Bajo la denominación de concretos compactados (CCR) se engloba una serie de mezclas de cemento y agregados seleccionados, con un contenido de agua suficientemente reducido para permitir su compactación con rodillos.

Las aplicaciones naturales de esta técnica son aquéllas que pueden construirse en una o varias capas con una gran relación superficie/espesor, es decir, los pavimentos y las presas.

Cabe indicar que en los primeros, el nombre de concretos compactados se reserva para las mezclas con un contenido de cemento del mismo orden que el de los concretos vibrados para pavimentos, entre 280 y 330 kg/m 3 habitualmente, mientras que aquéllas con dosificaciones más reducidas reciben diversas denominaciones: gravas cemento, concretos magros, bases tratadas con cemento, etcétera.

Por el contrario, en las presas se incluyen bajo el término de concretos compactados todos los tipos de mezclas, tanto los de mayor como los de menor dotación de conglomerante.

Después de 10 años de un desarrollo continuo
de la técnica del concreto compactado con
rodillo (CCR), durante los cuales el tamaño
de la presa media de CCR no se incrementó,
en los últimos cinco o seis años éste
ha aumentado rápidamente. En la
actualidad, hay suficiente confianza
en el método, no sólo para la
construcción presas de gravedad
de cualquier tamaño razonable,
sino también para presas arco
y de arco-gravedad.

En ambos casos se trata, en definitiva, de obtener unos materiales que una vez endurecidos presenten características similares a las de los concretos convencionales vibrados, pero en cuya puesta en obra puedan utilizarse los equipos y métodos de construcción de terraplenes y presas de materiales sueltos (motoniveladoras, rodillos, etc.), cuyo rendimiento es muy superior al de la ejecución con cimbra..

No obstante, los concretos compactados para pavimentos muestran unas diferencias muy marcadas respecto a los empleados en presas: a aquéllos se les exige, por ejemplo, que una vez compactados cumplan unas exigencias de regularidad superficial que son irrelevantes en las presas; mientras en estas últimas se imponen unas condicionantes de impermeabilidad, tanto del material en sí, como de las uniones entre las distintas capas, que carecen de importancia en los pavimentos. Por ello, ambos tipos de aplicación deben analizar por separado

Ventajas de las presas de concreto compactado

La amplia aceptación de las presas de concreto compactado se explica por las grandes ventajas de esta técnica, algunas de las cuales se mencionan a continuación.

1) Frente a las presas de concreto convencional:
a) mayor ritmo de construcción (puede llegar a 2- 2’5 m cada semana);
b) utilización a gran escala de equipos convencionales (dumpers, bulldozers, rodillos);
c) como consecuencia de lo anterior, un costo más reducido;
d) extensión por capas de espesor reducido, por lo que se aumenta la seguridad de la obra, al disminuir los
desniveles. El mismo efecto tiene la menor importancia de los trabajos de cimbrado;
e) menor impacto ambiental, al no precisar realizarse excavaciones en las laderas para los blondines.
2) Frente a las presas de materiales sueltos:
a) acortamiento del plazo de ejecución, al colocarse con ritmos similares volúmenes mucho más reducidos
(relación 1:4);
b) aliviadero sobre la presa;
c) conductos de desagüe y tomas más cortas. Torre de toma adosada a la presa y no exenta;
d) desvíos más cortos durante la construcción;
e) como consecuencia de lo anterior, se establece un costo de ejecución comparable y f) menor impacto ambiental, ya que la menor cantidad de materiales requerida conlleva una disminución de los problemas de tránsito, producción de polvo y cicatrices en las zonas de préstamos;
g) soporte de avenidas o vertidos no sólo en servicio, sino también durante la fase de construcción.
Esta última característica pudo comprobarse de forma fehaciente durante la ejecución de la presa de Santa
Eugenia, en el norte de España. En diciembre de 1987, con media presa levantada, ésta soportó dos grandes avenidas que arrastraron varios cientos de metros aguas abajo la maquinaria que no había podido ser retirada, sin que el cuerpo de la presa sufriera daños.
La mayor parte de las presas de concreto compactado son del tipo de gravedad, aunque en algunos países (Sudáfrica y China) se tienen ya ejemplos de presas arco-gravedad, y en China, de presas arco. En todos los casos, el concreto compactado sustituye en el interior de la presa al convencional (es común que, al menos, el paramento aguas arriba se construya con este último).

