Impermeabilizacion de Presas PDF

 

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/317299574

Sifonamiento Sifonamient o en presas de tierra: causas y métodos de solución Thesis · June 2016

CITATION

READS

1

3,628

3 authors, including:

 Yoermes Glez Haramboure Haramboure Universidad Tecnológica de la Habana, José Antonio Echeverría 29 PUBLICATIONS   15 CITATIONS  SEE PROFILE

Some of the authors of this publication are also working on these related projects:

Estabilidad de taludes en presas de tierra con suelos parcialmente saturados View project

WIND ACTION ON LATTICED TOWER AND GUYED G UYED MAST MAST View project

All content following this page was uploaded by Yoermes by  Yoermes Glez Hara Haramboure mboure on  on 02 June 2017. The user has requested enhancement of the downloaded file.

 

TRABAJO DE DIPLOMA presentado en opción al título de Ingeniero Hidráulico Título: Sifonamiento en presas de tierra: causas y métodos de solución.  Autor: Michel del Río Sagasta Tutores: Ing. Susana Molina Morejón Dr. Yoermes González Haramboure

La Habana, Cuba Junio 2016

1

 

DERECHOS DEL TRABAJO DE CULMINACIÓN DE ESTUDIOS

TÍTULO DEL TRABAJO: Sifonamiento métodos de solución. 

en presas de tierra: causas y

AUTOR: Michel del Río Sagasta  TUTOR (ES): Ing. Susana Molina Morejón Dr. Yoermes González Haramboure

Hago constar que dono los derechos de este TRABAJO DE CULMINACIÓN DE

ESTUDIOS al Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría” (CUJAE).  (CUJAE).  

 ________________________  ____________ ______________________ __________ Firma

 

 

DEDICATORIA  A mi papá y a mi mamá por haberme haberme formado, enseñado y por haberme haberme motivado cada día hasta llegar a ser lo que soy hoy, a mi hermano por ser siempre un ejemplo a seguir y ser mi mejor amigo, a mis abuelos y al resto de mi familia.

 

 

GR DECIMIENTOS

Quiero agradecer a mis padres por haberme ayudado a completar esta etapa de mi vida y por haberme guiado en todas las decisiones importantes que que he tomado. A m mii hermano y a toda mi familia. A Flavia por ayudarme a pasar los obstáculos que aparecieron en el camino.  A mis tutores Susana y Yoermes por ayudarme con este trabajo.  A mis amigos de la CUJAE, Mario, Jessica, Jessica, Sheyla, Ignacio, Ignacio, y a todos mis compañeros de aula porque juntos llegamos todos a la meta.

 

 

RESUMEN El diseño y construcción de una presa de tierra se realiza con el objetivo de almacenar, derivar agua o regular avenidas. Estas obras durante su vida útil se ven afectadas con la aparición de fenómenos desestabilizadores que limitan su explotación y atentan contra su seguridad. Una de las principales causas de fallas graves o catastróficas que puede provocar desastres es el sifonamiento mecánico. Esta causa de falla es reconocida como la segunda de mayor ocurrencia en el mundo luego del rebase de la cortina. La misma a través de la historia ha demostrado que puede ocurrir tanto en suelos naturales producto de deficiencias en el proceso de construcción como en suelos dispersivos, estos últimos siendo descubiertos luego de que muchos proyectos de presas los utilizaran en las mismas. Dado esto, son disímiles los casos que presentan este tipo de falla en el mundo, por lo que registrarlos y analizarlos es de gran importancia, ya que sirven de estudios para encontrar nuevas soluciones a estos, aprovechando los avances en el proceso de construcción en el mundo. Algunos de los métodos utilizados para la contención de dicha falla son las inyecciones y los muros de diafragmas, las cuales han demostrado tanto en Cuba como en otros países, sus características idóneas para detener la falla en su totalidad, dependiendo cada solución brindada de las características presentes en cada obra. Este trabajo de diploma recopila información actualizada acerca de estos métodos de solución, además de presentar algunos casos de estudios donde han sido aplicados.

 

 

ABSTRACT The design and construction of earth and earth-rock dams is carried out with the aim of storing, diverting water or regular avenues. These works during his lifetime are affected with the emergence of destabilizing phenomena that limit their exploitation and threaten their security. One of the main causes of serious or catastrophic failures that can cause disasters is the piping. This cause of failure is recognized as the second most commonly occurring in the world after the overtopping. The same through history has shown that it can occur in both natural soils product of deficiencies in the construction process as in dispersive soils, the latter being discovered after many dam projects will use said the same. Given this, are dissimilar cases with this type of failure in the world, so register and analysis is of great importance, as they serve studies to find new solutions to these, building on the progress in the construction process in the world. Some of the methods used for containment of such failure are injections and the walls of diaphragms, which have demonstrated both in Cuba and in other countries, its ideal characteristics to stop the fault entirely, depending on each offered solution features present in each work. This dissertation compiles updated about these methods of solution, besides presenting some case studies which have been applied information.

 

 

ÍNDICE INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ I  1.  CAPÍTULO I: ESTADO DEL ARTE. ....................................................................... 1   1.1 

Introducción....................................................................................................... 1 

  1.2

Definiciones....................................................................................................... 1

1.3 

Fallas en las presas de materiales sueltos ....................................................... 2  

1.4 

Sifonamiento ..................................................................................................... 4 

 

1.4.1 

Perspectiva histórica .................................................................................. 5 

1.4.2 

Generalidades del sifonamiento mecánico mecánico ............ .......................... .......................... ....................... ........... 6  

1.4.3 

Particularidades del sifonamiento en suelos dispersivos ............. ........................... ................ 8 

2.  CAPÍTULO II: ESTUDIO DE CASOS .................................................................... 11  2.1 

Introducción..................................................................................................... 11 

2.2 

Presa Las Cabreras ........................................................................................ 12 

2.2.1 

Características del conjunto hidráulico ..................................................... 12 

2.2.2 

 Antecedentes.............. ........................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ............. 12  

2.2.3 

Falla de la presa ....................................................................................... 13 

2.3 

2.3.1 

Características del conjunto hidráulico ..................................................... 14 

2.3.2 

 Antecedentes.............. ........................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ............. 14  

2.3.3 

Falla de la presa ....................................................................................... 14 

2.4 

Presa Teton..................................................................................................... 17 

2.4.1 

Características del conjunto hidráulico ..................................................... 17 

2.4.2 

 Antecedentes.............. ........................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ............. 17  

2.4.3 

Falla de la presa ....................................................................................... 18 

2.5 

 

Presa Zaza ...................................................................................................... 14 

Presa No.5 del conjunto hidráulico las Majaguas............................................ 19  

 

2.5.1 

Características del conjunto hidráulico ..................................................... 19 

2.5.2 

 Antecedentes.............. ........................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ............. 19  

2.5.3 

Falla de la presa ....................................................................................... 19 

2.6 

Presa A.V Watkins .......................................................................................... 22 

2.6.1 

Características del conjunto hidráulico ..................................................... 22 

2.6.2 

 Antecedentes.............. ........................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ............. 22  

2.6.3 

Falla de la presa ....................................................................................... 23 

2.7 

Caso especial .................................................................................................. 25 

2.7.1 

Falla de la presa en Santo Domingo ........................................................ 25 

3.  CAPÍTULO III: PROPUESTA DE SOLUCIÓN ...................................................... 26  3.1 

Introducción..................................................................................................... 26 

3.2 

Recomendaciones Recomendacione s constructivas para evitar el sifonamiento ............. .......................... ............. 27 

3.3 

Medidas específicas de protección protección contra el sifonamiento. ...................... ............................ ...... 28 

3.4 

Generalidades de la solución al sifonamiento mediante inyecciones.............. 29 

3.5 

Métodos de inyección como solución al sifonamiento............. ........................... ........................ .......... 30 

3.5.1 

Inyección de impermeabilización .............................................................. 31 

