presas de tierra y roca en mexico
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L
E PRESAS DE TIERRA Y ROCA EN MEXICO
E Ppr Aurelio Benassini *
1•
11 - INTRODUCCION.
La construcción de presas de almacenamiento es un reto a
[ la ingeniería para vencer las fuerzas de la naturaleza, conside-
rando como tales:
- El régimen errático de los ríos, principalmente aqué -
lbs en los que sus cuencas se encuentran dentro de la
trayectoria de los huracanes.
- El ambiente geológico variado y muchas veces desfavo -
rable.
- Las características sísmicas de algunas regiones.
El tratar de dominar las fuerzas de la naturaleza, impli-
ca una tarea en la que el hombre participa con sus conocimientos
y experiencia, aplicando la ciencia y tecnología, en las diferen -
tes ramasjueTntervIenen en el proceso de desarrollo de estas
obras.
* Jefe del Consultivo Técnico de la Secretaría de Agri - cultura y Recursos Hi&aulicos.
2
La construcción de grandes presas en México se remonta a
la época colonia, la cual tuvo como finalidad resolver diferentes
necesidades de esa épóca, destacando como la mayor obra realizada,
la Presa Taramatacheo, que se construyó en el año de 1550 para
formar el vaso de Yuriria., sobre el Río Lerma, con capacidad de
200 millones de m3, y cuyo objetivo fue el riego. Es a partir de
la tercera década del presente siglo en el año de 1926, cuando se
inicia en México la construcción por la vía institucional de gran
des presas de almacenamiento, las cuales se destinan para fines
múltiples, tales como el riego de grandes extensiones de terrenos
agrícolas, agua potable y para usos industriales, desarrollo hidro
eléctrico y control de avenidas, como protección contra inundacio-
nes. Esa construcción ha estado encomendada a diferentes dependen
cias especializadas del Gobierno Federal, primero con la creación
de la Comisión Nacional de Irrigación, cuyas funciones duraron de
1926 a 1946, y que posteriormente fueron continuadas y ampliadas
a través de la Secretaría de Recursos Hidráulicos en los años de
19147 a 1976. A partir de 1977 la Secretaría de Agricultura y Re-
cursos Hidráulicos tiene entre sus atribuciones la construcción de
grandes presas, mismas que también vienen desempeñando la Comisión
Federal de Electricidad desde el año de su fundación en 1937, aun-
que primordialmente con fines de generación eléctrica.
Es digno de mencionarse, que la construcción de estas obras
básicas, debe continuarse en el futuro en forma creciente para ao
yar el desarrollo agrícola, industrial y urbano del país, debido al
Í
incremento demográfico y la multiplicación de usos y demandas re-
lacionadas con las funcionescrue este tipo de obras cumplen.
La experiencia de los ingenieros mexicanos aplicable al
estudio y construcción de presas, era limitada en la época en que
se inició esta actividad en la República, por lo que se recurrió,
enel año de 1926, a contratar una empresa extranjera de reconoci
da capacidad. Simultáneamente con el desarrollo de lasprimeras
1 obras, se fueron formando y adiestrando ingenieros mexicanos capa
citados en esta especialidad, lo que produjo como resultado, que a
partir del año de 1931, todas las actividades relacionadas con la
construcción de presas ha estado a cargo de ingenieros mexicanos.
-
Son dignos de mencionarse, por ser los iniciadores de esta noble
tarea, a los Ingenieros Andrew Weiss, Antonio Coria y Max W. King,
quiénes contribuyeron con sus conocimientos y gran experiencia, a
formar las primeras generaciones de ingenieros especialistas en
esta rama, lo que ha permitido, a través de los años, desarrollar
una tecnología propia, apoyada en la continuidad de acciones a
cargo de las nuevas generaciones de ingenieros que han interveni-
do a través del tiempo. Esta mística de trabajo formada en el pa- IR
sado, ha permitido lograr los objetivos alcanzados en la construc
ciónde presas y es de esperarse que las nuevas generaciones de
áw ingenieros sigan tan loable ejemplo.
2.- TIPOS DE PRESAS
la En los últimos 55 años se han construIdo en México 451 -
grandes presas de diferentes tipos como se muestra en la ta -
Lwi
14
FT
bla. 2.1. Como puede observarse, el tipo de presa que más se ha
[
construido son las de tierra y roca (TE) las que para fines de
clasificación, según la Comisión Internacional de Grandes Presas
(C. I. G. P.), abarcan las presas de materiales graduados, las
cuales están constituIdas por un núcleo de arcilla compactada,
protegido con filtros de grava y arena, seguido de respaldos per-
[
meables y roca en los paramentos exteriores para defensa contra
efecto de erosión por lluvia y oleaje1 También comprenden a las
presas homogéneas, las cuales se construyen Principalmente de ar-
[ cilla compactada, con una protección de roca en sus paramentos
exteriores. (Fig. B. En la Tabla 2.2 se indican algunas de las
[
principales presas del tipo de tierra y roca que se han construIdo
en México.