Sin embargo, el concreto compactado puede integrarse en la estructura de la presa de otras formas, tales como la siguientes:
- refuerzo y/o crecimiento de una presa existente;
- refuerzo aguas abajo de presas de materiales sueltos inseguras, o bien para permitir su desbordamiento;
- cimentación de presas de fábrica;
- relleno de cavidades formadas en las presas de materiales sueltos o en el terreno por vertidos o desbordamientos;
- rellenos para apoyo de estructuras de presas (por ejemplo,
desagües).

Tipos de presas de CCR

A partir de los años setenta, la evolución del concepto de presa de concreto compactado ha seguido varias
vías diferentes:
- presas de mezclas pobres, con un contenido en pasta de 70 a 100 kg/m 3 , y con colocación de mortero de retorna entre capas. Se trata de una alternativa desarrollada por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados Unidos, cuyo primer ejemplo importante fue la presa de Willow Creek (Estados Unidos), finalizada en 1982.Varias presas brasileñas, como la de Jordao, 1996 (85 kg/m 3 de conglomerante), han sido construidas con este tipo de mezclas;

- presas de alto contenido de pasta, con dosificaciones de conglomerante entre 150 y 270 kg/m 3 , con una alta proporción de cenizas volantes. Ejemplos: Upper Stillwater (Estados Unidos, 1987), con más de un mi-llón 125 mil m 3 de concreto y una dosificación de 247 kg/m 3 de conglomerante; Rialb (España, 2000), con 200 kg/m 3 , Beni Haroun (Argelia, 2000), con 225 kg/m 3 .
En general, todas las presas españolas de concreto compactado en servicio en 1995 se encuentran dentro
de esta categoría;

- presas de contenido medio de pasta, con dosificaciones intermedias, entre las de los dos grupos ante-riores. La presa de Les Olivettes (Francia, 1987), con 130 kg/m 3 de un cemento especial), o San Rafael (México, 1994), con 108 kg/m 3 de conglomerante, son realizaciones de este tipo.

A estas categorías habría que añadir otras dos: las denominadas Roller Compacted Dams (RCD), concepto
seguido en las presas japonesas, y las presas hard-fill.

La diferencia de las presas RCD con las anteriormente mencionadas no está en la dosificación de conglomerante (hasta el momento ha oscilado entre 120 y 130 kg/m 3 ), sino fundamentalmente en los paramentos, que son de concreto vibrado tanto aguas arriaba como aguas abajo, y en el método de puesta en obra. Se extienden espesores de 50-100 cm en diferentes subcapas, que se compactan de una sola vez, en lugar de hacerlo con cada una de las subcapas. Antes de realizar la compactación, se practican cortes en el concreto fresco cada 15 m, empleando un cuchillo vibrante, en los que se insertan inductores de grietas. Se asegura la unión entre capas mediante una limpieza cuidadosa de su superficie y la extensión de una capa gruesa (15 mm) de mortero de retorna.

La presa de Shimajigawa (1980) constituyó la primera aplicación de dicha técnica, con la que se han ejecutado hasta el momento más de una docena. El ejemplo más notable es la presa de Gassan (2001), con un volumen total de un 160 mil m 3 entre concreto compactado y convencional. Por su parte, las presas
hard-fill están constituidas por un núcleo de materiales granulares estabilizados con cemento, protegido por un paramento de concreto vibrado, a las que se da una forma especial, con taludes 0,5:1 (H:V), para evitar que se produzcan tracciones incluso en las condiciones dinámicas más severas. Con ello, esta forma de presa resulta muy adecuada para un emplazamiento donde haya condiciones de cimentación relativamente débiles y la carga dinámica sea importante.

El cambio producido desde el CCR magro de bajo contenido de conglomerante de las primeras presas de este tipo hasta el CCR de contenido más elevado de conglomerante de las obra más recientes parece haberse estabilizado, y desde 1992 la proporción de presas construidas de acuerdo con las diferentes filosofías de diseño ha permanecido relativamente estable, tal y como se indica a continuación:
- presas de CCR de alto contenido en pasta (contenido de conglomerante =150 kg/m 3 ), 47.92%
- presas de CCR de contenido medio en pasta (contenido de conglomerante entre 100 y 149 kg/m 3 ), 19%
- presas RCD (como las construidas en Japón), 16.72%
- presas de CCR de bajo contenido en pasta (contenido de conglomeran te ~ 99 kg/m 3 ), 12.9%
- presas hard-fill 1.5%
Se ha producido por tanto una evolución desde las presas de CCR de bajo contenido en pasta construidas a principios de los ochenta hacia las presas de CCR de contenido de pasta medio y alto. Las razones de la misma parecen ser cuatro.

