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Estudios geotécnicos y su necesidad de adaptación a proyectos de energías renovables

La adaptación del estudio geotécnico para proyectos eólicos y fotovoltaicos: condicionantes geotécnicos y propuestas de optimización

Guillermo Galán Martínez; Daniel Montes Medina; Alejandro Fernández Borruel; Enrique Urbina Rosell; Rubén Alonso Criado; Lucia Nogueira Pardal. GHM Consultores

15/02/2019
El terreno es la principal incertidumbre para estimar la viabilidad de parques eólicos y fotovoltaicos. Las continuas mejoras en el diseño han hecho de paneles solares y torres eólicas elementos muy fiables. Sin embargo, explanaciones, caminos, líneas de tensión soterradas y las propias cimentaciones de las torres y paneles interfieren directamente sobre un terreno generalmente desconocido y cuyas propiedades va a condicionar la elección de emplazamientos o incluso la propia viabilidad del proyecto.

Los estudios geotécnicos del terreno han evolucionado para adaptarse a las exigencias de estas novedosas instalaciones y poder ofrecer parámetros de cálculo más específicos focalizando los recursos económicos y técnicos en las necesidades reales del proyecto.

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En este tipo de estudios es muy importante la selección de los equipos técnicos y humanos, no sólo de cara a la experiencia y especialización de los mismos, sino al seguimiento constante por parte de ellos en todas las fases del desarrollo del proyecto.

Una primera idea básica es que los estudios del terreno deben ser realizados por expertos con amplia experiencia en estudios del terreno. En necesario acentuar que se desaconseja dejar las directrices de la campaña geotécnica en manos de los operadores de maquinaria o técnicos no experimentados, ya que todos estos trabajos deben estar supervisados en todo momento por un geotécnico experto, capaz de tomar decisiones, proponer alternativas y dar soluciones inmediatas. Por otro lado, esos expertos de terreno deben tener experiencia en parques eólicos y solares, con criterio suficiente para ajustar los estudios y ensayos de terreno a las necesidades del parque, sin excederse o quedarse corto, lo que finalmente generaría sobrecostos en fases posteriores generalmente de mayor magnitud que el ahorro generado.

En definitiva, es muy importante la selección de los equipos técnicos y humanos, no sólo de cara a la experiencia y especialización de los mismos, sino al seguimiento constante por parte de ellos en todas las fases del desarrollo del proyecto. Es habitual que la irrupción de equipos puntuales desconexos o sin una dirección adecuada lleven a la obtención de una información parcial y en muchos casos mal enfocada que distorsiona la visión real de los condicionantes geotécnicos.

Condicionantes geotécnicos en los proyectos de eólicos y fotovoltaicos

Previamente al desarrollo de los ensayos o reconocimientos de campo es necesario establecer un modelo geológico. Su objetivo es marcar las líneas maestras del escenario geológico donde se prevé el emplazamiento del proyecto. Resulta prioritaria la clasificación de las distintas unidades geológicas en grupos de comportamiento homogéneo que sirva de modelo para proponer los tipos de ensayos y su distribución. Esto que en principio parece irrelevante debe guiar el resto del desarrollo de las investigaciones y del propio estudio geotécnico. Ningún elemento del entorno (vaguadas, barrancos, laderas, rocas, cursos de agua, pendientes, suelos, etc.) ocupa su lugar de forma casual, sino que son la respuesta a un proceso geológico que debe ser identificado, valorado y tenido en cuenta.

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La empresa GHM Consultores (con sus más de 200 proyectos realizados) participa desde las fases previas del proyecto a las finales de ejecución en obra.