[ Las razones principales por las que se construye con ma-
yor frecuencia este tipo dpresas1 obedece en primer lugar a la
[ economía que se consigue, debido a que en la construcción se uti-
lizan los materiales que se encuentran próximos al sitio donde se
E emplaza la obra y en segundo lugar, a que este tipo de presas se
adapta mejor a las condiciones geológicas del sitio, las que por
lo general son desfavorables principalmente si se trata de presas
cimentadas en rocas blandas.
[ Desde principios de siglo y hasta el año de 1914o, la cons
1 1
5
trucción de presas de tierra y roca estuvo limitada en cuanto a
su altura, tanto por el estado de los conocimientos como por los
equipos de construcción disponibles. En esa época el diseño de
presas era completamente empírico, por lo que la altura de las
mismas no llegó a 50 m. id
Durante el período comprendido entre los años de 1940 y
1960, que fue el de mayor actividad, se construyeron numerosas
presas de tierra y roca, con alturas hasta de 90 m. Para su di-
seño se tomó en cuenta una disciplina nueva de la Ingeniería, la
Mecánica de Suelos, y se instalaron por primera vez instrumentos
para observar los movimientos verticales, tanto superficiales co-
mo dentro del cuerpo del terraplén.
A partir del año 1960, es cuando se hace un esfuerzo en
México para observar el comportamiento de 1asresas durante su
construcción, mediante la instalación de una instrumentación ade-
cuada, siendo las primeras de ellas, El Infiernillo y Netzahual-
cóyotl, ambas con alturas del orden de 140 m. A partir de la dé-
- cada de 1970, se da un paso de mayor importancia en este arte,
con la construcción reciente sobre el río Grijalva de la presa
Chasén, con altura de 264 m.
Es importante mencionar que por su altura, Chicoasén
!
el
bó
ocupa el tercer lugar dentro de las presas de tierra y roca más
altas del mundo, como se ilustra en la tabla 2.3 y es la primera
-
en su tipo, que soporta una presión hidrostática igual a la de su
diseño, al término de la construcción.
Conviene hacer notar que la contribución de México duran-
te los 55 años de construcción de presas ha sido importante, tan
to por la experiencia que se ha adquirido, como por los avances
tecnológicos realizados en las ramas de la Hidráulica, la Mecáni-
ca de Suelos y de Rocas. Es digno de mención el adelanto logrado
en los equipos para determinar la resistencia y compresibilidad
de los suelos granulares formados por arenas, gravas o fragmentos
de roca, para lo cual en el año de 1949 se construye en la extin-
ta SRH una cámara triaxial de 15 cm de diámetro, y en el año de
1
1964, la C.F.E. desarrolla un equipo triaxial de deformación pla-
na para probar especímenes de grandes dimensiones con pres4ones
confinantes máximas de 25 kg/cm2.
No debe pasarse por alto que las presas a las que se ha
hecho mención, están consideradas como "grandes resas"1 las cua-
les tienen alturas superiores a 15 m y sólo en unas cuantas, por
condiciones muy esecia1es, con alturas comrenctidasentre 10 y
15 m. También en México como en otras partes, las presas peque-
ñas o bordos que se construyen sobrepasan con creces el número de
7
hw
E las grandes presas. Para dar un ejemplo de lo anterior, en Méxi-
E co se tienen registradas 1284 presas con capacidad superior a me-
dio millón de metros cúbicos, de los cuales 451 son consideradas
como grandes presas según la (C.IIGIP). y no se tiene el número
de bordos, pero se estima que son varios miles, En un inventa-
rio llevado a cabo en los Estados Unidos de Norte América, en el
1 ao de 1981, muestra que en ese país, existen 68 000 presas en
I operación, de las cuales únicamente 5 000 son consideradas como
grandes presas.
3.- COMPORTAMIENTO DE PRESAS
E Algunas de las grandes presas construidas de diferentes
tipos, han sufrido incidentes, que en casos específicos, han ile-
1 gado a la falla total de la presa, o bien se ha Presentado un ac-
cidente que ha requerido reparación formal para garantizar la se-
1 guridad de la estructura.
Diferentes autores han observado cuales han sido las cau-• sas más importantes de ocurrencia de estos incidentes. Para te-
ner una idea de lo anterior, en la tabla 3.1 se resume esta infor
mación.
La Comisión Internacional de Grandes Presas, también ha
km
obtenido una estadística de los incidentes ocurridos a diversas
L presas construidas en el mundo) lo anterior se muestra en la ta-
bla 3.2. Como Puede observarse, las presas que han sufrido mayo-
res incidentes, corresponden a las del tipo de tierra y roca, y
le sigue en orden de importancia las presas de gravedad. 1...
Según la Comisión Internacional de Grandes Presas, los 111
cidentes que más ocurren en las presas, corresponden a:
Desbordamiento.
El desbordamiento de la presa puede ocurrir por la insufi
ciencia en la capacidad del vertedor de excedencias, o mala ope-
ración del mismo. También puede deberse a falta de conservación
de las compuertas o de los mecanismos elevadores o bien por falta
de suministro de energía eléctrica para su operación.
[ Erosión Interna.
Sigue en importancia la erosión interna o tubificación..
L que en la mayoria de los casos puede ocurrir a través del desplan
te de la presa, o de sus empotramientos, por un tratamiento ina-
decuado de su cimentación o bien por tubificación a través del
propio terraplén.
E Deslizamiento.
