En una ataguía de tierra y enrocado sobre un depósito aluvial profundo, prolongar el muro de hormigón hasta atravesar todo el depósito fue lo que más redujo la filtración. Además, el esquema de núcleo filtró menos que el inclinado, pero el inclinado conservó un mayor factor de seguridad del talud aguas arriba durante un descenso rápido del nivel del agua. Esto importa porque la elección del esquema de impermeabilización implica un compromiso entre control de filtraciones y estabilidad.
Aclaración de alcance: se trata de un estudio de ingeniería hidráulica y geotécnica. No evalúa personas, ejercicio, nutrición ni salud, así que no ofrece recomendaciones directas para esos campos.
Qué se estudió: ataguía sobre cobertura aluvial profunda con modelo de filtración y tensiones acopladas
El caso de estudio es la ataguía propuesta aguas arriba de la central hidroeléctrica Zhongyu, en el río Yigong Zangbo. Su altura máxima es de unos 55 m, el ancho de coronación es de 15 m y la cota de coronación es 3.075 m. Los taludes son 1:1,75 aguas arriba y 1:1,5 aguas abajo. El muro de hormigón impermeable (pantalla o “cutoff wall”) tiene 1,2 m de espesor y hasta 71,70 m de profundidad máxima. El cauce está cubierto por un depósito de 45–60 m de grava arenosa con cantos rodados y bloques, sobre granito monzonítico.
Se compararon dos esquemas de impermeabilización propuestos en la etapa de diseño, ambos con geomembrana compuesta:
- Esquema de núcleo: la geomembrana está en posición central, conectada al muro de hormigón.
- Esquema inclinado: la geomembrana se traslada al paramento de aguas arriba y el muro de hormigón se desplaza hacia aguas arriba.
Ambos esquemas usan las mismas zonas principales de relleno. Todo lo demás se mantuvo idéntico: geometría, parámetros de materiales, condiciones de borde, niveles iniciales y proceso de descenso.
Se construyó un modelo tridimensional de elementos finitos con acoplamiento entre filtración y tensiones. Tenía 136.575 nodos y 752.519 elementos en el esquema de núcleo, y 136.762 nodos y 752.789 elementos en el inclinado. Los rellenos y la grava del depósito se modelaron con el modelo hiperbólico de Duncan-Chang. La geomembrana, la roca y el muro se modelaron como elásticos lineales. La interfaz suelo-muro usó un modelo de contacto con fricción, con coeficiente de 0,19, y su formulación se contrastó con datos de corte directo de otros proyectos (Zipingpu y Shuibuya).
Se analizaron tres profundidades del muro: 50 %, 70 % y 100 % del espesor del depósito. También se simuló un descenso transitorio del nivel aguas arriba de 3.057,90 m a 3.036,90 m a 5 m/día. La estabilidad se evaluó con el método de reducción de resistencia.
Qué encontraron: filtraciones, tensiones en el muro y factores de seguridad en descenso rápido
Control de filtraciones según la penetración del muro
- A mayor penetración del muro, descendió más la línea freática aguas abajo. La penetración total también bajó el punto de salida de la filtración y eliminó el camino de rodeo bajo un muro “suspendido”.
- La pérdida de carga a través de la barrera compuesta fue, para 50 %, 70 % y 100 % de penetración, de 24,9, 27,9 y 36,9 m en el esquema de núcleo, y de 21,9, 25,9 y 30,9 m en el inclinado.
- El caudal total filtrado fue, en el esquema de núcleo, de 0,068 %, 0,042 % y 0,011 % del caudal medio del río. En el inclinado fue de 0,073 %, 0,047 % y 0,015 %.
- El esquema de núcleo produjo 28,92 %, 22,50 % y 28,89 % menos filtración que el inclinado para las tres profundidades.
- Los gradientes hidráulicos máximos se ubicaron en torno al muro (sobre todo cerca de su pie), en los contactos muro-roca de ambos estribos y cerca de la salida aguas abajo. Todos quedaron por debajo de los valores admisibles de los materiales.
- En el descenso a 5 m/día, la línea freática del cuerpo aguas arriba no acompañó de inmediato al embalse y mantuvo un perfil convexo. El gradiente máximo se dio al llegar a 3.036,9 m: 35,05 en el esquema de núcleo y 36,77 en el inclinado.
Tensiones en la ataguía y en el muro de hormigón
- Los patrones de tensión fueron similares en ambos esquemas. El relleno trabajó sobre todo a compresión y no se formó una zona de tracción significativa en el cuerpo de la ataguía.
- El esquema de núcleo mostró un nivel de tensión algo mayor.
- En el muro predominó la compresión, con tracciones localizadas cerca de los estribos y en parte del contacto muro-roca. La tracción máxima fue de 1,05 MPa (núcleo) y 0,91 MPa (inclinado), ambas inferiores al valor admisible de diseño de 1,5 MPa.