3.5.1.1 

Inyección de impermeabilización con soluciones químicas ............... 32  

3.5.1.2 

Inyección de impermeabilización con cemento ............. .......................... ..................... ........ 32  

3.5.2 

Inyección de fractura ................................................................................ 32 

3.5.3 

Inyección de compactación ...................................................................... 34 

3.5.4 

Inyección de suelo .................................................................................... 35 

3.5.4.1  3.5.5 

Inyección inerte ........................................................................................ 36 

3.5.6 

Inyección a presión ................................................................................... 36 

3.6 

 

Bentonita como aditivo en la lechada................................................. 35  

Ventajas y desventajas de los métodos de inyección inyección ............. ........................... ........................ .......... 37  

 

3.6.1 

Pared de diafragma .................................................................................. 39 

3.6.1.1 

Método de fase simple o monofásico ............ ......................... .......................... ........................ ........... 39  

3.6.1.2 

Método de doble fase o bifásico ........................................................ 39  

3.6.2 

Ventajas y desventajas del método de pared de diafragma. .................... .................. .. 40 

3.7 

Proceso de inyección ...................................................................................... 40 

3.8 

Ejemplo de soluciones contra el sifonamiento. Caso de estudio Zaza Zaza (Cuba) 44 

3.9  Ejemplo de soluciones contra el sifonamiento. Caso de estudio presa A.V. Watkins (EE.UU) ....................................................................................................... 49 

CONCLUSIONES ........................................................................................................ 53  RECOMENDACIONES ................................................................................................ 54  REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 55  BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................... 57 

 

 

INTRODUCCIÓN El agua es de vital importancia, de ella proviene la vida y es un recurso invaluable para el sustento del planeta, dejando una profunda huella en el devenir histórico de la humanidad. Tal como expresara Rolando García Blanco en su libro dedicado al acueducto de Albear “El acceso al agua, por sus implicaciones biológicas y y   sociales, ha constituido el elemento determinante en el desarrollo ulterior de toda colectividad humana” (García, Aruca et al. 2002). 2002).   A través de la historia la manipulación de este preciado recurso desde su punto de caída en la tierra hasta su salida al mar ha constituido un objetivo esencial para el hombre y parte de ello es el aprovechamiento de dicho recurso. Una de las vías para aprovecharlo de manera eficiente ha sido la ventajosa solución de las presas, obras hidráulicas de gran envergadura y de desarrollo vital para el mundo moderno. Estas obras de ingeniería son diseñadas y construidas con varias finalidades, proporcionando múltiples beneficios para la sociedad y la economía. Las mismas para su construcción deben tener en cuenta medidas que le garanticen estabilidad y seguridad, puesto que al mismo tiempo que son beneficiosas, el fallo de la presa, que es difícil de prever, representaría un enorme daño, ya que podría arrasar con cuanto encontrara a su paso aguas debajo de la obra y en el peor de los casos ocasionar pérdidas de vidas humanas. Entre las causas existentes de mayor ocurrencia que atentan contra la estabilidad de dichas estructuras se encuentra la falla por sifonamiento, la cual va a ser el objeto de estudio, junto con sus métodos de solución en esta investigación. Estos impactos negativos cada vez son más estudiados en el mundo, donde muchos ingenieros e investigadores demuestran cada día, que no existen soluciones típicas para estas afectaciones, todo está en función f unción de las características presentes, por ellos se profundizará en el estudio de los métodos de solución de dicha falla, las inyecciones, para rellenar las cavidades que se encuentran en el cimiento o en la cortina de la presa aportándole mayor resistencia a las mismas con el objetivo de interrumpir el flujo de filtración.

I

 

Fundamentación teórica El objetivo fundamental del empleo a escala mundial de las inyecciones es la correctiva en el menor tiempo posible de las fallas por sifonamiento, debido al impacto que puede ocasionar las mismas en la economía y sociedad de una pías. Dado a los desastres ocurridos en el mundo, hoy en día son exigidas las técnicas que permitan una pronta reparación de dicha falla. A fin de dar respuesta a las exigencias planteadas y producto de experiencias obtenidas por parte de los ingenieros en presas de tierra, el estudio de estos métodos es de gran importancia, puesto que han revelado las altas eficiencias que generan. En Cuba han sufridos algunas presas las consecuencias de dicha falla, debido principalmente a desconocimientos en el estudio de los suelos e ineficientes controles en el proceso constructivo. Por todo esto se hace necesaria la investigación de métodos de inyección que sean capaces de reparar eficientemente las fallas por sifonamiento.

Problema científico ¿Cuáles son las principales causas de la falla por sifonamiento en las presas de tierra y los distintos métodos de inyección para corregirlas?

Objeto de investigación El sifonamiento mecánico y sus métodos de solución.

Campo de investigación Las cortinas y cimientos de las presas de tierra.

Objetivo general Caracterizar las causas que favorecen el sifonamiento mecánico y sus métodos más frecuentes de solución.

Objetivos específicos a) Caracterizar las principales caus causas as que originan el sifonamiento sifonamiento mecánico en las presas de tierra. b) Realizar una investigación panor panorámica ámica acerca de las presas que han fallado por sifonamiento en Cuba y el mundo. m undo. II

 

c) Caracterizar los métodos de solución por inye inyección cción y con pantalla, mediante el análisis de casos de estudios en presas en Cuba y el mundo.

Hipótesis Utilizando el método de las inyecciones en las cortinas y los cimientos de las distintas presas en estudio se pueden solucionar con efectividad las fallas provocadas por sifonamiento mecánico. La construcción de pantallas de suelo ha sido un método efectivo en la solución del sifonamiento mecánico.

Tareas de investigación 1. Revisar y proces procesar ar la documentació documentación n bibliográfica relativa al tema de investigación. investigación. 2. Exponer los conceptos principales del trabajo según inv investigadores estigadores del tema. 3. Caracterizar distintos casos de estudio estudios s en los cuales hayan ocurrido fallas por sifonamiento mecánico. 4. Estudiar distintos métod métodos os que son utilizados para d detener etener el arrastre de partículas.

Métodos de investigación  Aplicación del método histórico-lógico para la compilación de información acerca de las fallas por sifonamiento mecánico en las presas de tierra y el método de inyecciones como solución a dicho problema. Se utilizará el método de inducción-deducción a la hora de tener en cuenta la experiencia internacional en la forma de aplicar el método de inyección para eliminar el sifonamiento en las cortinas y cimentaciones de las presas de tierra, y la experiencia nacional en la construcción de pantalla de suelo.

Resultados esperados 1. Definir que es el s sifonamiento ifonamiento mecánico y exponer las causas q que ue lo provocan. 2. Dar a conocer las técnicas que se emplean en estos casos para eliminar el problema y resaltar la eficacia de los métodos de inyección.

III

 

Estructura del trabajo El trabajo de diploma se ha desglosado de la siguiente forma: Capítulo 1: Estado del arte Capítulo 2: Descripción del objeto de estudio Capítulo3: Resultados

IV

 

CAPÍTULO I:

1

 

1.

CAPÍTULO I: ESTADO DEL ARTE.

1.1 Introducción Los suelos son el más antiguo de los materiales de construcción y el más complejo de cuantos se conocen. Su variedad es enorme y sus propiedades, variables en el tiempo y el espacio, son difíciles de entender y medir. El siglo XX constituyó el de mayor esfuerzo de los científicos para resolver los problemas que enfrentaba la Mecánica de Suelos y con ello el diseño y construcción de presas de tierra. La importancia de este tipo de obra para la vida del hombre y su desarrollo social es ampliamente conocida. En Cuba no estamos al margen de esto y por ello, a partir del triunfo de la Revolución, se han proyectado y construido un gran número de grandes, medianas y pequeñas presas de materiales locales (tierra y enrocamiento) (Armas 1990) 1990)   Este importante paso que dio el país, en impulsar el diseño y la construcción de presas para abastecer a una población creciente bajo el mando del Instituto Nacional de Recursos Hidráulico (INRH), tuvo en cuenta las medidas necesarias para garantizar la no ocurrencia de fallas graves o catastróficas a lo largo de su vida útil, priorizando en todo momento del proyecto las medidas de selección de los materiales a utilizar y su correcta compactación. El fallo de una presa de materiales locales constituye una de las principales preocupaciones del inversionista, del proyectista, del constructor y de todas las personas que viven aguas abajo de la obra. Esto se debe a que la rotura de la misma no solo constituye un fracaso económico de gran magnitud, sino una amenaza a la seguridad pública (Armas and Horta 1987) 1987)..  Aunque en los últimos años se han hecho esfuerzos internacionales para publicar llas as causas de los fallos más importantes, los mismos siempre chocan con la resistencia natural que tienen toda organización que proyecta o construye a publicar sus deficiencias (Armas and Horta 1987) 1987).. 