• Por último, el deslizamiento es otra de las causas impor-
Lw
1.
tantes de que ocurra un incidente, pudiéndose presentar en los
[ propios taludes de la presa durante la construcción del terra-
plén, en el primer llenado, o bien, por la acción de un sismo
otra causa puede ser motivada por la presencia de suelos blandos
en la cimentación, y por último, el deslizamiento de las laderas 'u
hacia el embalse.
E [ En nuestro país, no se ha llevado a cabo una estadística
completa de todos los incidentes que han ocurrido en las grandes
[ presas o bordos sin embargo, como ejemplo de que los tipos más
comunes de incidentes mencionados por la C.I,GIP. también han ocu
( rrido en México, a continuación se mencionan algunos ejemplos:
Por desbordamiento.
La Presa "Cárdenas" construida a principios de siglo en
San Luis Potosí, para suministro de agua al ferrocarril.
Por Erosión Interna.
p
La Presa "Guadalupe" Méx. construida inicialmente en el
año de 1936, en la cual se presentó en dos ocasiones tubificación
[
a través de su cimentación que consiste en un depósito de suelos
blandos. Se reparó esta estructura en dos ocasiones, encontrándo
E
10
se en operación normal en la actualidad.
La Presa "La Laguna", Hgo., construida en el año de 1912, p
que después de 60 años de tener una filtración a través de su ci-
mentación, falló en forma súbita. Esta presa fue reparada y se
encuentra en operación.
E La Presa "La Escondida" en Tamaulipas, de 12 m de altura
que en un llenado imprevisto durante la construcción, sufrió una
erosión interna muy importante en el terraplén, motivada por el
efecto de saturación de las arcillas dispersivas. Esta presa fue
reparada y se encuentra en operación.
[ Por Deslizamiento,
a) En los taludes dela presa,
E La presa "Santa Ana", Hgo, construIda a principios
- del siglo, que falló súIitamente el año de 1952.
• La Presa "La Calera", Gro, que sufrió el desliza-
miento parcial del talud de aguas arriba durate
el sismo de 1964, -
[ La Presa "Necaxa", Pue, que se construyó a princi-
1 1 -
11
ho
- p105 de siglo por el procedimiento de relleno hi-
drulico, deslizándose súbitamente el talud de
aguas arriba durante la construcción.
b) En los suelos de la cimentación.
El Dique de la Presa "El Estribón", Jal. que se
construyó sobre una capa de arcilla, la cual al sa
r turarse provocó el deslizamiento del talud de aguas
abajo, 20 años después de haber sido construida la
estructura. Este Dique fue reparado y se encuen-
tra en operación1
1 ! c) En las laderas.
En la Presa "Santa Rosa", Jal. se detectó un des-
1 lizamiento de la ladera de la margen derecha por
efecto de la saturación del embalse. Este macizo
1 rocoso esta debidamente instrumentado y en estudio,
r para tomar las medidas que eviten el deslizamien-
to del mismo.
It — EXPERIENCIAS EN VERTEDORES Y CIMENTACION DE PRESAS.
La experiencia en el diseño y operaciónce los vertedores
así como el tratamiento de la cimentación, son dos aspectos que
merecen especial atención para la seguridad de las presas, por
1
12
1..
1! lo que se presentan algunos comentarios relacionados con estos te
mas.
4.1 Vertedores de Excedencias.
Como ya se mencionó, una de las causas de fallas o acciden
tes de las presas se debe al desbordamiento, el cual está
ligado con la obtención de la avenida máxima probable, con
el diseño de los vertedores y con la operación y conserva-
ción de los mismos. Dentro de este campo, la hidrología
es básica, ya que en nuestro país no se ha dispuesto de in
formación hidrometeorológica fidedigna que comprenda un
amplio periodo de tiempo para definir en forma confiable
L la avenida máxima probable de diseño de los vertedores de
excedencias. Para este fin, se necesita conocer el gasto
máximo, el volumen y la forma de la avenida, que son los
parámetros más importantes que deben intervenir en este
r estudio.
1 r 4.1.1.- Hidrología.
1 r A partir del año de 1926se leha dado importancia a la
observación del régimen de escurrimiento de los ríos y
las prec iitaciones correspondientes estableciéndose
II
II
13
199
gradualmente, una amplia red de estaciones hidrométricas
[ y meteorológicas, pero hasta la fechad la información to-
davla es insuficiente para apoyar en forma confiable el
estudio de la capacidad de descarga del vertedor.
L Actualmente, en el mejor de los casos se cuenta con regis
( tros del régimen de una corriente que abarca períodos de 20 a LjQ
[ años, siendo muy común, especialmente para cuencas medianas y pe-
queñas, que esta información llegue a ser nula.
L
Las estimaciones de la avenida máxima probable efectuada
para las primeras presas construidas a partir de 1926, fueron úni
camente artjlricas, aplicando fórmulas publicadas en los manuales,
E por información de cuencas vecinas o bien aplicando el método ra-
[
cional, considerando la precipitación máxima que pudiera regis-
trarse en cuencas similares, el área de cuenca propiamente dicha
[
y un coeficiente supuesto de escurrimiento, para determinar su va
br más conveniente.
