Fallas en Presas de Tierra

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Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui

Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Departamento de Ingeniería Civil

Asignación #2

Presas de Tierra

Profesor: Integrantes:

Jesus Moreno Asdrúbal González CI: 19.806.705 Fátima Moreno C.I.: 21.069.134

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Fallas En Una Presa de Tierra

Las fallas graves o catastróficas en presas de materiales locales según el orden de ocurrencia son: 1. Rebase de la cortina.

2. Sifonamiento mecánico. 3. Agrietamiento transversal.

4. Deslizamiento del talud aguas abajo 5. Sismos.

6. Licuación.

7. Perdidas por filtración.

Fallas por rebase de la cortina.

En presas de tierra es siempre catastrófico que el agua rebase la cortina y escurra por el talud aguas abajo, debido precisamente a la naturaleza erosionable de los materiales que intervienen en su composición. Por esta razón, la presa debe estar provista de una estructura auxiliar denominada vertedor (aliviadero), que permita el alivio del vaso cuando este se llena a su máxima capacidad.

Falla por Sifonamiento mecánico.

Cuando el agua fluye a través del suelo, su carga hidráulica se disipa venciendo las fuerzas viscosas inducidas y que se oponen al flujo en los canalículos formados entre las partículas; recíprocamente, el agua que fluye genera fuerzas erosivas que tienden a empujar las partículas, arrastrándolas en la dirección del flujo. En el momento en que este arrastre se produce, ha comenzado el sifonamiento mecánico del suelo. Inevitablemente existen en la masa del suelo lugares en que se concentra el flujo de agua y en los que la velocidad de filtración es mayor (gradiente hidráulico alto); los lugares en que estas concentraciones emergen al talud aguas abajo, donde el suelo no está confinado, son particularmente críticos en lo referente a posibilidades de arrastre de partículas sólidas; una vez que las partículas empiezan a ser removidas van quedando en el suelo pequeños canales por los que el agua circula a mayor velocidad, con lo que el arrastre se acentúa, de manera que el fenómeno del sifonamiento mecánico tiende a crecer continuamente una vez que comienza, aumentando siempre el diámetro de los canales formados. El límite final del fenómeno es el colapso del bordo, al quedar éste surcado por conductos huecos de gran diámetro que afectan la estabilidad de la sección resistente hasta la falla.

Un factor que contribuye mucho al sifonamiento mecánico es la insuficiencia en la compactación del terraplén, que deja alguna capa del mismo suelta y floja; esto es particularmente probable cerca de muros o superficies de hormigón, tales como ductos o tubos.

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Falla por agrietamiento.

El agrietamiento se origina cuando la deformación dela cortina produce zonas de tracción, que aparecen por asentamiento diferencial de la masa del suelo, sea por deformación del propio cuerpo del terraplén o del terreno de cimentación. Como quiera que por estas causas la presa pueda deformarse de muchos modos, los sistemas de agrietamiento, que el ingeniero puede encontrar en sus inspecciones a presas son de una inmensa variedad. Las grietas pueden aparecer paralelas o transversales al eje de la cortina y la orientación del plano de agrietamiento puede ser prácticamente cualquiera. El agrietamiento puede ocurrir con anchos abiertos hasta de 15 ó 20 cm. si bien son más comunes anchos de grietas de 1 ó 2cm.

Las presas de pequeña altura son las que más comúnmente sufren el fenómeno, pero también se presenta con frecuencia en las partes superiores delas presas altas. Las grietas más peligrosas son las que ocurren transversalmente al eje de la cortina, pues crean una zona de concentración de flujo; son producidas generalmente por asentamiento diferencial, de la zona de la cortina próxima a las laderas de la boquilla, respecto a la zona central del cauce.

Falla por deslizamiento de taludes.

La falla por deslizamiento de taludes es quizá la más estudiada de todas las que frecuentemente ocurren en las presas de tierra. La razón es que, además de su importancia intrínseca, es el tipo de falla más susceptible de análisis y cuantificación con los métodos existentes para el estudio de estabilidad de taludes.

Existe un buen volumen de información estadística respecto a este tipo de falla, de la que se desprende que las fallas por deslizamiento ocurren preponderantemente en los primeros tiempos de la vida de la presa. Las fallas por deslizamiento suelen considerarse divididas en tres tipos principales:

1. Falla durante la construcción: Estas fallas han sido menos frecuentes que las ocurridas durante la operación; nunca han sido catastróficas. Las fallas se han presentado sobre todo en presas cimentadas en arcillas blandas, con gran porción de la superficie de falla a través de ese material, y pueden ser rápidas o lentas, según que el material de cimentación sea homogéneo o presente estratificaciones que favorezcan el movimiento.