1.2 Definiciones En el transcurso de la investigación se abordarán temas que han sido desarrollados en diferentes bibliografías pero que en muchas ocasiones existen discrepancias entre ellas, por lo que el autor estima conveniente definir a continuación algunos de los conceptos que serán más empleados a lo largo del trabajo para no estar sujetos a confusión. 1

 

Presa: Las presas son una barrera de hormigón, piedras u otros materiales como tierra y madera, que se construyen en los cauces de los ríos, apoyándose en las laderas de los alrededores. Tienen como objetivo almacenar el agua para aprovecharla de distintas maneras, ya sea abastecer a la población, para riego de cultivos, crear energía y controlar avenidas.

Presa de materiales sueltos:  Las presas de materiales sueltos son presas que están formadas por rocas o tierras sueltas. Se usan preferentemente cuando el sitio donde se apoya la presa no resiste las cargas que ejerce una presa de hormigón.  

Falla o ruptura de una presa: Se define como el Colapso o movimiento de una parte de la presa que no puede retener el agua embalsada (ICOLD 1995) 1995)..

Sifonamiento: También denominado “tubificación” (del inglés “piping”) “piping”) es  es el desarrollo progresivo de erosión interna en una presa u obra de tierra, por infiltración, que aparece aguas abajo en forma de agujero por el que mana agua y material de acarreo.

Inyecciones: Procedimiento de construcción que tiene por objetivo impermeabilizar o consolidar los cuerpos sólidos porosos y permeables, tales como rocas fisuradas, arenas y grava o aluviones, así como, obras defectuosas (Salvador and Castillo 1983). 1983).

1.3 Fallas en las pres presas as de materiales sueltos sueltos La magnitud del fallo de una presa es un término relativo, pueden llegar a ser fallas de tipo catastrófica, que es cuando ocurre el colapso total de la estructura pudiendo provocar pérdidas de vidas humanas y la afectación de renglones económicos; o de tipo no catastrófica que son las que no provocan el derrumbe total de la presa y demás componentes.

2

 

Las fallas graves o catastróficas en presas de materiales locales son:  

Rebase de la cortina.

 

Deslizamiento de taludes.

 

Agrietamiento.

 

Sismos.

 

Licuación.

 

Pérdidas por filtración.

 

Sifonamiento.

En el siguiente gráfico se muestra la ocurrencia de estas fallas en porciento, según informe del ICOLD, hasta 1995.

Figura1.1 Porciento de ocurrencia de causas de fallas en las presas de tierra (ICOLD 1995). 1995).

Destacar de la figura anterior que, de acuerdo con los estudios de (Middlebrooks 1953),, la falla por sifonamiento es la segunda de mayor ocurrencia en el mundo, 1953) después de la falla por rebase de la cortina, además de ser una de las fallas a priorizar en el diseño. En el diseño y construcción de la presa se deben tomar medidas para evitar que ocurran fallas catastróficas a lo largo de su vida útil. La prioridad y ordenamiento a tener en cuenta en el diseño va a depender de muchos factores, pero entre los más comunes y determinantes está la selección del tipo de suelo a utilizar en la construcción de la cortina y la forma de colocar éstos en cuanto a humedad, peso específico seco, energía y tipo de compactación a emplear en la construcción, por lo que se hace tan importante el conocimiento profundo y la aplicación práctica de la Teoría de Compactación de los Suelos (Armas 1990) 1990)..

3

 

En la tabla 1.1 se muestran las características de las fallas mencionadas con anterioridad y sus causas principales, con el objetivo de una mayor comprensión del desastre que pueden ocasionar las mismas. Tabla 1.1 Fallas en presas de tierra, características y causas principales   Falla

Características 

Causas Presencia de materiales erosionables en la presa o el vertedor (aliviadero).

Rebase cortina

de

la

El agua rebasa la cortina y escurre por el talud aguas abajo.

Inadecuado diseño del aliviadero. No atención a tiempo a los asentamientos excesivos del cimiento y/o el terraplén.

Deslizamiento de los taludes de la presa. Pueden provocarse durante la construcción, operación o luego de un desembalse rápido.

Producción de esfuerzos cortantes mayores a la resistencia que puede movilizar el suelo a lo largo de una determinada superficie de falla (más susceptible en suelos finos).

Formación de grietas y fisuras que no pueden pasar inadvertidas en el cuerpo de longitudinal la presa. El puede ser y/oagrietamiento transversal.

Esfuerzos de tracción originados por asentamientos diferenciales del suelo, sea por el propio peso del terraplén o de la cimentación.

Sismos

Formación de grietas longitudinales y transversales en la corona de la presa y asentamiento de la misma.

Temblores de tierra (sismos), principalmente por la componente horizontal de los mismos en dirección transversal al eje de la cortina.

Licuación

Derrame de los materiales de la cortina en grandes áreas, hasta adoptar taludes irregulares y muy tendidos, excepcionalmente > 10:1.

Utilización de materiales licuables en la construcción de presas (ejemplo: limos y arenas no plásticas).

Deslizamiento de taludes

 Agrietamiento

Construcción del embalse en presencia de Pérdidas filtración

por

Sifonamiento

Infiltración del agua del embalse a través del cimiento o de la cortina.

zonas cársticas, fallas o suelos dispersivos. Inadecuado diseño de los elementos de control de infiltraciones (drenes, colchones, etc.) del terraplén.

Fuga de agua que se concentra y erosiona el suelo progresivamente hasta formar un conducto que une al embalse con el pie del talud aguas abajo.

Formación de grietas y fisuras no muy grandes (agrietamiento) Presencia de suelos cortina.

dispersivos

en la

1.4 Sifonamiento El sifonamiento se produce cuando una fuga de agua se concentra y erosiona el suelo progresivamente hasta formar un conducto que une al embalse con el pie del talud 4

 

aguas abajo. El sifonamiento constituye la causa más frecuente de fallo catastrófico en las presas después del desbordamiento (Armas and Horta 1987). 1987). Esta falla es una de las grandes preocupaciones para los ingenieros de presas de tierra, ya que de producirse sería una gran catástrofe, donde es complejo dado la magnitud del fallo reconstruir la misma. Por eso muchos de los requerimientos constructivos que hoy en día se exigen en las presas son medidas para disminuir la posibilidad de fallo por sifonamiento.

1.4.1 Perspectiva histórica  A lo largo de la historia, el mundo ha sufrido las consecuencia consecuencias s del derrumbe total o parcial de presas de tierra a causa de la falla por sifonamiento, trayendo este consigo innumerables pérdidas humanas. Estos tipos de desastres no siempre se pueden predecir ni tampoco solucionar; es necesario detectar las fallas a tiempo para evitar daños mayores. En la tabla 1.2 se muestra un grupo de presas que han fallado y ocasionado grandes pérdidas para el hombre, que esto ocurra no solo depende de la tecnología que se utilice en su construcción, se puede observar cómo a pesar de la diferencia de épocas aún siguen ocurriendo estos problemas. El mayor número de fallos por esta causa se ha registrado en presas viejas o mal construidas y debido a que es casi siempre catastrófico, es difícil reconstruir su secuencia y mecanismo (Armas and Horta 1987) 1987)..  (Terzaghi and Peck 1948) expresan 1948) expresan que “Fallas verdaderamente catastróficas son las debidas a tubificación por erosión interna, ya que ellas ocurren sin previo aviso, con el embalse lleno y, a veces muchos años después de que el vaso fue puesto en operación por primera vez”.  vez”.  Tabla 1.2 Presas falladas por sifonamiento en el mundo

Presa

País

Año del desastre

Muertes

Lawn Lake

EE.UU.