E Como ayuda para tener mayor información en la determina-
ción de la avenida máxima, a partir del año de 1960 se han utili-
zado las envolventes de gastos unitarios por km2, obtenidas con
las avenidas máximas registradas en diferentes cuencas del país
E sin embargo, esta información aun cuando útil, debe tomarse con
1 111
14
'!
1I
reserva, debido al corto Período observado.
Al tomar en cuenta la información anterior, basada en
avenidas máximas históricas para estimar en forma preliminar la
avenida de diseño, debe recordarse el principio básico relativo
a la información hidrológica disponible "Toda avenida máxima que
ha ocurrrido en el pasado en una cuenca, con toda seguridad será
excedida en el futuro" (Principio Creager).
Actualmente, como se dispone de mayor información hidro-
meteorológica, la predicción de las avenidas máximas probables se
realiza en algunos casos aplicando los siguentes criterios:
Mediante análisis de frecuencia, utilizando las
avenidas máximas históricas y aplicando los méto-
dos estadísticos.
Mediante el empleo del método que relaciona la
precipitación con el escurrimiento, considerando
la magnitud de las tormentas máximas específicas
regionales, para transponerlas a la cuenca en las
condiciones más desfavorables y Poder deducir el
hidrograma de la avenida máxima probable.
1
L
J Tratándose de presas de importancia se ha seguido el cri-
¿1 I 1
LL4 2
hi
15
terici de considerar para la avenida máxima probable de diseño un
[ período de retorno de 10 000 años, con el exclusivo objeto de pro
teger la propia obra. L..
A continuación se menciona un ejem10 de los problemas
que se han presentado en la selección de la avenida máxima proba -
[ ble, La avenida máxima probable considerada en el diseño prelimi -
nar de la presa Internacional La Amistad, fue de 33 000 m3/s en
el año de 1954 se registró una avenida extraordinaria de 33 000 m3/s
que fue la mayor registrada en este río desde el año de 1924. Lo
anterior obligó a incrementar la avenida de diseño hasta
511 000 m3/s.
El ejemplo anterior y muchos otros que se han tenido, mdi
canla necesidad de considerar factores de seguridad amplios en la
determinación de la avenida máxima probable y la conveniencia de
revisar la magnitud de las avenidas ya establecidas en forma perió
dica, a medida de que se disponga de mayor información hidrometeo-
rológica. Además, es necesario considerar con generosidad la obten
ción del bordo libre, para tener en cuenta el efecto de oleaje, la
posibilidad de ocurrencia de una avenida -ínayor, así como también
la ocurrencia de sismos.
14.1.2. Tipo y Funcionamiento de Vertedores.
L El comportamiento de los vertedores es de gran importancia
por estar estrechamente ligados con la seguridad de la -
16
presa. Los dos tipos de vertedores que más se han utili-
zado en México se muestran en la figura 2 y son las si-
guientes:
- El de cresta fija, ya sea recta o curva en forma de
abanico con su descarga a un canal de conducción pro-
visto de un disipador de energía hidráulica. El ver-
tedor en forma de abanico fue desarrollado durante la
década de 1930 en los laboratorios de hidráulica de la
extinta Comisión Nacional de Irrigación,
1 - El de compuertas con su descarga a un canal abierto o
bien a túneles, provistos en el final de un disipador
de energía hidráulica que generalmente consiste en un
i salto de sky,
1 Se tienen numerosos ejemplos de estos dos tipos de verte-
dores, por lo que se refiere al gasto de descarga o por las dimen
¡ni
siones de sus compuertas, destacándose por su importancia los que
se mencionan en la tabla 412,1. Es importante indicar que en
México, todos los vertedores son ensayados en modelos hidráulicos
antes de su construcción, lo que permite, entre otras cosas, me-
iorar su funcionamiento hidráulico,
E
17
bw
De acuerdo con la tendencia mundial, que se refleja tan]-
bién en México, de construir presas cada vez más altas, se ten-
drá la necesidad de seguir construyendo vertedores que en su con
ducción y descarga tengan altas velocidades, las cuales pueden
ser superiores a 20 m/s, lo que propicia una alta concentración
de energía. Lo anterior significa problemas importantes durante
su operación, como ha ocurrido en varias presas de gran altura en
el mundo, sea cualquier tipo de descarga del vertedor que se con-
E sidere, en canal abierto o bien túneles, los cuales descargan a
su vez en tanques disipadores de energía hidráulica o en un salto
de Sky.
En nuestro país, las velocidades máximas de diseño se han
E tratado de limitar a 40 m/s y a pesar de esta precaución, se han
I presentado Problemas por efecto de fenómenos de cavitación y ero-
sión principalmente.
1 En general, el comportamiento de estructuras y vertedo-
res con altas velocidades de descarga, constituyen un motivo de
-
investigación en todo el mundo, ya que en los modelos hidráulicos
convencionales no es posible, Por ahora, detectar fenómenos de
cavitación, erosión y fluctuacfonesdepresiones hidrostáticas ó
bien el efecto de la turbulencia.