2. Falla durante la operación. Las fallas por deslizamiento de taludes que han ocurrido durante el

período de operación de las presas de tierra, han sido sobre todo de dos tipos: profundas, con superficie de falla invadiendo generalmente terreno de cimentación arcilloso, y superficiales, afectando sólo pequeños volúmenes del talud

3. Falla después de un vaciado rápido. Todas las fallas de importancia reportadas por

deslizamiento del talud aguas arriba han ocurrido como consecuencia de un vaciado rápido. Las fallas del talud aguas arriba no han causado el colapso dela presa o pérdida de agua en el almacenamiento, pero frecuentemente han causado situaciones de peligro al tapar conductos, galerías, etc. Prácticamente todas las fallas profundas por deslizamiento en presas de tierra han ocurrido en aquellas construidas sobre terrenos arcillosos plásticos y con importante contenido

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de agua.

Falla por sismo.

Puede decirse que las fallas producidas por los sismos en las presas de tierra han presentado las siguientes características:

1. Las fallas más frecuentes son grietas longitudinales en la corona de la presa y asentamiento

en la misma.

2. Los daños en las presas parecen haber sido causados principalmente por la componente

horizontal del movimiento sísmico en dirección transversal al eje de la cortina.

3. Existen muy pocas fallas por deslizamiento tienen mayores períodos (menores frecuencias)

atribuibles a estos temblores de tierra, aún en cortinas deficientemente compactadas.

4. Hay ciertos indicios que permiten pensar que los sismos que causan más daños a presas

que los que causan la máxima destrucción en edificios. Por esto, presas muy próximas al epicentro de un temblor pueden salir mucho mejor libradas que otras colocadas a distancias mucho mayores.

5. Los espaldones granulares mal compactados (bajo peso específico seco,) o formados por

fragmentos de roca muy contaminada por finos, puede sufrir fuertes asentamientos por sismo, que provocarían dificultades al elemento impermeable. Así, la compacidad adecuada y el lavado de las rocas que lo ameriten constituyen una precaución indispensable

6. Del sismo puede emanar el riesgo de la falla por licuación. Falla por licuación.

Este fenómeno de la licuación está asociado a limos y arenas no plásticas.

En el caso de una presa de tierra, la licuación de materiales en la cortina conduce a un derrame de los mismos en grandes áreas, hasta adoptar taludes irregulares y muy tendidos, que en algunos casos pueden sobrepasar el valor 10:1.

Pérdidas por filtración.

Para los casos de presas de tierra, cuyo objetivo principal sea el almacenamiento, constituiría una falla grave, aunque no catastrófica, la infiltración del agua del embalse, ya sea a través de la cimentación o la cortina, que impida que la misma alcance su objetivo de almacenar agua.

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Existen varias clasificaciones de las presas: atendiendo a su altura, a sus funciones o a otras características, sin embargo la clasificación más común es de acuerdo a sus materiales de construcción y su concepción estructural.

1. Clasificación según tipo de material: Pueden ser de varios tipos

1.1. Tipo a: Materiales sueltos (tierra y roca)

1.1.1. Tierra: Relleno hidráulico; sección homogénea compacta 1.1.2. Materiales graduados

1.1.3. Enrocamiento

1.2. Materiales cementados (concreto y mampostería)

1.2.1. Gravedad: Masiva; aligerada

1.2.2. Contrafuertes: Machones; losas planas; arcos o bóvedas múltiples 1.2.3. Arco y bóveda

2. Clasificación según el uso: Las presas las podemos clasificar de acuerdo con la función más general que van a desempeñar, como de almacenamiento, de derivación, o regulación. Podemos precisar más las clasificaciones cuando consideramos sus funciones específicas.

2.1. Presas de almacenamiento: Se construyen para embalsar el agua en los períodos

en que sobra, para utilizarla cuando escasea. Estos períodos pueden ser estacionales, anuales o más largos.

2.2. Presas de derivación: Se construyen ordinariamente para proporcionar la carga

necesaria para desviar el agua hacia las zanjas, canales u otros sistemas de conducción al lugar en que se van a usar.