1. Un mayor conocimiento del comportamiento del CCR. Como consecuencia de los ensayos llevados a cabo sobre testigos tomados de presas finalizadas con diferentes tipos de CCR, se ha visto que se puede obtener un excelente comportamiento mediante el uso de contenidos de pasta elevados. Con ello, ha ido creciendo la confianza en el material.

2. El aumento en el tamaño de las presas de CCR. Como consecuencia del tamaño creciente ha surgido la necesidad de mejores propiedades. Los CCR magros han mostrado un comportamiento in situ bastante inferior en cuanto a cohesión y resistencia a la tracción directa que los CCR de contenido elevado en pasta, a los que se atribuye, por ejemplo, el buen comportamiento de las presas españolas.

3. El cambio en la utilización en las presas de CCR. Sólo unas pocas de las primeras presas de CCR se empleaban para producción de electricidad. A finales de los ochenta y comienzos de los noventa se empezaron a utilizar más presas de CCR con esta finalidad, en la cual el agua tiene que ser almacenada en todas las circunstancias.

Esto requiere una mejora en la impermeabilidad del material y una confianza en esa impermeabilidad.

4 Economía. Debido a las mejores propiedades del CCR de alto contenido en pasta con respecto a las de
CCR magro, la sección transversal de una presa de gravedad puede reducirse, especialmente en aquellas zonas donde haya actividad sísmica. A pesar del mayor costo del material, se ha comprobado que el costo total (es decir, volumen x por costo unitario del material, junto con la cimbra de paramentos, etc.) de una presa de CCR de alto contenido en pasta es frecuentemente más reducido que el de una presa equivalente
de CCR magro con coeficientes de seguridad similares.
Parece haber una clara separación de las diferentes filosofías de diseño de las presas de CCR. Así, las RCD se han utilizado casi exclusivamente en Japón; mientras en lo que se refiere a las de bajo contenido en pasta, una proporción importante de las mismas se encuentra en Brasil, donde se ha puesto a punto un método adecuado para las condiciones particulares del país, en el que las cargas dinámicas son muy pequeñas o inexistentes y las puzolanas escasas. Las presas de CCR de alto contenido en pasta son las más usadas.

Conglomerantes
Empleo de adiciones en el CCR en la mayor parte de las presas de CCR construidas hasta la fecha se han utilizado cenizas volantes de bajo contenido de cal. Hay que indicar, por otra parte, que en las presas de CCR la proporción de adiciones, y en especial la de cenizas volantes de bajo contenido de cal, ha sido notablemente más elevada que en las de concreto vibrado tradicional. De esta forma, en paralelo con el desarrollo del CCR, se ha llegado a una mejor comprensión del comportamiento de las adiciones en el concreto, debido principalmente al alto contenido de las mismas. Haciendo uso de esta experiencia, se pueden diseñar los conglomerantes utilizados en el CCR para optimizar el comportamiento tanto del cemento como de la adición. Esta última no debería ser considerada un sustituto del cemento, sino un componente aparte valioso por sí solo y con sus propias propiedades particulares.

El empleo de adiciones en el conglomerante del CCR no sólo presenta ventajas de tipo económico, sino que también tiene como consecuencia un fraguado más lento, lo que a su vez se traduce en un plazo mayor para compactar el material y facilitar la unión entre capas, y en un calor de hidratación más reducido.

Lógicamente, se recurre en cada caso a aquellas adiciones de las que, cumpliendo con las prescripciones técnicas, pueda garantizarse su suministro a un costo razonable, tanto por disponibilidad como por distancia de transporte. En el caso de España, la producción anual de cenizas volantes es del orden de unos siete millones de toneladas, mientras el contenido de cal en éstas, en general, resulta bajo. Por otra
parte, las centrales térmicas que queman carbón se encuentran relativamente bien distribuidas en todo el país.

No es de extrañar, por ello, que hayan sido las cenizas volantes las adiciones más utilizadas en las presas de CCR españolas. Otros tipos, como las escorias granuladas de alto horno, únicamente se han utilizado en dos casos. Hay que destacar que en ambos la mezcla del cemento y la puzolana se realizó en fábrica. En las restantes realizaciones, con una sola excepción, el cemento y la puzolana se mezclaron en obra.