Los estudios geológicos de superficie resultan rápidos y económicos y, ejecutados de manera correcta mejoran los resultados y la precisión de la posterior campaña de ensayos se simplifica mejorando sus resultados que resultan más precisos. Por ello, si se procede de forma lógica, las campañas deben comenzar por un estudio geológico que sirva como escenario para el diseño de la campaña de prospecciones. Por desgracia, las campañas de prospecciones se diseñan generalmente sin una evaluación previa del terreno o basándose en criterios no técnicos (distribución poligonal de aerogeneradores, etc.). Es muy frecuente que la investigación se defina de manera genérica, basándose en tipologías estándar de ensayos de campo, sin prestar atención a las condiciones particulares, lo que provoca una utilización ineficiente de recursos y es fuente de tensiones. Este hecho puede derivar en interpretaciones erróneas del marco geológico-geotécnico, originando amplios rangos de incertidumbre que habitualmente suelen resolverse mediante estimaciones al alza y sobrecostes que podrían haberse evitado con anterioridad.

Como ejemplos de utilización ineficiente es habitual enfrentarse a una planificación incorrecta de las profundidades de investigación (investigaciones que no alcanzan la profundidad necesaria para un correcto diseño o que han sido sobredimensionadas), selección incorrecta de las investigaciones a realizar, calicatas en roca, SPT en bolos y gravas, aerogeneradores de 4 MW en espolones (sin considerar la necesidad de una explanación) o situados en el frente de avance erosivo de un torrente, CBR in situ sobre canales de riego (interpretados como caminos), etc.

De esta manera, los estudios de reconocimiento geológico de superficie (previos a la realización de ensayos geotécnicos), así como la supervisión continua de geólogos experimentados durante toda la ejecución de la campaña geotécnica, son fundamentales para optimizar y diseñar la posterior campaña geotécnica, facilitando la toma de decisiones o incluso recomendando determinados cambios de directrices del proyecto.

La redacción de cualquiera de estos estudios debe seguir un esquema lógico y sencillo pero que se modifica y adapta en función de cada fase ejecutada. Las líneas generales deben ser:

1) Informe geológico previo

  • a) Identificar unidades litológicas y estimar propiedades resistentes.
  • b) Identificar riesgos geológicos.
  • c) Propuesta de optimizacion atendiendo a lo observado sobre el terreno.

2) Campaña de ensayos

  • a) Diseñar la campaña de ensayos de terreno y laboratorio.
  • b) Sugerencias para la ejecución de la campaña de ensayos.
  • c) Supervisión experta y orientada.

3) Informe geotécnico

  • a) Resultados de la campaña de ensayos.
  • b) Identificar unidades geotécnicas.
  • c) Cartografía geotécnica final.
  • d) Sugerencias sobre la ejecución de las obras: cimentaciones, líneas, caminos,

Se resumen a continuación algunos de los principales condicionantes geotécnicos que suelen estar asociados a los proyectos eólicos y fotovoltaicos:

  • Cimentaciones

En el caso de cimentaciones para aerogeneradores en parques eólicos, uno de los principales condicionantes es la presencia de terrenos superficiales con baja carga admisible o con riesgos de colapso, lo que obliga a sustituir las cimentaciones directas por cimentaciones profundas o mejoras del terreno (pilotes, micropilotes, columnas de grava, etc.) con idea de alcanzar estratos competentes. Es fundamental en estos casos investigar los parámetros elastodinámicos del terreno ya que estos serán fundamentales para garantizar una correcta cimentación. Un factor a tener en cuenta es la presencia de karstificaciones o la licuefacción de suelos. Este tipo de fenómenos puede afectar gravemente a las cimentaciones.

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Los estudios del terreno deben ser realizados por expertos en la materia.

En el caso de cimentaciones de los paneles solares en parques fotovoltaicos, las cargas aplicadas son menores, por lo que la capacidad portante es menos exigente que la requerida en cimentaciones de aerogeneradores. Sin embargo, teniendo en cuenta el método estimado de cimentación de dichos paneles, existen otro tipo de condicionantes, tales como la presencia de suelos blandos sin resistencia de fuste, así como suelos de resistencia o terreno rocoso, que obligan a la ejecución de una perforación (preforo) previa a la instalación de la pila del panel.

  • Movimientos de tierras

Se trata de uno de los factores más preocupantes, tanto para ingenierías como para desarrolladores de proyectos energéticos, ya que es una partida fundamental en el presupuesto de cualquier obra. Este factor cobra especial importancia en proyectos localizados en zonas de montaña con orografía muy acentuada, como suele suceder en gran parte de los proyectos desarrollados en Japón.