A continuación se presenta el comportamiento de dos ver-
tedores de excedencias de gran capacidad de descarga y alta velo-
cidad en su conducción y amortiguamiento hidráulico, que han su-
frido deterioros durante su operación, con gastos inferiores a
los máximos de diseño,
En el vertedor de la Presa Infiernillo, que se muestra en
la figura 3, durante su operación en el año de 1964, se produje -
ron, en el codo de aguas abajo del túnel 5 y en una longitud de
40 m, erosiones en el revestimiento de concreto sim1e del túnel
y en la propia roca, como se muestra en la figura LI.
La descarga durante el año de 1969, del vertedor de ser-
vicio de la presa Netzahualcóyotl, (Mal Paso) (Fig, 5) que fue
del orden de 3 000 m3/s y con una duración de varios días, produ-
jo daños importantes a la estructura amortiguadora de energía al
lÍ desprenderse y levantarse una área considerable de las losas de
concreto del revestimiento, que pesan 720 toneladas cada una.
(Figura 6).
14.2 Cimentación.
Por 1oque se refiere al tratamiento de la cimentación,
la experiencia demuestra que esta actividad es por hoy "Un Ár
1 te" en el que interviene sin lugar a dudas la disciplina
19
de la Geotecnia, incluyendo ésta la Geología y la Geohi-
drologla regional, complementada con la experiencia y el
sentido común.
De acuerdo con los datos estadísticos mostrados, se dedu-
ce que otra de las causas de que ocurra un incidente, es la ero-
sión interna o tubificación a través de la cimentación, incluyen-
Edo los empotramientos o bien por el cuerpo del terraplén.
Para evitar esta posibilidad de falla se requiere conocer
la geología estructural detallada del sitio, con objeto de detec-
tar los accidentes geológicos principales, como fallas, fractu-
ras, discontinuidades y en general la permeabilidad de la roca y
en forma muy especial tratar de conocer los "detalles geológicos
menores", como los llamó el Dr. Terzaghi, los cuales solamente
pueden detectarse durante el proceso de construcción.
La experiencia en México ha demostrado que el tratamiento
adecuado para la cimentación de una presa, independientemente de
FE
los estudios previos solamente puede realizarse durante el oro-
ceso de construcción, para adaptar la obra a las condiciones geo-
lógicas reales dei - sitio. 1..
E De las formaciones geológicas más comunes en México que
'2' bu
cubren una ¿rea importante de nuestro territorio y que plantean
mayores problemas para la cimentación de presas, especialmente
en lo que respecta a erosión interna o permeabilidad del sitio
y también del vaso, son las calizas del cretácico y las rocas íg-
neas volcónicas del Terciario, pero principalmente del Cuaterna-
rio (Pleistoceno al Reciente).
L Las calizas en nuestro País presentan por lo general ca-
vernas y conductos de disolución tanto en la propia cimentación,
como en los empotramientos, independientemente del grado de su pu
reza química, de sus condiciones estructurales o de la posición
de los niveles de saturación de las aguas subterráneas. Las di-
mensiones de las cavernas, su forma y abundancia, dependen de
las condiciones locales de la estructura geológica, que general-
u mente concuerda con fracturas, fallas ó planos de estratifica-
ción. Estos accidentes geológicos pueden estar abiertos parcial-
u mente o bien rellenos por arcillas, manganeso u otros materiales
inestables. En general, su presencia motiva nunierosos proble-
mas, principalmente de permeabilidad de la roca de cimentación
-
de la boquilla y del propio vaso, situación que se agrava si los
niveles de agua subterrónea son profundos.
hw
Sin embargo, por los graves inconvenientes que plantean
E rara la construcción de presas estas formaciones. México se ha
21
visto obligado a aceptar estos sitios, construyéndose con éxito
numerosas presas, dentro de las cuales se destacan las indica-
das en la Tabla 4,2,1.
Por su estado de cavernosidad, la presa Benito Juárez,
es la que ha presentado hasta la fecha los mayores problemas en
el tratamiento de su cimentación. Esta presa entró en operación
en el año 1961, tiene 85 m de altura y se construyó sobre una
formación caliza de alta carsticidad. El tratamiento consistió
básicamente en limpias exaustivas tanto en su cimentación como en
los empotramientos, complementado con dentellones profundos y una
pantalla de inyectado en los empotramientos se excavaron galerías
para tener un mejor conocimiento de la geología, detectándose nume
rosas cavernas, algunas rellenas parcialmente con manganeso. En
estas galerías se aumentó la Pantalla de inyectado, se rellenaron
las cavernas con concreto simple, (3 000 m3) y se estableció un
sistema de drenaje. Con las medidas descritas, la presa ha fun-
cionado en forma satisfactoria.
Las rocas ígneas efusivas volcánicas del Terciario, pero
principalmente déT Cuaternario, las cuales cubren amplias áreas
en nuestroyaí sonlas competitivas de las rocas calizas en
cuanto a dificultades de tratamiento de cimentación, están forma-
das Por materiales eyectados de aparatos volcánicos, que al sol!-
e. 22
E pl
dificarse dan lugar a rocas de estructura densa o porosa, fractu-
radas por efecto de enfriamiento y tectonismo, las cuales frecuen
temente son permeables y muy heterogéneas, Otros materiales eyec
tados son los piroclásticos formados por cenizas, arenas o lapi
lii, con coladas de lavas y otros productos de erupción volcánica hw
ue también dan por resultado formaciones rocosas heterogéneas y
[ de alta permeabilidad. En estas formaciones es difícil predecir
su comportamiento desde el punto de vista de permeabilidad, tanto
çjp la boquilla como del vaso.