Por el contrario, en otros países la falta de adiciones adecuadas ha obligado a la utilización de materiales menos idóneos, como son las cenizas volantes de alto contenido de cal empleadas en la presa Platanovryssi (Grecia, altura = 95 m, volumen de CCR = 420 000), «finos manufacturados» de algunas presas brasileñas, de los cuales se dan algunos detalles más adelante.
Las dotaciones medias de cemento y adición, según el tipo de presa, son las que se indican en la siguiente tabla.

De acuerdo con los valores de la misma, y teniendo en cuenta:
a) la tendencia al empleo de mezclas de alto contenido de pasta

b) el volumen medio de más de 800 mil m 3 de las presas actualmente en ejecución, puede considerarse, en líneas generales, que cada presa de CCR que se está construyendo supone un consumo de unas 75 mil t de cemento y unas 85 mil t de adiciones.

Combinaciones de puzolanas

Algunas presas francesas de CCR se han construido utilizando conglomerantes que son una combinación de puzolanas (escoria granulada de alto horno, ceniza volante de alto contenido de cal y filler calizo) sin cemento portland.
Cabe indicar que Francia es un país muy avanzado en el aprovechamiento de subproductos industriales y en el desarrollo de este tipo de conglomerantes, los cuales son muy empleados también en obras de carreteras para la estabilización de explanadas y la ejecución de subbases y bases compactadas con rodillo.

Finos manufacturados

Los finos manufacturados se han empleado en algunos países como un filler/ puzolana. Se desarrollaron inicialmente en Brasil, donde hay escasez de puzolanas y donde las presas pueden proyectarse para resistir una tracción muy reducida o inexistente, pues no hay cargas dinámicas. Estos finos han dado buenos resultados en este entorno particular, pero no es probable que sean económicos donde haya una fuente de puzolanas normales a un costo razonable.
Una presa de CCR de calidad necesita...
1.Un diseño simple que permita construir la presa rápidamente, lo que se traduce en calidad y economía.

2.Se debe proyectar con el mínimo de obstáculos para la colocación del concreto. Esto es más difícil que proyectar una presa más complicada.

3. Una mezcla cohesiva que no se segregue durante el transporte, extensión o compactación. Si un CCR se
segrega, las propiedades in situ serán inferiores a las esperadas. Por otra parte, si el CCR es cohesivo, los métodos de transporte y extensión se simplificarán y esto se traducirá de nuevo en mejoras en la calidad y en la economía.

4. Una metodología de construcción optimizada: el método de construcción de una presa de CCR es lineal, y si se produce una falla en cualquier punto de esta línea, desde la producción y el acopio de los áridos, pasando por el eventual enfriamiento de los mismos y la fabricación del concreto, el transporte de este último a la presa, el que se da sobre la presa, la extensión, la compactación, el curado etc., la colocación
del CCR puede detenerse. Muy pocas presas de CCR se han construido hasta la fecha, sin que se hayan
presentado puntos débiles en algún eslabón de la cadena de producción.

BIBLIOGRAFÍA

Hansen, K.D., «Cost of roller compacted concrete versus concrete faced rockfill dams», International RCC Dams Seminar, 6 a 17 de septiembre de 1998, Denver, EUA.
Alonso Franco, M., J. Yagüe y L. Berga, «RCC dams in Spain»
Proceedings, International Symposium on Roller Compacted Concrete
Dams, 21 a 25 de abril de 1999, Chengdu, China.
Forbes, B., Y. Lichen., T. Guojin e Y. Kangning, “Jiangya dam, China.
Some interesting techniques developed for high quality RCC
construction”, Proceedings, International Symposium on Roller
Compacted Concrete Dams, 21 a 25 de abril de 1999, Chengdu, China.
“Presas de concreto compactado”, lECA, Madrid, 1999.
Dunstan, M.R.H., «RCC claros (completed and under construction),
2002». Hydropower & Dams World Atlas & lndustry Guide, 1999.
Dunstan, M.R.H., “The state-of-the-art of RCC claros at the end of
2001”, Proceedings, 2002 lnternational Conference on Roller Compacted
Concrete Dam Construction in Middle East, 7 a 10 de abril de 2002,
lrbid, Jordania.
Shen Chonggang: “Chinese: innovations and experiences in RCC dam
construcction” 22 nd Annual conference, 24 a 28 de 2002, San Diego
California.
*Director técnico de Leca, Madrid, España.
**Director general de Oficemen, Madrid, España,