1982

3

Worcester

EE.UU.

1951

-

5

 

Roxo

India

1972

-

Fourth Lake

Canada

1962

1

Dale Dyke

Inglaterra

1964

-

Teton

EE.UU

1976

11

Penn Forest

EE.UU.

1960

-

Mac hu II

India

1979

2000

El mundo ha sido víctima de las catástrofes ocasionadas por la falla por sifonamiento, a continuación en la siguiente figura se muestra la ocurrencia de estas fallas a través del tiempo durante períodos de 50 años, desde el año1800 hasta la actualidad. Es importante destacar en el mismo, como resalta el período entre el 1950 hasta el 2000, como el de más presas falladas a nivel mundial. Esta figura representa un número aproximado de fallos por sifonamiento, es necesario destacar que puede que existan otros fallos los cuales no estén contemplados en la figura.

Figura 1.2 Presas falladas por sifonamiento en el mundo

La figura 1.2 se muestra el fallo de presas grandes y pequeñas por sifonamiento, es necesario destacar que la mayoría de los fallos producidos desde el 2000 hasta la actualidad se debe a presas pequeñas.

1.4.2 Generalidades del sifonamiento mecánico

6

 

El sifonamiento mecánico, como fue mencionado con anterioridad, es producto de las filtraciones que ocurren a través de la presa hacia el talud de aguas abajo. Esta falla se crea a partir de la disipación de la carga hidráulica cuando fluye el agua a través del terraplén o el cimiento, venciendo las fuerzas viscosas inducidas que se oponen al flujo f lujo en los poros o canalículos formados entre las partículas del suelo. Durante el proceso, recíprocamente, el agua que fluye genera fuerzas erosivas que tienden a empujar las partículas, arrastrándolas en la dirección del flujo. Si las fuerzas que resisten la erosión son menores que aquellas que tienden a ejercerlas, las partículas del suelo son lavadas y el sifonamiento comienza. Las fuerzas de resistencia dependen principalmente de la cohesión, el efecto de enclavamiento, y el peso de las partículas de suelo, así como es la acción del filtro aguas abajo, en su caso. Según el mecanismo descrito, el sifonamiento parte de las zonas más débiles de un suelo, donde la cohesión sea mínima y el gradiente alto. El mismo comienza en la zona aguas abajo, creando un agujero, de donde saldrá agua y partículas de suelo. Este agujero se ampliará aguas arriba, hasta llegar al embalse. En general, los suelos de la base de una presa son heterogéneos y pueden presentar lentes de arenas finas, los cuales son muy susceptibles al sifonamiento mecánico. En resumen la falla por sifonamiento en una presa de materiales locales puede ocurrir por las siguientes razones:  

Agrietamiento de tub tubos os o galerías en el interior del terraplén o la cimentación.

 

Compactación de deficiente ficiente alrededor de conductos o tubos que p producen roducen una permeabilidad alta y una concentración del flujo.

 

Capas mal c compactadas ompactadas del rellen relleno o de dell núc núcleo leo o c cuerpo uerpo de presa.

 

Capas semipermeables que sirven de ca canal nal iinterno nterno de trans transporte porte d de e ag agua. ua.

 

Inadecuados filtros y drenes.

 

Arcillas dispers dispersivas ivas o solubles q que ue su sufren fren lavado al pasar filtraciones peq pequeñas ueñas de agua.

Con aras de disminuir la posibilidad de sifonamiento, los requisitos constructivos en la actualidad son muy exigentes. Ejemplo de lo anterior son las especificaciones de humedad y densidad en los contactos con las estructuras de hormigón, las exigencias 7

 

en cuanto a homogeneidad en un tipo de material compactado y otras que han hecho que en la práctica moderna de construcción sea raro un caso de sifonamiento por el terraplén. No obstante, los casos de sifonamiento por la base son de los más difíciles de prever y controlar, y de hecho han sido de este tipo (sifonamiento en la base) los que se han presentado en Cuba en las presas Laguna Grande y La Paila, sin que en las mismas se produjese un fallo catastrófico (Armas and Horta 1987). 1987).

1.4.3 Particularidades del sifonamiento en suelos dispersivos En los últimos años se ha descubierto que también algunos suelos arcillosos y homogéneos pueden sufrir sifonamiento. En general se debe a que este tipo de suelo tiene un contenido de sodio (Na) disuelto en el agua intersticial mayor que el de los suelos ordinarios y está formado por una estructura dispersa, de la cual toma el nombre de “arcillas dispersivas”. El dispersivas”. El mismo se erosiona mediante un proceso en el que las partículas coloidales de arcilla se quedan en suspensión en el agua, provocando la falla por sifonamiento, aún bajo gradientes hidráulicos bajos y filtros bien diseñados. Dado a estos suelos en la naturaleza se explica la causa de falla de muchas presas, que por estar cimentadas en arcillas homogéneas no parecían tener causas lógicas para el sifonamiento. La existencia de estos tipo de suelos “arcillas dispersivas”  dispersivas”  asociadas a fallas por sifonamiento en presas de tierras fue reconocida por primera vez en Australia a principios de la década de 1960, aunque con más de 20 años de anterioridad a dicha fecha, diferentes científicos dedicados al estudio de los suelos conocieron que las arcillas sódicas eran responsables de muchos problemas de erosión en estructuras y suelos agrícolas, siendo descritas como suelos dispersivos (Armas, Martínez et al. 2005).. 2005) Las sales pueden encontrarse en los suelos y las rocas en estado sólido, disperso, en forma de concreciones, intercalaciones o disueltas en el agua de los poros. En este último caso se debe prestar atención, ya que el contenido relativo de sodio en el agua de los poros o intersticial es uno de los factores principales que gobierna la dispersión.

8

 

El alto contenido de sodio provoca que en la disposición estructural de estos suelos predominen las fuerzas de repulsión entre partículas, llevando un arreglo de éstas de forma paralela que se denomina estructura orientada o dispersa. La influencia de las sales disueltas sobre las propiedades del suelo se asocia a la composición catiónica (Na+, K +, Mg2+ y Ca 2+) y por ese orden el grado de dispersión decrece. Con el aumento de las sales en el agua de los poros generalmente se produce la neutralización de las propiedades arcillosas de los suelos. Además, variando artificialmente la concentración y la composición de esta agua, se puede lograr un cambio en las propiedades físicas y mecánicas de los suelos (Armas, Martínez et al. 2005) 2005)..  Gracias al desarrollo de campo y laboratorio, se ha podido crear ensayos que se utilizan para la identificación de los suelos dispersivos, los cuales son:  

Desmenuzamiento.

 

Doble hidrómetro o de dispersión.

 

Determinación de las sales solubles en el agua de los poros agu agua a intersticial.

 

Pinhole.

Este último ensayo de laboratorio (Pinhole), propuesto por Sherard en 1976, es uno de los más usados por su fiabilidad. f iabilidad. En general la falla por sifonamiento debida a suelos dispersivos se presenta en el cuerpo de la presa. Existen muy pocos casos que esta se forme por debajo de sus cimientos. Esto se debe a que las aguas subterráneas con altos contenidos de sales impiden el lavado de los iones sodio en las arcillas dispersivas, y el reemplazo por aguas más limpias procedentes del embalse, permite que los suelos en la cimentación disminuyan su contenido de sodio en el agua de poro (Ramayo 2000) 2000)..  La historia ha demostrado que la utilización de suelos dispersivos en obras produce mayores riesgos, debido a la ocurrencia de probables sifonamientos superficiales y en los terraplenes; esto conlleva a que el control de estas obras sea riguroso y las medidas de seguridad sean claves. Por todo lo antes expuesto, bajo ningún concepto es recomendable el empleo los suelos dispersivos para la construcción de presas de materiales locales.  9

 

CAPÍTULO II:

10

 

2.