Por las mismas razones indicadas para las formaciones ca-
[ lizas, en México se han tenido que construir presas desplantadas
en rocas volcánicas del Terciario o del Cuaternario, que posible-
mente presentan mayores problemas que las cimentadas en formacio-
nes calizas por su hetereogeneidad) en la Tabla 4.2,2 se mencio-
nan algunas presas construidas en formaciones volcánicas.
t [ Como ejemplo de lo anterior en la presa El Bosque, Mich,
se observaron filtraciones del orden de 8.5 m3/s, las que se redu
ieron a 2.5 m3/s después de un tratamiento que consistió en una
pantalla de inyectado.
LLos problemas de erosión interna o tubificación pueden
originarse durante el primer llenado o gradualmente con el tiempo
1 1
23
estos fenómenos pueden ser motivados por la emigración de par-
tículas finas, tanto de los materiales de la cimentación como del
propio terraplén,para lo cual deben tomarse oportunamente las
medidas adecuadas para garantizar la seguridad de la presa.
Hasta el año de 1940, en México fue común, para protec-
ción contra erosión interna, construir solamente trincheras de
arcilla o dentellones de concreto en el desplante del núcleo im-
permeable y una pantalla de inyectado. Este procedimiento moti-
va la posibilidad de tener gradientes hidráulicos altos en el ces
plante de la presa, sobre todo en rocas fracturadas. Es impor-
tante mencionar que durante esa época, no se daba importancia a
la protección con filtros.
Las experiencias obtenidas hasta el presente, han dado lu
gar a que en los trabajos de cimentación correspondientes al des-
1
plante del núcleo impermeable, se sigan en la actualidad crite-
rios mas conservadores a los aceptados en el pasado, tratando de
E mejorar todo el desplante del núcleo impermeable mediante limpias
exaustivas, complementadas con un tratamiento dental e inyectado,
pero principalmente en los sistemas de fallas y fracturas o caver-
nasEnTtaactualidad se le ha dado especial atención a la nro-
E
tección contra erosión interna mediante la colocación de filtros
selectos,
24
E En los empotramientos, estos trabajos requieren mayor
atención para evitar el problema de inestabilidad de los talu-
des o de filtraciones, en virtud de que no tienen defensas contra
la erosión interna. En algunas ocasiones, ha sido necesario la
construcción de galerías que pueden utilizarse para completar la
exploración geológica del sitio, y posteriormente para inyectado
1 de una pantalla profunda y drenaje.
413 Protección del terraplén.
Otra de las causas de falla consiste en la erosión inter-
na o tubificación a través de los materiales del terra-
- plén, para lo cual, es indispensable proteger la estructu
ra contra este riesgo1 Para este fin, se ha seguido la
práctica de colocar zonas de filtros en seguida del nú-
1
cleo, después una zona de transición y por último los res
paldos de roca. Algunas presas en México se han cons-
1 truído con respaldos en su totalidad de grava y arena
bien graduada, tanto aguas abajo como aguas arriba, ense-
guida del núcleo estas estructuras se consideran muy se-
guras contra el efecto de erosión interna. Como ejemplo,
puede citarse la presa Mocúzari, que fue la primera en es
te tipo.
En las presas de tipo homogéneo, la protección contra
25
ru
efecto de erosión interna del terraplén se ha tratado de lograr
[ mediante la colocación de un filtro dren, en forma de chimenea, ti
po Terzaghi, a través del cuerpo de la presa, mejorando de esta
manera también su estabilidad. Se tienen varios ejemplos de estas
estructuras, entreotros puede mencionarse el dique No. 2 Netzahual 1
cóyotl y las presas de la Cangrejera y Chicayán.
5.- COMENTARIO FINAL.
r Los estudios, la construcción y operación de las presas de
tierra y roca, realizados con profesionistas no calificados, siem-
re estará sujeto a riesgos en cuanto se refiere a su seguridad,
razón por la cual, se requieren profesionistas altamente experimen
tados para realizar estas actividades.
La posibilidad de falla por desbordamiento, puede ser por
E muchos años un motivo de preocupación, en virtud de que en la ac-
tualidad todavía no se tienen suficientes datos hidrometeorológi-
L cos por lo que es necesario elegir con márgenes de seguridad am-
plios los parámetros de las avenidas de diseño aun cuando estos
resiten superiores a los realizados con análisis numéricos. En
• las tuerToas donde se tengan presas con vertedores equipados con
compuertas se necesita incrementar la red hidrometeorológica pa-
[ ra la predición de las avenidas, con objeto de prever con antici-
26 1
pación la operación de las compuertas. En las presas que tenqan
[ derrames frecuentes ) es muy deseable que se construyan dos verte-
dores con dos canales de conducción independientes, para facili-
tar tanto su operación como su reparación, cuando ocurra un acci-
dente.
E - La seguridad de las presas requiere vigilancia frecuente
Po
ya que según la experiencia mundial) a medida que transcurre el
tiempo, Puede en algunos casos disminuir su seguridad, especial-
mente por efectos de erosión interna y degradación de las propie-L
dades mecánicas de los suelos.