2.3. Las presas reguladoras: Se construyen para retardar el escurrimiento de las

avenidas y disminuir el efecto de las ocasionales. Las presas reguladoras se dividen en dos tipos. En uno de ellos, el agua se almacena temporalmente, y se deja salir por una obra de toma con un gasto que no exceda de la capacidad del cauce de aguas abajo. En el otro tipo, el agua se almacena tanto tiempo como sea posible y se deja infiltrar en las laderas del valle o por los estratos de grava de la cimentación. A este último se le llama algunas veces de distribución o dique, porque su principal objeto es recargar los acuíferos. Las presas reguladoras también se construyen para detener los sedimentos. A menudo estás se les llama presas de arrastres.

3. Clasificación según su proyecto hidráulico: Las presas se pueden clasificar en presas vertedoras o no vertedoras.

3.1. Las presas vertedoras; Se proyectan para descargar sobre sus coronas y en general

se deben construir de materiales que no erosionen con las- descargas.

3.2. Presas no vertedoras; Son las que se proyectan para que el agua no rebase por la

corona.

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4.1. Presas de tierra: Las presas de tierra constituyen el tipo de presas más común,

principalmente por su construcción ya que intervienen materiales en su estado natural que requieren el mínimo de tratamiento.

4.2. Presas de enrocamiento; En las presas de enrocamiento se utilizan rocas de todos

los tamaños para dar estabilidad a una membrana impermeable. La membrana puede ser una capa de material impermeable del lado del talud mojado, una loza de concreto, un recubrimiento de concreto asfáltico, placas de acero o cualquier otro dispositivo semejante; o puede ser un núcleo interior delgado de tierra impermeable.

Partes de una Presa

Elementos Del Sistema Presa – Embalse

El embalse: es el volumen de agua que queda retenido por la presa.

1. El vaso: es la parte del valle que, inundándose, contiene el agua embalsada. 2. La cerrada: es el punto concreto del terreno donde se construye la presa.

3. La presa: propiamente dicha, cuyas funciones básicas son, por un lado garantizar la estabilidad de toda la construcción, soportando un empuje hidrostático del agua muy fuerte, y por otro no permitir la filtración del agua hacia abajo.

A su vez, en la presa se distingue:

1. Los paramentos: el interior, que está en contacto con el agua, y el exterior. 2. La coronación: es la superficie que delimita la presa superiormente.

3. Los estribos: los laterales, que están en contacto con las paredes de la cerrada.

4. La cimentación: la superficie inferior de la presa, a través de la cual descarga su peso al terreno.

5. El aliviadero o vertedero: es la estructura hidráulica por la que rebosa el agua cuando la presa se llena.

6. Las tomas: son también estructuras hidráulicas pero de mucha menos entidad y son utilizadas para extraer agua de la presa para un cierto uso, como puede ser abastecimiento a una central hidroeléctrica o a una ciudad.

7. La descarga de fondo: permite mantener el denominado caudal ecológico aguas abajo de la presa.

8. Las esclusas: que permiten la navegación "a través" de la presa. 9. La escalera de peces: que permite la migración de los peces.

Proceso Constructivo de una Presa

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1. Construcción de las obras de desviación del curso actual 2. Construcción de las obras de protección ante crecidas 3. Desvío de las aguas

4. Rebaje del terreno original

5. Excavación de la obra de impermeabilización del lecho

6. Construcción del nucleo invertido o del muro cortina según el caso 7. Construcción del dren carpeta

8. Construcción del muro de presa por capas, compactadas de acuerdo a lo especificado 9. Protección del talud aguas arriba (Rip rap)

10. Construcción de las obras hidráulicas relacionadas 11. Protección del talud aguas abajo

12. Colocación de la instrumentación para medir el comportamiento de la presa durante su vida útil

13. Reencauzamiento de las aguas

Fallas de las Presas de Tierra en Venezuela

En Venezuela han ocurrido un total de 36 fallas en 28 embalses diferentes, a continuación se muestran los mas importantes

Siburua

Esta represa se encuentra ubicada al sur de Coro, al pie de la sierra de San Luís, en las inmediaciones de la población de Machiche, en el estado Falcón.

En esta presa en el año 1959 ocurrió un deslizamiento en el talud aguas arriba durante el descenso rápido del nivel del embalse. En 1964 se observó otro deslizamiento profundo en el talud aguas debajo de la presa en un sector de sección homogénea cercano a la ladera, encontrándose el embalse lleno, lo que obligo vaciarlo totalmente.