CAPÍTULO II: ESTUDIO DE CASOS

2.1 Introducción No es desconocido para nadie la importancia que tienen las presas para el desarrollo de la humanidad dada por sus múltiples usos que van desde: abastecimiento de agua, protección contra inundaciones, generación de energía eléctrica, recreación, cría de peces, entre otros. Como tampoco lo es el hecho de las consecuencias catastróficas aguas abajo que podría provocar el fallo de una presa, razón por la cual es indispensable que la presa sea estable y segura. Las presas constituyen obras hidráulicas de un nivel complejo. El hombre fue capaz de construirlas a gran escala solo cuando alcanzó un loable desarrollo en la rama de la hidráulica, específicamente en la hidrología, y un dominio de la mecánica de suelo (sobre todo en el caso de las presas de materiales locales), no conseguido antes del siglo XX (Reséndiz 1988) 1988)..  A esta característica, de elevada complejidad de las obras, se suma el hecho que, el estudio geológico no se puede considerar como una variante simple, ya que se trata de un conjunto de componentes que presentan interrelaciones de gran importancia, que lo configuran como elemento complejo (Pinedo, Gonzáles et al. 1995). 1995). Muchos de los conocimientos que se emplean en la actualidad sobre el comportamiento de las presas de materiales sueltos es producto de la experiencia adquirida en el transcurso del tiempo dado por el análisis de los casos de patologías y accidentes que se han presentado. Producto de estos, muchas personas han sido víctimas en el mundo; por lo que cada día representa un reto para los ingenieros la construcción y mantenimiento de presas. Es fundamental la aplicación de estos conocimientos en proyectos, sistemas de mantenimiento y planes de observación, estos últimos con la función de lograr una alerta temprana de indicios de comportamientos deficientes en dichas obras. En este capítulo se recopilarán varios casos de fallos parciales o totales de presas por sifonamiento, fundamentalmente en Cuba.

11

 

2.2 Presa Las Cabreras Cabreras 2.2.1 Características del conjunto hidráulico La presa Las Cabreras se encuentra ubicada al norte de Guáimaro, en la provincia de Camagüey. Esta presa fue diseñada y construida con la finalidad de beneficiar con sus aguas al sistema de riego de la Empresa de Cultivos Varios de Camalote, objetivo de vital importancia para el abastecimiento de viandas y vegetales a los municipios de Nuevitas y Camagüey. La cuenca principal de dicha presa tiene como afluentes los ríos Las Cabreras y Salvial. El dique de la presa Las Cabreras alcanza una longitud de 3725 m y está formado por secciones heterogéneas de arenas arcillosas, arcillas arenosas y arcillas, estas, últimas utilizadas en la construcción del dentellón. El terraplén tiene una altura máxima de 12,2 m y su capacidad de embalse asciende a 12,35 millones de m 3. Esta obra está construida sobre depósitos aluviales (en discusión) representados principalmente por arcillas y arenas arcillosas y en zonas con ocurrencia de rocas intrusivas, predominando los granitoides (Armas, M Martínez artínez et al. 2005) 2005).. 

2.2.2 Antecedentes  Antes de 1993, en el terraplén de la presa se habían registrado deformaciones con gran intensidad en diferentes zonas. Estas deformaciones fueron provocando un deterioro acelerado de la cortina, en un corto período de explotación. Cada efecto de este fenómeno mostraba sus particularidades de acuerdo con el lugar de ocurrencia en la cortina, características ingeniero-geológicas del material de construcción utilizado, diseño del talud de la cortina, la existencia o no de revestimiento de capa vegetal. En las inspecciones realizadas se encontraron en el talud aguas abajo y la corona, particulares formas de erosión expresadas a través de cárcavas, cavidades y oquedades producidas, producidas, evidentemente, por el agua de lluvias. Sin embargo, en el talud agua arriba la situación era algo diferente, ya que inciden otros factores como la acción de la ola y la dirección del viento. En el transcurso de poco tiempo el talud mojado de la presa fue perdiendo su conformación, llegando a producirse escalones de erosión en correspondencia con el nivel de aguas en el embalse y cortes abruptos por el desprendimiento de los materiales compactados, en

12

 

forma de bloques de diferentes tamaños. Estos representaban los primeros síntomas de que podría producirse una falla en la presa.

2.2.3 Falla de la presa No fue hasta finales de junio de 1993 que se produjo, después de intensas lluvias, la rotura del dique de la presa Las Cabreras, a 36 m del canal de salida, en la margen izquierda, con una abertura final de aproximadamente 50 m de longitud, socavándose en la base hasta 5 m de profundidad. Algunos de los testimonios de personas que alertaron de la inminente rotura aseguran que todo comenzó con una filtración por el cuerpo de la presa, ubicada en el talud aguas abajo por encima de la base, y que fue aumentando rápidamente debido a la concentración del flujo. Por lo índices de lo ocurrido, evidentemente nos encontramos ante una falla por sifonamiento con una ruptura total de un tramo de la cortina, por primera vez reportada en Cuba. Las investigaciones de laboratorio y campo desarrolladas por la Empresa de investigaciones y Proyectos Hidráulicos de Camagüey se dirigieron a buscar la causa que dio origen a esta falla por sifonamiento. Los resultados obtenidos de la investigación mostraron la presencia de suelos dispersivos en dicha obra hidráulica, por esto queda registrada la presa Las Cabreras como un caso histórico más de presas que han fallado por sifonamiento, debido a los efectos de este tipo de suelo. En Cuba se reconoce como la primera falla total por sifonamiento y la primera falla ocurrida producto de la existencia de los suelos dispersivos. En este caso el fallo de la presa Las Cabreras producto del sifonamiento inducido por los suelos dispersivos fue total.

13

 

2.3 Presa Zaza 2.3.1 Características del conjunto hidráulico La presa Zaza es considerada la presa más grande de Cuba, se encuentra ubicada al sur de la provincial de Sancti Spíritus. Esta fue diseñada y construida con la finalidad de abastecer al riego de cultivos varios. Su afluente principal es el río Zaza. La presa Zaza alcanza una longitud en la corona de 3295 m, esta es una presa mixta que está formada por arcilla es su interior y presenta un revestimiento aguas arriba de losas de hormigón. El terraplén tiene una altura máxima de 38,50 m y su capacidad de embalse asciende a 1020 millones de m 3 (Pérez 2013) 2013)..

2.3.2 Antecedentes En la presa han ocurrido filtraciones prácticamente desde su construcción en 1972. En un inicio no eran significativas, pero con el tiempo fueron aumentando y pasando a ser alarmantes. Estas filtraciones trajeron consigo deformaciones en algunas zonas de la cortina y varios deslizamientos en el talud aguas abajo, los cuales fueron aumentando con el tiempo. En las inspecciones realizadas por el cuerpo de ingenieros dado el aumento progresivo de las filtraciones, llegando a sobrepasar los 80 l/s, se comenzaron a detectar en algunas zonas el arrastre de partículas del suelo. Estos representaban los primeros síntomas de ocurrencia de una falla por sifonamiento en la presa.

2.3.3 Falla de la presa La presa Zaza fue una gran proeza para la nación, dada la poca experiencia de los ingenieros y las características que presentaba la misma. La construcción y puesta en explotación estuvo marcada por fallos parciales o anomalías. Lo que hoy en día demuestra la satisfacción plena de una buena solución ingenieril. A continuación se detallan las anomalías presentadas en la presa Zaza.  

