Diseño sísmico de estructuras de presas de tierra

Abstract

Sí hacemos historia acerca de la vida de las presas de tierra, encontramos que éstas ya eran conocidas en los albores de nuestra civilización, utilizadas con fines de almacenamiento de aguas para irrigación. Una muestra palpable de lo mencionado es la presa de tierra de Ceylán que tiene 18 Km. de longitud, 21 m. de alto, habiéndose empleado para el terraplén un volumen de 13 millones de metros cúbicos de material suelo, conociéndose su fecha de construcción en el año 504 A.C. Hoy en día, al igual que antes, las presas de tierra son consideradas como el tipo de presas más comunes en su construcción, ya que intervienen materiales empleados en su estado natural con muy ligero procesamiento. Hasta época reciente aún eran utilizados métodos empíricos para el diseño de presas de tierra, época en la cual la Ingeniería conoció el amargo sabor de los fracasos, los mismos que reportaron el afán de reemplazar el empirismo por procedimientos ingenieriles racionales aplicados tanto al diseño como a la fase constructiva. Así, Bassell en 1907, surgió como una de las primeras figuras sugiriendo el cálculo de taludes en las presas de tierra. El progreso en este campo recién se hizo patente en 1930, cuando el avance de la nueva ciencia de la MECANICA DE SUELOS colaboro al desarrollo y mejoramiento de nuevos procedimientos de diseño raciónales, pues ya se contemplaban e investigaban nuevos elementos participatorios en los diseños de las presas de tierra como, por ejemplo: la cimentación, la filtración, la tubificación, etc. Considerando que la presa de tierra es una de las estructuras ingenieriles más importantes debida a su complejidad técnica, a la inversión que requiere y a los servicios que presta, muchas naciones del mundo han iniciado desde la década del 60, estudios de investigaciones relativas que permiten interpretar en forma cuantitativa los efectos sísmicos en presas. En razón de ello, se inicia la práctica de instrumentar presas a fin de registrar los sismos y sus efectos sobre las cortinas de tierra y enrocamientos, aunque esto último resulta ser una experiencia muy limitada por su alto costo económico. Posterior a 1960, comienza la época de las grandes presas de tierra, construyéndose con alturas mayores a los 150 m. Dado que en el diseño de una presa se trata de lograr de la mejor manera posible el llegar a conseguir la meta deseada, el ingeniero que trabaja en ello y casi siempre representa a un organismo estatal que genéricamente vela por los intereses de la comunidad busca que el diseño sea optimizado desde el punto de vista de la nación; y que, aunque el ingeniero trabaje para una compañía particular, sus decisiones siempre afectarán muy directamente a un amplio sector de los habitantes de su nación. De esta manera se llegan a especificar los primeros diseños sísmicos de presa asimilando los temblores a una aceleración horizontal uniforme aplicada estáticamente a la cortina (Seed y Martín, 1966). Luego, resultados de análisis aproximados y mediciones en ensayos de modelos comparados con los prototipos, se extendió la práctica de suponer que esta aceleración es creciente con la elevación medida desde el nivel de desplante de la cortina (normas soviéticas). Hay que considerar que en buena parte el análisis dinámico se ha usado sólo en la cuantificación de presiones hidrodinámicas, y en este aspecto se han llegado a obtener métodos más refinados de análisis que han tenido influencia mínima y generalmente indirecta en el diseño, originando métodos analíticos suponiendo comportamiento lineal o rígido plástico, donde la primera permite conocer las respuestas de la cortina en condiciones que poco se relacionan con las de falla, mientras que la segunda es poco realista para cortinas de altura moderada o grande. También los resultados de pruebas dinámicas en modelos a escala se han empleado casi exclusivamente para verificar la bondad de diseños hechos de acuerdo con análisis estáticos, pero éstos dejan grandes márgenes de dudas por la dificultad que representa obtener una simulación adecuada de ciertos fenómenos y ciertas variables, como rotura y cambio de volumen de enrocamientos, presiones de poro e interacción con cimentación y laderas. Dificultades experimentales que han ido superándose gradualmente, donde los abanderados en estos aspectos son los países de Japón, EE. UU., México, Rusia. El Perú, estando ubicado dentro de la faja sísmica o Cinturón de Fuego del Circumpacifico, se ve afectado muy frecuentemente por violentos sismos que dañan las estructuras y dejan marcadas huellas de su paso. Esto viene a ser indudablemente un abierto desafío a la ingeniería peruana para ponerse al nivel de las modernas técnicas de diseños antisísmicos y procesos constructivos debidamente planificados y controlados. Y ahora que el Perú lanza su despegue en el campo energético y agrícola, se vislumbra la próxima construcción de diversas presas muchas de las cuales serán de materiales térreos. La presente Tesis abarca los siguientes puntos: En el Capítulo II se tratan aspectos sobre el comportamiento dinámico de los suelos, especificándolos como medios continuos cuidando que el estado inicial, las condiciones de frontera y el programa de cargas estén de acuerdo a las posibles solicitaciones. En este mismo capítulo también se observa lo referente a la presión hidrodinámica durante sismos, es decir que el agua embalsada oscila al producirse un sismo originando mayor presión sobre la cortina de una presa. El Capítulo III presenta los modos de analizar dinámicamente a una presa de tierra, a la vez que plantea diferentes métodos para efectuar estos análisis. El Capítulo IV trata sobre ejemplos de comportamiento dinámico de presas durante sismos mediante el auxilio de instrumentación adecuadamente instalada en las presas, y de sus resultados obtener