Ocurrido esto se realizaron estudios de laboratorios a muestras del terraplén de la presa y se analizó la estabilidad de la misma esto tuvo lugar en el año 1969, realizado por Wolfskill y Lambe, los cuales dieron evidencia del carácter frágil que poseían las arcillas de mediana plasticidad que fueron utilizadas en la construcción de la obra y justificaron analíticamente los deslizamientos ocurridos en años anteriores.

Desde ese entonces la presa se encuentra fuera de servicio, observando así que su falla se debió al desliz de los taludes tanto aguas arribas como aguas abajo.

Las Tinas

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Esta represa fue construida por el Ministerio de Sanidad y Asistencia Social, en el año 1965, es una presa homogénea de arcilla, la cual fallo por la formación de un túnel en el terraplén, lo cual origino que el embalse se vaciara, inundando a su vez un caserío el cual se encontraba aguas abajo y lesiono a varias personas.

Aracay

Esta represa se puso en funcionamiento en febrero de 1983 y durante tres años y medio la presa cumplió su funcionamiento adecuadamente, el cual era retener los sedimentos que transportaba el rio Aracay, llegando a acumular un volumen aproximado de 228.200 m3 de sólidos.

No fue hasta 1986, después de los tres años y medios de funcionamiento adecuado que como consecuencia de las intensas lluvias en la cuenca del rio Aracay, se produjo una creciente importante, con caudal máximo de unos 200 m3/seg, aproximadamente igual al caudal de diseño de las obras.

Esta creciente desbordo a lo largo de toda la cresta con una altura máxima sobre esta de 1 metro aproximadamente, y produjo el colapso de la mitad izquierda de la presa

El Cristo

Como consecuencia de las lluvias excepcionales de abril del año 1999, se produce una fuerte creciente del Rio El Cristo que llena completamente el embalse, cuyo aliviadero comenzó a funcionar al día siguiente de empezar el aguacero. El nivel del agua embalsada se incrementó constantemente, hasta que comenzó el desbordamiento de la presa.

El flujo se derramo inicialmente a lo largo de toda la cresta de la presa, pero posteriormente se concentró en cuatro zonas aparentemente menos resistentes a la erosión, donde formo zanjones profundos por el proceso de erosión regresiva. Finalmente el flujo se concentró en una sola zona, en la parte central de la cresta de la presa donde erosiono completamente el terraplén, produciendo el colapso de los taludes laterales a la corriente y el desplome casi total de la obra.

El Guapo

La falla de la obra se debió a la incapacidad de los aliviaderos para dar salida a las crecientes de diciembre de 1999

La falla ocurrió, en primer lugar, por la erosión de los rellenos detrás de los muros del rápido, seguido por el colapso de la estructura de concreto del canal a causa de la socavación y finalmente por la erosión regresiva originada por el flujo en la fundación del aliviadero, constituida principalmente por lutitas meteorizadas, descompuestas, con características más parecidas a las de un suelo que a las de una roca y en consecuencia muy poco resistentes a la erosión. Podemos observar que se presentaron tres tipos de incidentes los cuales provocaron el colapso total de la estructura.

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Cuadro Resumen con las Características más Importantes de Fallas de Presas En Venezuela

Presa Incidente Detalle

Siburua Deslizamiento de Taludes El deslizamiento en el talud aguas arriba durante el descenso rápido del nivel del embalse debido a presencia de arcillas de mediana plasticidad de carácter frágil Las Tinas Arcillas Dispersivas La presa fallo por la formación de un túnel en el terraplén, lo cual origino que el

embalse se vaciara. La causa radico en que el suelo contenía muestras de arcilla altamente dispersiva

Aracay Erosión La presa colapso debido a las incesantes lluvias que sobrepasaron la cresta y

destruyeron una mitad de la presa. La causa radico en que algunos materiales en los estribos de la represa eran diferentes entre si

El Cristo Crecientes Subestimadas Debido a los torrenciales aguaceros que superaron las probabilidades calculadas, el flujo excesivo se concentró el lugar central de la presa, erosionándola completamente

El Guapo Crecientes Subestimadas La poca capacidad del aliviadero para reducir los niveles de agua contenida en la presa debido a las lluvias de 1999, fue la acusante de la falla

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