En el año 1972 en plena etapa c constructiva, onstructiva, debi debido do a un llen llenado ado rápido de la presa, se produce la rotura de los tubos de desagüe, los cuales se habían empleado para el desvió del río, por lo que la presa estuvo próxima a un fallo total. Dada la relevancia de la obra el problema fue solucionado. 14

 

 

A inicios de puest puesta a en explotación la obra, el emb embalse alse se mantuvo un período e en n cotas medias y bajas hasta octubre de 1978 cuando ocurre el primer llenado registrándose un volumen de 1007 Hm 3. A partir de ese momento en la presa se registraron filtraciones, ubicadas entre las Est. 14+00 a la Est. 19+00, las cuales fueron incrementando progresivamente, trayendo consigo un deslizamiento en el talud seco en una longitud de 500 m y asentamientos de magnitudes considerables en la corona, por lo cual fue justificada la construcción de un espaldón rocoso desde la Est. 10+00 hasta la Est. 28+00 y el aumento de la corona y el parapeto.

 

En septiembre de 1981 marcados p procesos rocesos de filtración dieron paso al sifonamiento en la obra, el cual fue registrado a unos 80 m aguas abajo del talud seco entre las Est. 8+00 a la Est. 9+00, los gastos de filtración cada vez eran más significativos, llegando a valores de hasta 120 l/s.

 

En el año 1999, luego de un período de intensa sequía, ocurrido desde el año 3

anterior en el que el embalse se deprimió a 160 Hm , ocurre el huracán Irene en octubre con intensas lluvias que provocó que el embalse se llenara rápidamente y se activara la zona de filtraciones que existió con anterioridad con registros de 136 l/s, ocurriendo además, arrastre de partículas y el surgimiento de grifones en un área próximo al pie de talud seco. Poniendo en riesgo la estabilidad del embalse. Dada estas anomalías cada vez más crecientes en la presa, se hacía imperante encontrar una solución, por lo que comenzaron las investigaciones de campo, para verificar la existencia de la falla por sifonamiento y ver el estado real en que se encontraba la obra. Las investigaciones comenzaron con el corte ingeniero geológico de la zonas, dando como resultados la conformación del perfil ingeniero geológico (Figura 2.1),   en el mismo se observa, cómo se logra establecer el contorno del elemento señalado en rojo, nombrado capa 2, el que se asocia al problema de d e las filtraciones.

15

 

Figura 2.1 Perfil Ingeniero geológico, con la zona afectada en la margen izquierda de la presa Zaza (Pérez 2013). 2013). 

Dentro de los resultados arrojados de la pruebas se destacan las altas permeabilidades encontradas en el proceso de recuperación de los testigos en la capa 2 o zona afectada, en cambio en los alrededores de dicha zona las permeabilidades eran bajas.

 Además de estas pruebas se realizaron pruebas de filtración in situ, ensayos físicos mecánicos de los suelos a nivel de laboratorio, análisis químicos al agua y a los suelos. Todas estas pruebas realizadas concordaban con los resultados del perfil ingeniero geológico, dando a conocer la siguiente hipótesis del proceso de sifonamiento. Se puede afirmar que las fugas se originaron al aflorar o ubicarse muy cerca de la superficie del terreno, una capa gruesa con cierta continuidad y potencia que permitió el paso del agua, que a su vez intercambió químicamente con el medio, incorporando a su composición el bicarbonato y el calcio que fue diluyendo el suelo produciéndose un sifonamiento inducido por gradientes bajos en una primera etapa, combinado con uno de mayores gradientes. Este proceso fue abriendo conductos que permitieron el aumento aum ento de la velocidad y con ello el arrastre de partículas o sifonamiento mecánico de los finos de baja cohesión presentes en la matriz, lo que dejó el camino más libre de una forma sostenida y creciente al flujo establecido, que a su paso, ha reemplazado parte de las partículas por el lodo presente en su interior.

Dada la confirmación de dicha falla, era el momento de aplicar una solución que fuera económica y eficiente al mismo tiempo para la pronta reparación de la presa Zaza.

16

 

2.4 Presa Teton 2.4.1 Características del conjunto hidráulico La presa Teton se encuentra ubicada cerca de las ciudades Newdale y Rexburg en el estado Idaho, Estados Unidos (EEUU). Esta presa fue diseñada y construida por el gobierno federal con el objetivo de proveer agua para la irrigación, control de inundaciones, generación de energía eléctrica y recreación. Su afluente principal es el rio Teton. La corona alcanza una longitud de 975,36 m y está formada en su núcleo por una mezcla de arcilla, limo, arena, grava y adoquines bien compactado por apisonamiento con rodillos, con una cubierta de cuatro capas adicionales de materiales rocosos de diversa índole. La presa tiene una altura máxima de 92,64 m y su capacidad de embalse asciende aproximadamente a 246,70 millones de m 3. La obra está asentada sobre riolita y algunas tobas y rocas volcánicas de la época terciaria.

2.4.2 Antecedentes La construcción de la presa Teton comenzó en febrero de 1972 con un período de construcción de 3 años, culminando en noviembre de 1975. Durante los primeros meses de construcción el río fue desviado y comenzaron las tareas de excavación del aliviadero, de tipo trinchera con su sección vertedora y el tratamiento a la cimentación. En este último, dado que la cimentación de la presa era ampliamente fisurada y permeable, se realizaron trabajos de impermeabilización como; vertidos de lechada y versiones de inyección a presión, pero los mismos desgraciadamente no fueron sistemáticos. En el proceso constructivo no se encontraron indicios a simple vista de que se pudiera producir alguna falla, pero los estudios geológicos realizados advertían del tratado que requerían los suelos presentes tanto en el cimiento como la cortina. No obstante a esto, la compactación del núcleo fue mayor en el lado seco, contando con que el núcleo tenía un contenido bajo de arcilla, esto hacía que el material fuera inestable y que estuviera propenso al colapso bajo la acción de la humedad. Además de la ausencia de filtros de drenaje de la presa. Esto sin más representaba una bomba de tiempo. 17

 

2.4.3 Falla de la presa Terminada la presa en noviembre de 1975, comenzaba la etapa de llenado para su posterior explotación. No fue hasta principios de junio 1976 que se produjo, durante su primer llenado, la rotura del dique. La causa del desastre fue la riolita fisurada de la cimentación que provocó la infiltración del agua bajo la presa, causando un proceso de erosión interna en el material loésico del núcleo de la cortina. En el proceso el agua infiltrada fue perforando el talud aguas abajo, el agujero se fue agrandando progresivamente hasta que vino la catástrofe, la misma no se pudo evitar. En la Figura 2.2 se muestra la evolución de la falla, hasta llegar a la catástrofe.

2014)..  Figura 2.2 Sifonamiento en desarrollo hasta llegar a la catástrofe (presa Teton) (Días 2014)

En este caso el fallo de la presa fue catastrófico. Producto de esto la presa Teton constituye en la actualidad uno de los ejemplos que debe tomar le ingeniero de presas para no cometer los mismos errores, cumpliendo debidamente con los requerimientos constructivos actuales de presas. 

18

 

2.5 Presa No.5 del conjunto hidráulico hidráulico las Majaguas 2.5.1 Características del conjunto hidráulico El conjunto hidráulico las Majaguas se encuentra ubicado a 2 km de San Rafael de Onoto, Estado Portuguesa, Venezuela. El mismo se encuentra integrado por nueve presas. Este embalse fue creado con el objetivo de proveer agua para la irrigación, control de inundaciones, recreación y piscicultura. El embalse al no tener cuenca propia se alimenta de sendas desviadas de los ríos Cojedes y Sarare, por lo que el llenado puede hacerse a voluntad. En específico la presa No.5, tiene una longitud de corona de 430 m y al igual que las demás, es de tierra, homogénea, constituida por una arcilla limosa de color amarillento, con un cierto contenido de grava y arena. La misma tiene una altura máxima de 16 m, con la cresta en la cota 255,35 msnm y su capacidad de embalse al nivel normal es de 304 millones de m 3. El talud aguas arriba tiene una pendiente 3,0:1 y está protegido con enrocado de cantera, mientras que el talud aguas abajo tiene una pendiente 2,5:1 y está protegido con grava gruesa y cantos rodados. La presa posee un dren horizontal de arena en el espaldón de aguas abajo, para interceptar las filtraciones. La fundación en el valle consiste en limos arenosos, limos arcillosos, y arenas finas limosas, interceptadas por un dentellón; y en los l os estribos en filitas cuarzosas.