[
En las últimas décadas, se ha dado importancia a la ms-L trumentación de las presas, lo que ha Permitido que en muchos ca-
r sos Pueda ajustarse el diseño de la obra durante su construcción.
También ha servido la instrumentación rara detectar con oportuni-
[ dad un mal funcionamiento de la estructura, o bien para conocer
su comportamiento durante su vida útil. Esta práctica es de es-
perarse que continúe en el futuro para contribuir a la seguridad
de las presas y mejorar el conocimiento del "Estado del Arte" en
su diseño y construcción.
No debe pasarse por alto en las presas el estudio deta-L Hado de los Diques, ya que por lo general, éstos quedan ubicados
1 1
27
ho
en zonas geológicamente débiles y en sitios apartados,
1 Por último, deseo expresar una inquietud personal que se
relaciona con el diseño, construcción y conservación de pequeñas
hw presas o bordos, cuya importancia radica, no en la magnitud, sino
en el gran número de obras, que excede ampliamente al de las
grandes presas, pero que, en razón de su pequeñez, muchas de ellas
I han sido construidas sin seguir previsiones ni técnicas adecuadas,
lo que provoca riesgos considerables. pp
Un caso bastante común, es el de aquéllas pequeñas presas
— o bordos que han sido construidos en forma escalonada dentro de
P una misma corriente, pues al sobrepasarse la capacidad de uno o ms
de los vasos en la parte alta y producirse el colapso de una estruc
U tura, la avenida que se origina, puede arrastrar y destruir las
obras construidas aguas abajo.
Esa condición es particularmente peligrosa, ya que puede
ocasionar la pérdida de vidas y bienes, cuando existen poblaciones,
instalaciones o terrenos productivos, en las cercanías de los cau-
ces.
Señoras y Señores
Los conceptos mencionados en la exposición que me permití
wé
á.
1! presentar a ustedes, no he pretendido abarcar en forma exhaustiva
[ el tema tratado, sino solamente destacar aquellos aspectos que, a
mi juicio, representan un interés general, pues como dije al ini-
ciar la presentación, sólo aspiro a servir mejor a mi pals y ser
útil de alguna forma a la sociedad y a los profesionales de la in- i.
geniería, cuyas nuevas generaciones tienen antesi'el gran reto ce
[ dar satisfacción a múltiples demandas y necesidades aún insatisfe-
[ chas en nuestro país, condición que nos obliga a redoblar esfuer -
zos para alcanzar la meta de progreso y de bienestar colectivo que
todos deseamos.
km
u f E
:4
11 u 1
TPBLA 21
¡
u
G R A N D E S P R E S A S CONSTRUIDAS EN MEXICO
(HASTA 1980)
TIPO DE PRESA SÍMBOLO * NÚMERO DE PRESAS
ARCO VA 9 2.0
CONTRAFUERTES CB 8 2,0
GRAVEDAD PG 136 30.0
TIERRA TE 296 65.6
ENROCAMIENTO ER 2 0.14
TOTAL : 1451
* SÍMBOLOS ADOPTADOS POR LA CoMIsIÓN.. INTERNACIONAL DE
GRANDES PRESAS.
1 TABLA 2.2
[ PRINCIPALES P R E S A S DE T I E R R A Y ROCA
CONSTRUIDAS EN MEXICO
N O M B R E INS- TITU
CIÓN
ALTURA DESDE LA CIMENTACIÓN
m
VOLUMEN DE LA PRESA mx103
CAPACIDAD DE EMBAL6SE m3 x10
CHICOASÉN CEE 264 15 000 1 660
INFIERNILLO CEE 1149 5 130 12 000
LA ANGOSTURA, CHIS CEE 1414 14 400 18 500
NETZAHUALCOYOTL SARH 138 5 077 12 960
JosÉ LÓPEZ PORTILLO
(C0MuER0) SARH 129 6 853 3 400
BACURATO SAR}I 1114 9 068 2 900
ADOLFO LÓPEZ MATEOS SARH 106 7 145 14 ]j
LÁZARO CÁRDENAS
(PAIITo) SARH 95 5 300 L 055
BASILIO BADILLO
(LAs PIEDRAS) SARH 93 14 589 182
ALVARO OBREGÓN SARH 90 8 773 Li 200
BENITO JUÁREZ SARH 86 3 5140 1 9140
MANUEL AvILA CAMACHO
(VALSEQUILLO)- SARH 85 7140 1497
L
L
L 1 u
TABLA 23
PRESAS DE TIERRA Y ROCA MAS ALTAS DEL MUNDO
CII IGIPI
NOMBRE AÑO DE TER MINACIÓN PAÍS ALTURA DESDE
LA CIMENTACIÓN m
VOLUMEN DE LA PRESA m3 x1O
CAPACIDAD DE. Ç EMBALSE mx1O
ROGUM (1985) USSR 330 62 000 11 700
NUREK (1985) USSR 317 58 000 10 400
CHICOASÉN 1980 MÉxico 264 15 000 1 660
MAICA 1972 CANADA 242 32 111 24 670
OROVILLE 1968 USA 235 59 639 4 299
TABLA 3..1
CAUSAS DE FALLA EN PRESAS DE DIFERENTES TIPOS
EXPRESADAS COMO PORCENTAJE
GRUMER MIDDLEBROOKS COMITE DE LOS E.U. DE GRANDES PRESAS
MECANISMO USCOLD (1963) (1953) (1960)
07 07 /0-
07 lIs
DESBORDAMIENTO 23 30 38
TUBIFICACIÓN 40 38 144
DESLIZAMIENTO 2 15 9
OTRAS CAUSAS 35 17 9
'e
E!