- Considerar la filtración aumentó la demanda de tensiones en el muro, y los valores extremos fueron mayores en el esquema de núcleo. La compresión en el muro llegó a unos 10 MPa cerca del “punto neutro” y luego disminuyó hacia la base.
Estabilidad del talud con descenso rápido del nivel
- Esquema de núcleo: el factor de seguridad del talud aguas arriba bajó de 1,54 a un mínimo de 1,446 y se recuperó a cerca de 1,46. El de aguas abajo se mantuvo cerca de 1,492.
- Esquema inclinado: el factor aguas arriba bajó de 3,55 a 1,70, y el de aguas abajo fue de aproximadamente 1,489.
Los autores explican la caída aguas arriba porque la presión de poros se disipa más lentamente que el descenso del agua externa. Así se pierde el soporte hidrostático mientras persiste una fuerza de filtración desfavorable.
Qué significa para la práctica: elegir el esquema de impermeabilización en ataguías sobre depósitos profundos
Estas pautas se dirigen a quienes diseñan, revisan o toman decisiones sobre obras de este tipo. Son orientaciones derivadas de una simulación de un caso concreto, no reglas generales.
- Priorizar la penetración total del muro cuando el objetivo es limitar filtraciones. En este caso fue la variable con mayor efecto: con 100 % de penetración el caudal bajó a 0,011–0,015 % del caudal medio del río, frente a 0,068–0,073 % con 50 %. Un muro suspendido deja un camino de rodeo bajo su pie.
- No decidir solo por filtración. El esquema de núcleo filtró menos, pero tuvo menor factor de seguridad aguas arriba en descenso rápido y algo más de tensión de tracción en el muro. El inclinado filtró algo más, pero mantuvo mayor margen de estabilidad aguas arriba. Conviene definir qué criterio gobierna en cada obra (filtración admisible, velocidad prevista de descenso, tolerancia de tensiones) y evaluar ambos esquemas contra ese criterio.
- Analizar el descenso rápido de forma transitoria. El factor de seguridad mínimo ocurre mientras la presión de poros aún no se disipó. Un análisis estático podría no captar ese momento crítico. Si la operación prevé descensos rápidos, la velocidad de descenso y el drenaje del cuerpo aguas arriba merecen atención especial.
- Revisar las tracciones del muro en los estribos y contactos con la roca. Allí se concentraron por la restricción de deformación. En este estudio los valores (1,05 y 0,91 MPa) quedaron bajo el admisible de 1,5 MPa, pero el margen no es muy amplio. Cabe verificar esas zonas con las propiedades reales del sitio.
- Incluir la filtración en el análisis de tensiones del muro. Al hacerlo aumentó la demanda sobre el muro, por lo que omitirla podría subestimar los esfuerzos.
- Precaución al extrapolar. Las cifras corresponden a una geometría, una geología y unos parámetros específicos (por ejemplo, un depósito de 45–60 m y un coeficiente de fricción de interfaz de 0,19). Sirven como referencia comparativa, no como valores a transferir a otras obras.
Limitaciones del estudio de la ataguía sobre depósito profundo
- Es un estudio numérico de una única ataguía propuesta, con parámetros de materiales deterministas. Los autores señalan que las conclusiones pueden depender de las condiciones geológicas e hidráulicas del sitio.
- Los valores de permeabilidad de los rellenos se fijaron por referencia a proyectos comparables, y el coeficiente de fricción de la interfaz se adoptó según experiencia y estudios previos. El texto no informa una comparación con mediciones de esta obra.
- No se consideró la variabilidad espacial de las propiedades de la cimentación, ni la evolución de la filtración a largo plazo, ni un rango más amplio de condiciones constructivas y de descenso. Los autores proponen abordarlos en estudios futuros.
- Los autores son empleados de la empresa que financió y apoyó técnicamente el estudio, lo que declararon como posible conflicto de interés.
Conclusiones aplicables sobre filtración, tensiones y estabilidad en ataguías
- La penetración total del muro en el depósito fue la medida más eficaz para reducir carga hidráulica, línea freática y caudal filtrado.
- Con igual profundidad de muro, el esquema de núcleo filtró menos que el inclinado (entre 22,50 % y 28,92 % menos).
- Ambos esquemas mostraron patrones de tensión similares. El de núcleo tuvo tracciones algo mayores en el muro (1,05 frente a 0,91 MPa), ambas bajo el admisible de 1,5 MPa.
- El descenso rápido redujo temporalmente la estabilidad del talud aguas arriba. El esquema inclinado mantuvo un factor de seguridad mayor durante el período analizado.
- Existe un compromiso entre control de filtración y estabilidad en descenso rápido, y la decisión debe tomarse con datos específicos de cada sitio.
