PRESA HOOVER: CONSTRUCCIÓN Y PATOLOGÍA DE UN ÍCONO DE LA INGENIERÍA

Experto

RESUMEN: 

Para la ingeniería, una de las obras más significativas construidas durante el siglo XX es la Presa Hoover, ubicada en el cañón negro del río Colorado, en el límite de los estados de Arizona y Nevada, en Estados Unidos. Es considerada una de las 10 construcciones más importantes de ese siglo, junto con el Golden Gate, el Empire State, el Eurotunel, el Canal de Panamá y el Teatro de la Ópera de Sidney.

Asociación Colombiana de Productores de Concreto – Asocreto.

Crédito: © MIkano.

La Presa Hoover es una presa de arco-gravedad construida, de 221,4 metros de alto, 379,2 metros de longitud y un espesor variable entre 200 metros en la base y 15 metros en la corona. Para lograr estas dimensiones fueron necesarios más de 3,33 millones de metros cúbicos de concreto.

La localización de la obra dificultó su construcción. La topografía y el caudal del río Colorado se sumaron al clima complejo del lugar, en invierno el frío era extremo con vientos de alta velocidad en primavera, pasando a calores en verano con temperaturas de hasta 53 °C a la sombra. Para los meses de julio en los años que duró la obra, la temperatura promedio (día y noche) fue de 42 °C a la sombra.

Crédito: © Tobi 87.

Como labores previas a la iniciación de la construcción de la presa, fue necesario construir un poblado llamado Boulder City, en las cercanías al proyecto. Este poblado incluyó un hospital, un centro comercial, escuelas, bancos y hasta estación de policía, debido a que la obra requirió más de 5.000 trabajadores.

Dentro del equipo usado para ejecutar la obra, hubo uno de gran importancia: un complejo sistema de diez cables aéreos, ubicados estratégicamente, que funcionó a lo ancho del cañón y en una longitud de casi dos kilómetros. Dicho sistema sirvió para manejar gran cantidad de materiales de construcción facilitando la manipulación de equipos y maquinaria. Actualmente algunos de esos cables siguen en funcionamiento y han servido para movilizar cargas de hasta 70 toneladas cuando se ha requerido reparar o cambiar turbinas o generadores en la casa de máquinas.

Crédito: © Jeffrey G. Katz.

El concreto en la Presa

Los más de 4,5 millones de metros cúbicos de agregados pétreos necesarios para la cantidad de concreto se extrajeron de un depósito aluvial que contaba con una extensión de 40 hectáreas ubicado a unos diez kilómetros del sitio de la obra. Para el procesamiento de trituración, clasificación y lavado se diseñó una planta para producir cinco clases de agregados con una capacidad inicial de 300 ton/hora que se podía incrementar hasta 500 ton/hora. Se despachaban cerca de 6.000 toneladas por día en unos 250 carros de ferrocarril. Es importante resaltar que las dimensiones y cantidades para la época eran cifras que no se habían manejado en ninguna obra civil hasta el momento.

Los concretos elaborados para la presa tuvieron resistencias de 2.500 PSI para los masivos y de 3.500 PSI para las secciones angostas, con una relación agua/material cementante de 0.53 y un asentamiento de 3”. Para garantizar la calidad del concreto -pese a la variación de temperatura- se construyó la planta más moderna de concreto hasta esa época, la cual estaba dotada con cuatro ollas premezcladoras, cada una de 3 m3 de capacidad con la opción de expandirse a 6 m3. Cuando esta trabajaba a su máxima capacidad, permitía el despacho de 5,5 m3/min, con lo cual atendía su demanda máxima estimada en 130.000 m3 mensuales trabajando 16 horas al día y 26 días al mes.

Crédito: © Adam Kliczek.

Colocación del concreto

La colocación del concreto masivo representó otro desafío: los ingenieros calcularon que si el procedimiento se realizaba mediante una operación de vaciado continuo, el calor que generaría el concreto demoraría 125 años en enfriarse a temperatura ambiente y la contracción por fraguado sería de tal magnitud que se verían comprometidas la estabilidad y la estanqueidad de la presa.

Por lo tanto, se optó por construir una serie de ménsulas trapezoidales para permitir la disipación del alto calor de hidratación presente. Dichas ménsulas tenían llaves en su perímetro para garantizar la conectividad entre ellas; el área fue variable y se fundían en tramos de 1,50 metros de altura cada 72 horas.

Crédito: © Moviefreaks.

Cada tramo vaciado debió ser refrigerado mediante un sistema que consistía en una retícula de tuberías de acero de 1” de diámetro y espaciadas entre sí 1,50 metros. En total se colocaron 1.072 km de tubería dentro de la masa de concreto por la cual circulaba agua dos veces: la primera al finalizar el vaciado del concreto, y la segunda, que culminaba la refrigeración después de haber hecho circular el agua por una planta refrigeradora que entregaba el agua con una temperatura de 6 °C. La cara aguas arriba de la presa debía enfriarse a 7 °C y la de aguas abajo a 18 °C, calculando con esos extremos la temperatura en zonas intermedias. Para el enfriamiento del agua se construyó una planta que trabajaba con amoniaco, con una capacidad de 600 toneladas de refrigeración, suficientes para entregar un caudal de 8 m3/seg a una temperatura de 6 °C.