Un estudio detallado permite optimizar recursos, reducir costes y mejorar rendimientos (teniendo en cuenta que el coste de excavación en suelo y roca son notablemente diferentes). En fase de proyecto, existen determinadas técnicas geotécnicas que permiten hacer una fiel estimación de los costes reales que va a suponer adaptar la morfología del terreno a la geometría del proyecto. La ausencia de dichos estudios de excavabilidad puede provocar sobrecostes importantes no previstos en proyecto.

  • Agresividad ambiental química y corrosividad (hormigones y estructuras metálicas)

En ocasiones, la localización geográfica de determinados proyectos implica una exposición a ambientes agresivos, tanto aéreos como intrínsecos a la naturaleza del terreno. Una determinación adecuada del grado de agresividad permite garantizar la durabilidad de los diferentes elementos proyectados, principalmente en cuanto a los componentes de hormigón y metálicos.

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La presencia internacional de la empresa ha permitido a GHM Consultores participar en numerosos proyectos energéticos.

  • Disipación térmica del terreno (soterrado de tendidos eléctricos)

La naturaleza y tipología del suelo suele ser un condicionante importante a la hora de realizar el soterrado de los cableados de distribución eléctrica de una planta energética. Es imprescindible verificar la conductividad térmica del terreno, ya que sus características conductivas/aislantes van a definir el dimensionamiento de cable a utilizar en cada caso.

  • Estabilidad de taludes

El principal condicionante geotécnico en cuanto a la ejecución de taludes en obra es la saturación de agua en el terreno o el mal drenaje del agua subterránea o fluvial, lo que puede derivar en roturas o aparición de zonas de debilidad en taludes. Por otro lado, la intervención en laderas naturales estables formadas por suelos de baja consistencia, puede provocar la desestabilización del material y provocar roturas de talud por movimientos gravitacionales.

La caracterización geotécnica del terreno permite prever con antelación dichos condicionantes, con objeto de realizar un diseño de taludes optimizado, y evitar así los elevados costes posteriores de reparación.

  • Riesgos geológicos (Deslizamientos, licuefacción del terreno, riesgo sísmico, riesgos de inundación, etc.)

Independientemente de las características del proyecto y de la intervención antrópica en el terreno, deben preverse los condicionantes geológicos y naturales que pueden tener lugar en determinados marcos regionales, naturales o ambientales. Una campaña geotécnica deficiente donde no se han contemplado todos estos factores puede derivar en un sobrecoste inesperado o incluso en la inhabilitación de un proyecto energético. Algunos ejemplos de riesgos geológicos que afectan a este tipo de proyectos energéticos son los terremotos en países con reconocido riesgo sísmico (por ejemplo, países de Asia, Centroamérica y Sudamérica, ubicados en el denominado cinturón de fuego); la presencia de zonas con deslizamientos activos; terrenos con riesgo de licuefacción, tales como zonas costeras o lechos de río con saturación de agua; riesgos de inundación en zonas topográficamente desfavorables, tales como zonas de vertientes hidrográficas o fondos de valle, terrenos karstificados, etc.

Supervisión directa, control y seguimiento de campañas geotécnicas. La importancia de un Project Manager experto en geotecnia y personal técnico de supervisión

Ninguna campaña geotécnica de investigación presenta la suficiente fiabilidad si no se encuentra supervisada en todo momento por expertos en geotecnia. Estos, en permanente comunicación con el director de proyecto geotécnico, deben poder asumir las directrices de la misma, desde su fase inicial de reconocimiento del terreno seguida por la campaña de investigación instrumental y su posterior fase de procesado e interpretación de la información obtenida. A posteriori, un seguimiento del proyecto y asesoramiento técnico en fase de obra aporta un valor añadido adicional al equipo de diseño y ejecución. Este seguimiento integral del proyecto es el que aporta la verdadera garantía de confianza y de calidad.