2.5.2 Antecedentes La construcción completa del conjunto hidráulico Las Majaguas se realizó en el período de 1958 a 1961. Durante el proceso constructivo de las nueve presas y los primeros años de puesta en explotación, pese a la magnitud de la obra, en el conjunto hidráulico no hubo ningún incidente, ni se produjeron índices de una posible falla en la misma. Solo se encontraron algunas anomalías en algunas de las nueve presas, pero no se tuvieron en cuenta dada las pequeñeces de las mismas, por lo que todo marchaba bien.

2.5.3 Falla de la presa La construcción de este complejo fue una gran hazaña por parte de los ingenieros encargados, dada la cantidad de presas construidas en tan poco tiempo. La misma representaba un gran paso de aumento en la economía, puesto que traería beneficios considerables a la región. Al no presentar problemas los primeros años de explotación, 19

 

no se pensó por ningún motivo que pudieran ocurrir fallas en las mismas. Esto cambio 17 años después. En el año1984, se produjo un hundimiento en forma de cráter circular en la cresta de la Presa N° 5, hacia el estribo izquierdo, cerca de la obra de toma. El hundimiento tenía 1,50 m de diámetro, 30 - 40 cm de profundidad, y estaba acompañando por una serie de oquedades en el talud aguas abajo de la presa, las cuales penetraban en profundidad en el terraplén. Eran los primeros índices de que podía fallar la presa. En la figura 2.3 se muestra una vista aérea de la Presa No.5, indicando en la misma el área problemática.

2002).  Figura 2.3 Vista aérea de la presa No.5 (Tejera 2002).

Debido a los problemas indicados, en el año de 1987 se procedió a realizar trabajos tr abajos de reparación de los daños existentes. La reparación consistió en la excavación del material superficial del talud aguas abajo de la Presa N° 5, en forma terraceada, y la colocación de material compactado de características similares al excavado (procedente del mismo préstamo). El material arcillo - limoso compactado fue recubierto con una capa de grava gruesa y cantos rodados, como protección contra la erosión superficial. Las reparaciones fueron efectuadas en una extensión de aproximadamente 200 m, a lo largo de la presa, a partir del estribo izquierdo (Tejera 2002).. 2002) Pasado un año de la primera reparación en 1988, volvieron a aparecer los problemas anteriores, pero en esta vez con aumentos considerables. Se detectó la presencia de un cráter de 3 m de diámetro y 1 m de profundidad en las inmediaciones de la caseta 20

 

de acceso a la cámara de compuertas de la obra de toma, en el borde de la cresta de la presa con el talud aguas abajo. Para el mes de junio de 1989 la situación se había agravado. El cráter ya tenía 2,85 m de profundidad, antes de que ocurriera el derrumbe de sus paredes. Hacia la parte media e inferior del talud aguas abajo, en la misma zona en que se encontraba el cráter, se observó la presencia de varias cavernas de 10 a 20 cm de diámetro, las cuales penetraban de forma casi horizontal, en profundidad, en el material arcillo - limoso del terraplén. En cada una de las cavernas se observó salida del material de la presa, el cual tenía un color marrón amarillento y había cubierto en algunos sitios la grava y cantos rodados de protección superficial del talud. Estos problemas también se presentaron en las presas No 1, 2 y 3 pero en menor medida. En la siguiente figura se muestran el cráter en la cresta y las cavernas en la parte inferior del talud, mostrándose en esta última los materiales arrastrados del terraplén aguas abajo de la presa No.5.

Figura 2.4  A la derecha se encuentra el cráter en la corona de la presa y a la izquierda una de las caverna encontradas al pie del talud aguas abajo (Tejera 2002) 2002).. 

Dado estas anomalías cada vez más crecientes en la presa, se hacía imperante encontrar una solución. Para eso se comenzaron a realizar investigaciones detalladas con el objetivo de detectar las causas de las mismas, las cuales eran desconocidas. Se tomaron muestras y se sometieron a varios ensayos en el proceso. Los resultados obtenidos indicaron que prácticamente todo el material que constituye el espaldón aguas abajo de la Presa No.5 (y probablemente todo el terraplén de esta presa), está 21

 

formado por suelos dispersivos en mayor o menor grado. Esto confirmo el patrón erosivo existente, por lo que se estaba en presencia de una falla por sifonamiento en suelos dispersivos. Es necesario destacar que en la época en que se elaboró el proyecto del Embalse Las Majaguas (1954 - 1958), y en el período en que se construyeron las obras (1958 1961), se desconocían los suelos dispersivos, lo que explica los problemas ocurridos. El hecho de que reiteradamente el problema persistía, a pesar de las reparaciones efectuadas en el talud, se debió a que en los trabajos de reparación se empleaban siempre los mismos materiales provenientes del préstamo utilizado para la construcción de la presa, el cual se encuentra situado inmediatamente aguas abajo de la misma, y está formado por arcillas dispersivas. En este caso el fallo de la presa No. 5 del conjunto hidráulico Las Majaguas producto del sifonamiento inducido por los suelos dispersivos fue parcial y el mismo fue solucionado sin problemas.

2.6 Presa A.V Watkins 2.6.1 Características del conjunto hidráulico La presa A.V. Watkins se encuentra ubicada al norte de Ogden, en el condado Weber, perteneciente al estado de Utah, Estados Unidos (EE.UU). La misma fue diseñada con el objetivo de abastecer de agua a este condado, y se encuentra ubicada dentro de la cuenca hidrográfica Weber.

La presa A. V. Watkins presenta una forma de U vista en planta y su cortina está formada por tierra homogénea. La altura máxima del embalse aproximadamente es de 12 m y su capacidad de embalse asciende a los 240 millones de m3.

2.6.2 Antecedentes Durante la construcción de la presa no se presentaron anomalías. En la etapa de explotación de la misma se evidenciaban en algunas zonas algunos indicios de erosión pero no se tuvo en cuenta dada la magnitud de las mismas. Esta situación de pasividad cambió de forma radical en la tarde del 13 de noviembre del 2006.

22

 

2.6.3 Falla de la presa En la tarde del 13 noviembre del 2006, un propietario de un terreno en las vecindades de la presa hizo una interesante e importante observación. El mismo había detectado en la zona Sureste de la misma la ocurrencia de grandes filtraciones producto de oquedades formadas en el talud aguas abajo. Al momento el problema fue reportado y esa misma noche se encontraban en el lugar los especialistas en seguridad de presas de alto nivel, investigadores y la organización al mando de la presa, nombrada The Weber Basin Water Conservancy District (WBWCD), el objetivo de todos los presentes era la evaluación del problema, para la búsqueda de una solución temporal. Estos trabajos comenzaron esa misma noche. En la zona dañada se realizaron pruebas de campo, con el objetivo de investigar la magnitud de dichas filtraciones en víspera de una encontrar una solución inmediata de manera eficiente. Los resultados demostraron que el gasto de filtración que estaba pasando por el talud aguas abajo de la presa estaba entre los 7,0 y los 10,0 l/s, por lo que estas tenían que ser atacadas a tiempo, puesto que podrían aumentar en un corto período, produciendo una liberación incontrolada de gran magnitud, la cual llevaría al fallo total de la presa. En el momento en que se detectaron las filtraciones, el embalse Willard Bay estaba aproximadamente al 80 por ciento de su capacidad total de llenado, almacenando aproximadamente unos 216 millones de m3  de agua. Por lo que para evitar una liberación incontrolada por parte del embalse en la zona afectada, se tomó la decisión de reducir el nivel del embalse a partir de la liberación del agua por la obra de toma ubicada en el Gran Lago Salado y por medio de bombas instaladas temporalmente en el mismo. Esto permitió el desarrollo de una mejor inspección del terraplén de la presa y de las zonas de infiltración por parte de los ingenieros y geólogos al mando. Las inspecciones realizadas revelaron un área de aproximadamente de 45 m de ancho, la cual fue de preocupación para los ingenieros al mando ya que en la misma se encontraban oquedades formadas por la erosión hacia el interior de la presa. Las oquedades presentaban presentaban tamaños entre 0,50 a 1,50 m de diámetro, los cuales dada sus magnitudes eran alarmantes (Demars and B.R 2009) 2009)..

