOL. II Esta publicación, patrocinada por la Comisión Federal de Electricidad y preparada en colaboración con el Ins­tituto de Ingeniería, UNAM, complementa a la No. 008 de nuestro catálogo. Incluye la observación de comporta­miento reciente (1974-1984) de las presas de tierra y enrocamiento tratadas en la publicación No. 008 y tam­bién cubre la descripción de la etapa constructiva de dos presas más (El Caracol y Peñitas). La obra se divi de en cuatro capítulos: 1) Presas de tierra y enrocamiento, 2) Efectos de sismos, 3) Estabilidad de macizos­rocosos y 4) Comentarios y conclusiones. Español e inglés. Un volumen; 304 páginas; 207 figuras; 17 tablas; 27 x 21 cm; pasta suave; México, 1985

061 LOS ASENTAMI~ Qa TEMPLO MAYOR ANALIZADOS POR LA MECANICA DE SUELOS, por M. Mazari, R.J. Marsal y J. Alberro En esta obra se hace un análisis de asentamientos de las pirámides superpuestas que constituyen el Templo Ma­yor de los aztecas, cuyos vestigios fueron recientemente descubiertos en el centro histórico de la Ciudad de México. Los grandes asentamientos sufridos por el Templo Mayor son evidencia de que no existían afloramientos de terreno duro ni roca en el ex-lago de Texcoco; por el contrario, a raíz de estos análisis se infiere que los aztecas construyeron una isla para soportar las sucesivas pirámides. Los resultados que aquí se presentan derivan de una investigación llevada a cabo en el Instituto de Ingeniería, UNAM: la SMMS patrocina esta publi cación con la idea de presentar a la comunidad geotécnica los resultados de esta muy interesante investigación.-Español e inglés. Un volumen; 48 paginas; 18 figuras; 8 fotografías; 6 tablas; 27 x 21 cm; pasta suave; México, 1985

062 CONTRIBUCIONES AL PRIMER CONGRESO INTERNACIONAL SOBRE GEOMECANICA DE SUELOS TROPICALES LATERITICOS Y SAPROLI TICOS - TropicaLS'85, BRASILIA -Esta publicación ha sido patrocinada por la Comisión Federal de Electricidad e incluye dos artículos presenta dos al congreso mencionado en el título. El primero, escrito por Raúl J. Marsal, versa sobre "Propiedades de un suelo trópico-residual compactado", el cual se encuentra en un ambiente tropical en las inmediaciones de la presa Necaxa. El segundo artículo, "Cambios en las propiedades geotécnicas de algunos suelos trópico-resi­duales debidos al tratamiento previo a su ensaye", de Manuel J. Mendoza, trata sobre la influencia del remol­deo y el secado de especímenes en los límites de plasticidad y la compactación.

Español e- inglés. Un volumen; 80 páginas; 63 figuras; 11 tablas; 27 x 21 cm; pasta suave; México, 1985

063 CRITERIOS DE DISE~O BASICO DE CIMENTACION Y CONTROL DE CALIDAD EN LA TORRE DE PEMEX En esta publicación, patrocinada por Petróleos Mexicanos, se resumen los trabajos de proyecto y construcción geotécnicos así como de control de calidad de obra de la Torre de PEMEX, de 52 niveles, la estructura más alta hasta ahora desplantada sobre el difícil subsuelo de la Ciudad de México. El contenido de la obra es el si­guiente: 1) Proyecto, 2) Diseño de cimentación, 3) Diseño estructural de la cimentación, 4) Procedimientos de construcción, y 5) Control de calidad de obra y observación del comportamiento. Español. Un volumen; 54 páginas; 70 figuras; 19 fotografías; 27.5 x 21 cm; papel couché, pasta suave; México, 1985

064 LOS TUNELES CARRETEROS Las memorias de esta reunión, celebrada en conjunto con otras cuatro sociedades técnicas, incluyen artículos sobre: justificación del túnel carretero, estudios y diseño geotécnicos (túneles Puerto Vallarta y La Venta), construcción de túneles y dirección y control de la construcción subterránea. Esta publicación es complementa ria de la No. 045 de nuestro catálogo. -Español. Un volumen; 136 páginas; 89 figuras; 27.5 x 21 cm; pasta suave; México, 1985

065 GEOTECNIA MARINA EN LA SONDA DE CAMPECHE En este volumen, editado por Petróleos Mexicanos, se recoge la experiencia ganada por PEMEX en la exploración del fondo marino de la sonda de Campeche. El contenido de la obra es el siguiente: 1) Introducción, 2) Loca­lización de la provincia marina, 3) Geología de la sonda de Campeche, 4) Estructuras e instalaciones, 5) Es­tudio de los suelos marinos por métodos indirectos, y 6) Estudio de los suelos marinos por métodos directos. Se incluyen además los resultados de 20 sondeos profundos realizados en la zona. Español. Un volumen; 124 páginas; 151 figuras; 36 fotografías; 28 x 21.5 cm; papel couché, pasta suave; México, 1985.

ESTAS PUBLICACIONES ESTAN A LA VENTA EN: Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, A.C. Valle de Bravo No. 19, Col. Vergel de Coyoacán, Tlalpan, 14340-México, D.F., MEXICO, Tel. 6-77-37-30

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ESTA OBRA SE TERMINO DE IMPRIMIR EL DIA 17 DE NOVIEMBRE DE 1986 EN LOS TALLERES DE PROGRAMAS EDUCATIVOS,

S. A. DE C. V. CHABACANO 65, LOCAL A MEXICO 8, D. F.

LA EDICION CONSTA DE 3,000 EJEMPLARES Y SOBRANTES PARA REPOSICION

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ISBN 968-18-2344-3

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