Crédito: © Cobolhacker.

La casa de máquinas alberga 17 turbinas principales con una potencia cercana a los 3 millones de caballos de fuerza que permiten una generación de más de 2 millones de kilovatios suficientes para abastecer una población superior a 1,5 millones de habitantes.

Estudiando la calidad del concreto

Debido a que la presa Hoover es un gigante histórico, con el pasar del tiempo se han hecho análisis con el fin de determinar su estado. Dentro de estos análisis, en 1992 durante una evaluación de seguridad a las presas existentes en Estados Unidos, se determinó que existía una deficiencia potencial en la seguridad de la Hoover debido a su altura y a la cercanía con fallas geológicas. Preocupaba que durante un eventual sismo, la parte superior de la estructura amplificara el movimiento, por lo que se procedió a investigar esta posible situación.

Para este proceso, el Bureau of Reclamation fue el responsable en 1994 de la extracción de 5 muestras verticales de la cresta y 4 muestras horizontales tomadas del costado aguas arriba de la presa. Los núcleos de 6 pulgadas de diámetro sumaron una longitud de 43 metros, los cuales fueron empacados cuidadosamente con el fin de preservar su humedad.

Usualmente los diámetros de los núcleos del concreto deben ser de 2 a 3 veces el tamaño máximo nominal del agregado, que en el caso de la presa Hoover es 9 pulgadas, por lo tanto el diámetro mínimo de los núcleos tomados debían haber sido de 18 pulgadas, lo cual habría generado costos elevados y dificultad de extracción. Por lo anterior el Instituto Americano del Concreto (ACI) decidió tomar muestras de 6 pulgadas de diámetro considerando que se tomarían varios núcleos.

Los ensayos realizados a estas muestras incluyeron resistencia a la compresión, módulo de elasticidad y coeficiente de Poisson, ensayo de tracción directa, ensayo de tracción indirecta ensayo de corte directo y falla por deslizamiento friccional.

Los especímenes de 6 pulgadas de diámetro obtuvieron una resistencia a la compresión promedio de 7.230 PSI, lo cual fue significativamente más alto que el valor obtenido para el concreto en masa. Los valores oscilaron entre 5.120 y 9.230 PSI. Los resultados promedio del módulo de elasticidad y coeficiente de Poisson, fueron 6.59 x 106 PSI y 0.21, respectivamente.

Para el ensayo de tracción indirecta, los núcleos verticales y horizontales tomados al concreto sin juntas tuvieron una resistencia de 600 PSI, esto corresponde al 8% de la resistencia a la compresión. A los núcleos horizontales con juntas se le realizó el mismo análisis donde se obtuvo una resistencia de 550 PSI, que corresponde al 92% de la resistencia obtenida en las muestras del concreto sin juntas.

Crédito: Tomada de Hoover Dam 75th Anniversary History Symposium. ASCE.

En cuanto a los ensayos de tracción directa para los núcleos de concreto sin juntas la resistencia fue de 285 PSI para las muestras verticales y 185 PSI para las horizontales, obteniendo valores entre 60 y 420 PSI. Las muestras de concreto con juntas de construcción obtuvieron una resistencia promedio de 290 PSI.

Después de más de 70 años, las juntas de construcción se encuentran fuertemente adheridas y actuando de forma similar al concreto sin juntas. En la parte superior de la presa no existe ningún mecanismo de deterioro que ocasione disminución en la resistencia o en las propiedades elásticas.

Según los datos obtenidos a partir de las muestras obtenidas, se pudo determinar que la estructura se encuentra en perfecto estado y que el concreto de la presa ha seguido ganando resistencia, lo que es común en concreto sin deterioros. Esta conclusión se obtuvo con base en los resultados de la resistencia a la compresión que excedieron los rangos típicos.

Por lo tanto, el Bureau of Reclamation concluyó que la estructura no es vulnerable ante eventos sísmicos de magnitudes importantes.

Nota aclaratoria de responsabilidadLas observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.

«Los más de 4,5 millones de metros cúbicos de agregados pétreos necesarios para la cantidad de concreto se extrajeron de un depósito aluvial que contaba con una extensión de 40 hectáreas ubicado a unos diez kilómetros del sitio de la obra… Es importante resaltar que las dimensiones y cantidades para la época eran cifras que no se habían manejado en ninguna obra civil hasta el momento.»

CONCLUSIÓN

La presa Hoover sin duda alguna marcó un hito en la ingeniería y se adelantó a la época en la que se construyó. Gracias a ella, se desarrollaron nuevas técnicas constructivas que se utilizan en la actualidad.

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