E
E
1
1
1
Í
1
E
TABLA 32
INCIDENTES OCURRIDOS A 466 PRESAS SEGUN LA C.IIGIPI
(HASTA 1965)
TIPO DE PRESA
BÓVEDA 4.5
CONTRAFUERTES 3,4
GRAVEDAD 14,2
TIERRA 69.1
ENROCAMIENTO 5,8
VARIOS 3.0
TÍ\BLA 14,1.2.1
e VERTEDORES MAS IMPORTANTES EN PRESAS DE TIERRA
• Y- ROCA DE MEX ICO
-
PRESA GASTO MAXIMO
DE DESCARGA m3/s
T-IPO Y DIMENSIONES COMPUERTAS
INFIERNILLO, MICH. 13 800 3COMPUERTAS RADIALES DE 7,14 X 15 m
1 NSTALADAS EN CADA UNO DE LOS 3 TÚNE
LES DE 13mDE DIÁMETRO.
ADOLFO LÓPEZ MATEOS, SIN, 5 600 CRESTA FIJA ABANICO
BENITO JUÁREZ , OAX. 5 500 CRESTA FIJA
MARTE R,GÓMEZ, TpJvlS 13 300 CRESTA FIJA ABANICO
MIGUEL HIDALGO, SIN, 17 850 COMBINACIÓN CRESTA FIJA Y 7 COMPUER-
TAS SUMERGIDAS DE 9 X 7 m
NETZAHUALCOYOTLJ CHIS.
A) VERTEDOR DE SERVICIO II 100 3 COMPUERTAS RADIALES DE 15 X 15 m
B) VERTEDOR DE EMERGENCIA 10 650 4 COMPUERTAS RADIALES DE 15 x 1875 m
ANGOSTURA, CHIS 4 500 6 COMPUERTAS RADIALES DE 8.3 x 18 m
EN DOS CANALES ABIERTOS
CHIC0AsÉN, CHIS 17 000 3 COMPUERTAS RADIALES DE 8 x 19 m
INSTALADAS EN CADA UNO DE LOS TÚNE-
LES DE 13 m DE DIÁMETRO.
poi NOTA: ToDOs LOS VERTEDORES FUERON PROBADOS EN EL LABORATORIO CON
tIJDELOS HIDRÁULICOS.
e [
[
1! E: E: E: e:
1
TABLA 4,21
1 E
pl
1,1
PRESAS DE TIERRA Y ROCA DE MEXICO EN FORMACIONES
DE CALIZA1
PRESA
TIPO ALTURA m
CAPACIDAD m3 x 106
ALEMÁN, OAXI TE 76 9 106
INTERNACIONAL DE
LA AMISTAD PG-TE 88 7 050
LA ANGOSTURA,CHIS TE 144 18 500
CHICOASN, CHIS TE 264 1 660
CERRO DE ORO, OAXI COMBINA- IÓN CON LA
(EN CONSTRUCCIÓN) TE 60
[EN
13 380RESA ALE- ANI
BENITO JUÁREZ,CHIS, TE 86 1 940
ti
e.
MI
E ,
1!
TABLA 42,2
PRESAS DE TIERRA Y ROCA DE MEXICO EN FORMACIONES
VOLCAN 1 CAS
ripo ÁLTURA ALMACENAMIENTO PRESA m m3 x 106
SOLIS, GTOI TE 57 1 217 (SOBREELE VADA)
ENDÓ, HGO, TE 60 182
EL BOSQUE, MIcH. TE 68 2149
1
L
1 e. e. (C
e. r
L
E 1 1
r— r—' r- ri r a --. r -=-- rø U -,
PRESAS DE TIERRA Y ROCA
MATERIALES GRADUADOS
H OMOGENEA
FIG. 1
1 - --
VERTEDORES DE EXCEDENCIAS
DE CRESTA FIJA
DE COMPUERTAS RADIALES
FIG.2
E
('4 -e-
VERTEDOR DE LA PRESA "EL INFIERNILLO"
Ir \\7TT \ fF
FIG. 3
r r-! F-' r' r' r-' i- u •
VERTEDOR DE LA PRESA 11 EL INFIERNILLO"
DAÑOS OCURRIDOS EN EL AÑO DE 1964
EN EL TUNEL N0. 5
FIG. 4
IETEO M A L PASO )U
200 Emergencia
y 150
50
00
150 \
/
/ <\/
muallaffift
metros
VERTEDOR DE EMERGENCIA
FIG. 5
— -- -
— — T rT'Tr Y T Y TTT1
ri i
VERTEDOR DE SERVICIO DE LA F IESA
"NETZAHUALCOYOTL (MALPASO)"
metros
m e t r o s SECCION A - A
b
FIG. 6