Instrumentación, ensayos de campo y su aplicación específica en proyectos eólicos y fotovoltaicos

El conocimiento de las distintas técnicas y la experiencia en trabajos en diferentes países y regiones, permite optimizar las investigaciones geotécnicas ajustándolas a cada fase del proyecto.

Algo tan importante desde el punto de vista técnico y económico como la utilización de maquinaria, es la realización de una cartografía geológica-geomorfológica (en ocasiones en desuso), procedimiento que se considera clave para entender los condicionantes geotécnicos de cada parcela.

Junto con la inspección técnica y la cartografía geológica-geomorfológica, los ensayos geotécnicos constituyen el otro pilar de apoyo de los estudios del terreno. Es por tanto necesaria la implementación de ensayos que proporcionen datos precisos y específicos.

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El diseño de la campaña geotécnica debe adaptarse a las condiciones técnicas y geográficas particulares de cada emplazamiento, siendo necesario adaptar, optimizar y ajustar los diferentes métodos de investigación más eficaces y resolutivos en cada caso.

A continuación, se hace una breve reseña de las diferentes técnicas y ensayos que GHM Consultores implementa de manera habitual en sus estudios, así como sus principales características y aplicación en proyectos eólicos y fotovoltaicos.

La caracterización de los parámetros dinámicos Go y Eo resulta prioritaria en el diseño de los parques eólicos. La tendencia actual es su obtención mediante ensayos geofísicos de tipo ReMi o MASW que resultan muchos más sencillos de ejecución que los habituales cross-hole o down–hole y son igualmente efectivos en la obtención de resultados.

Respecto al diseño de viales se están introduciendo ensayos de Placa de Carga Dinámica que permiten la obtención instantánea y precisa del CBR in situ del material y su módulo de deformación.

La resistividad térmica evalúa la capacidad de disipación térmica del terreno y resulta muy útil para diseñar la tipología y dimensionamiento de los cables soterrados de media tensión.

En el caso de los parques fotovoltaicos para la definición y comprobación de la capacidad portante del terreno se han introducido los denominados Ramming Test y Pull Out Test que corresponden a ensayos de hinca y arrancamiento.

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Ninguna campaña geotécnica de investigación presenta la suficiente fiabilidad si no se encuentra supervisada en todo momento por expertos en geotecnia.

GHM Consultores. Especialización en el sector energético. Detección y propuestas de solución de condicionantes geotécnicos. La importancia de una asesoría técnica

La ejecución de estos trabajos debe ser realizada por una empresa especializada en todos aquellos aspectos de la ingeniería relacionados con el terreno. Es fundamental que la actividad se desarrolle de forma global y enfocada a proporcionar un servicio que complemente y ayude a los equipos de ingeniería encargados de desarrollar los proyectos. Suele ser frecuente encontrar determinados equipos de investigación geotécnica que realizan un trabajo muy focalizado en aspectos puntuales pero abandonan la visión general de los condicionantes generales del terreno.

La empresa GHM Consultores (con sus más de 200 proyectos realizados) participa desde las fases previas del proyecto a las finales de ejecución en obra, lo que le permite tener una visión global de las peculiaridades de cada sector de la ingeniería (civil o industrial), incorporando todos esos conocimientos en cada fase del proyecto. La principal referencia en el desarrollo de su actividad es la fiabilidad del trabajo y su adaptabilidad y flexibilidad frente a las condiciones particulares de cada proyecto, facilitando una optimización de los recursos técnicos y económicos.

La presencia internacional de la empresa, a través de la implantación de sus sedes en Latinoamérica (Chile), Europa (España) y Asia (Japón), ha permitido a GHM Consultores participar en numerosos proyectos energéticos, adquiriendo así el ‘know how’ y la experiencia requerida en el ámbito de la asesoría geotécnica para proyectos de parques eólicos y fotovoltaicos.

Los diferentes condicionantes geotécnicos asociados a cada región, así como los procedimientos habituales de investigación y normativas específicas locales han permitido a GHM Consultores incorporar a su conocimiento las técnicas aprendidas y las soluciones adoptadas en cada caso, obteniendo una visión geotécnica global y un criterio objetivo y resolutivo para cada proyecto.

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