Estudio de agrietamiento de terraplenes de presas pequeñas

Abstract

Los terraplenes de presas pequeñas se aprovechan en Colombia con fines de almacenamiento de agua para riego agrícola en temporadas secas y de control de inundaciones en temporadas lluviosas. Estos terraplenes se construyen en general con materiales cohesivos compactados, para lograr impermeabilidad. Durante su vida útil muchos terraplenes presentan problemas de agrietamientos y filtraciones que afectan su comportamiento y comprometen su estabilidad. Con el fin de identificar las características y evolución del agrietamiento en este tipo de terraplenes se realizó una modelación física en laboratorio de un caso real, llevado a una escala de 1:44.5 tanto de las características geométricas como de las características de flujo. Para el desarrollo del modelo se construyó un molde en material acrílico. En la presa y en el embalse se impuso un flujo de tipo bidimensional, utilizando un fluido sustituto cuya viscosidad se ajustó a la escala requerida para mantener la semejanza mecánica. La compactación se realizó mediante un proceso muy cuidadoso de control de densidad por capas. En el experimento se observó cómo evolucionaban las grietas durante las etapas de construcción, llenado, fin de construcción y operación. Los resultados mostraron que la principal causa del agrietamiento superficial se debe a procesos de desecación, que la tasa de llenado juega un papel importante en la fractura hidráulica y que la distribución espacial de las grietas se localiza principalmente en el tercio superior. Estos resultados son de utilidad para mejorar las especificaciones de diseño y construcción de terraplenes de pequeñas presas.

Abstract: In Colombia small dam embankments have mainly been used as irrigation water supplies in dry seasons and flood control in rain seasons. These dams generally constructed with compacted cohesive soil constituting the impervious barrier themselves, tend to exp erience cracking and seepage issues along their useful life, thus, their behavior and stability are affected. First, aims to identify cracking characteristics and evolution in this embankment type. The investigation was carried out based on observations of a small dam embankment physical scale model at the lab. The scale model was built into an acrylic die cast. Bi dimensional flow was forced through the embankment model, in beginnings with a substitute fluid, whose viscosity was changed to meet the scaling requirements, and after with water flowing for review the effects of the substitute fluid over embankment. The embankment compaction operation went under a very high - quality control particularly in each layer density. Along construction, initial reservoir filling, and operation stages cracking evolved into the embankment model. Findings showed the major cracks appear during end construction stage and specific in the upper third of embankment, these are related to soil suction by evaporation. Complementary to physical model was carried out numerical modelling which identified that highest suction areas matching the greatest cracking ones. From this investigation could say it is possible to reduce cracking by desiccation and improve dam embankments behavior w ith a more thoroughly careful construction process that keeping in mind local weather. These finders will be useful for improve the design and construction specifications of small dam embankments.