23

 

Todos estos índices y pruebas realizadas dejaban claro que la causa de falla parcial en la presa A.V. Watkins era el sifonamiento. Gracias al equipo de recuperación y a la WBWCD esta falla no paso a males mayores producto de la pronta respuesta, poniendo en marcha un plan de emergencia que permitió a los funcionarios de ambos organismos a seguir los procesos establecidos, incluida la notificación de las autoridades de emergencia Box Elder y el Condado de Weber.

24

 

2.7 Caso especial El caso que se referencia a continuación, se ha tomado como caso especial, dado las características presentadas en el mismo. Es necesario destacar que parte de los datos son desconocidos desconocidos..

2.7.1 Falla de de la presa en Santo Domingo El fallo de la presa en Santo Domingo, República Dominicana fue por sifonamiento, pero lo curioso es que no falló ni la cortina, ni el cimiento, el fallo se debió a los suelos presentes en la ladera, la cual estaba formada por margas arenosas y arenas aluvionales. Producto del fallo de la ladera, la presa fue vaciada. La siguiente imagen es una prueba de lo ocurrido y pone en alto la importancia de los estudios ingeniero –geológicos  –geológicos en las zonas cercanas a la presa.

Figura 2.5 Oquedad formada por el fallo por sifonamiento en la ladera de la presa en Santo Domingo

Este caso muestra como los suelos naturales, también son propensos a fallar producto del sifonamiento. 25

 

CAPÍTULO III:

26

 

3.

CAPÍTULO III: PROPUESTA DE SOLUCIÓN

3.1 Introducción En el mundo la temática de seguridad de presas es un asunto de gran importancia y a pesar de que la construcción de nuevas presas haya disminuido en la mayoría de los países, sigue existiendo una gran cantidad en explotación, de las cuales muchas están prontas a la vida útil para la cual fueron concebidas, de ahí que sin el mantenimiento e inspecciones continuas en las mismas, no sería posible prever anomalías o fallas, acarreando significativas consecuencias ambientales, económicas y sociales. Dado al impacto devastador del fallo de dichas estructuras, desde hace un tiempo se han realizado avances en las metodologías de la construcción y la tecnología, influenciados por los desastres ocurridos en las presas y estructuras de contención de aguas en el mundo, se han creado diversas recomendaciones constructivas y medidas de protección para el tratamiento de las filtraciones en el cuerpo y cimentaciones de presa, ejemplo de estas medidas tomadas son las pantallas (cutoff walls) o barreras de infiltración, inyecciones, muros de diafragmas, drenajes. Es necesario destacar que la ingeniería nunca se ha limitado a una sola variante para solucionar problemas, todo está en función de las características presentes en el lugar, los recursos disponibles y la economía. Estos métodos se han diversificado cada vez más en su ejecución y por sí solos han demostrado ser muy eficientes a la hora de remediar problemas de sifonamiento en presas de tierra. Esta falla, mencionada con anterioridad, es la segunda de mayor ocurrencia en el mundo, muchas de estas presas han fallado de forma total o parcialmente, en el caso de las parciales se le ha encontrado solución a tiempo. Debido a tales sucesos surge la siguiente interrogante ¿cómo solucionar el sifonamiento en la etapa constructiva de la presa y cuáles son las medidas de protección más frecuentes? Estas preguntas serán resueltas en este capítulo, el cual profundizará además en las inyecciones y en el método de pared de diafragma como medidas de protección a dicha falla.

26

 

3.2 Recomendaciones constructivas constructivas para evitar el sifonamiento Basado en la experiencia de la construcción de presas de tierra en el mundo, hoy en día se da el ordenamiento que debe seguir cada proyecto y las medidas a tener en cuenta en cada caso para evitar las fallas catastróficas, priorizando en todo momento del proyecto las medidas de selección de los materiales a utilizar y cómo compactarlos para garantizar que no se produzcan fallas en la obra. Según el orden de ocurrencia, una de las principales causas de falla es el sifonamiento, la misma es conocida por la posibilidad de ocurrencia tanto en el terraplén como en el cimiento de la presa. Es por esto que muchos de los requerimientos constructivos que se exigen en las presas de tierra, están encaminados a la disminución de la posibilidad del sifonamiento; ejemplo de lo anterior son las especificaciones de humedad y peso específico seco para los suelos en contacto con las estructuras de hormigón, tales como ductos o tubos, las cuales son zonas preferenciales para la ocurrencia de dicho fenómeno. También las exigencias en cuanto a homogeneidad del terraplén, evitando zonas potenciales de flujo, entre otras que se mencionarán en lo adelante.

Recomendaciones constructivas:  

Utilizar s suelos uelos plá plásticos sticos en la medida de lo posible, Ip   15 %, que son suelos no propensos al agrietamiento como origen del sifonamiento mecánico, o sea, resistentes a la formación de oquedades.

 

Compactar con h humedades umedades en un rango de v valores alores entre   2 % de la humedad óptima del Proctor Estándar y grados de compactación por encima del 90 % de dicha energía, para reducir al mínimo posible la permeabilidad del suelo.

 

Si los suelos tienen Ip  < 15 %, entonces el suelo se considera propenso al sifonamiento y solo nos queda, como medida para evitar este fenómeno, aplicar energía de compactación baja.

 

Se debe realizar una b buena uena c compactación ompactación en el terraplén, específicamente cerca de los muros o superficies de hormigón, tales como ductos o tubos, evitando dejar en el mismo, capas sueltas y flojas, las cuales propician el arrastre de partículas dentro del cuerpo de la presa.

27

 

 

Utilización de elementos contra filtraciones, que corten el flujo de filtración a través de los estratos permeables que se encuentran en la cimentación de la obra, dado a la frecuencia que tiene el sifonamiento en esta zona producto de la l a estratificación errática que presentan los suelos en la naturaleza.

Cabe destacar que las recomendaciones anteriores serán válidas siempre que se esté en presencia de suelos “no dispersivos”, en caso contrario sería insuficiente sería  insuficiente cualquier medida que se tome. Es por ello la importancia que tienen las investigaciones ingeniero-geológica, de utilizar métodos que permitan detectar este tipo de suelos, en los cuales la falla por sifonamiento es inevitable (Armas 1990). 1990). 

3.3 Medidas específicas de protección contra contra el sifonamiento.  A parte de los ya mencionados requerimientos constructivos sobre homogeneidad del terraplén y grado de compactación, la práctica moderna de diseño y construcción de presas incluye medidas que tienden a evitar el sifonamiento, las cuales se muestran a continuación (Armas and Horta 1987) 1987)..  a) Disminución de dell gradiente hidráulico bajo la presa. El disminuir el gradiente hidráulico bajo la presa permite la reducción de la velocidad del agua, aminorando la posibilidad del arrastre de partículas en la misma y la ocurrencia de dicha falla. Formas de disminuir el gradiente hidráulico bajo la presa:  

Creación de dentellones, pant pantallas, allas, parede paredes s de suelo, tabla tablaestacas, estacas, en entre tre otras estructuras, que corte total o parcialmente la capa permeable de la presa, interrumpiendo el flujo de filtración de la misma.

 

Colocación de un dela delantal ntal impe impermeable, rmeable, para alargar el recorrid recorrido o de dell ag agua. ua.

 

Creación de cortinas de iny inyección ección en los cas casos os que la capa permeable s sea ea muy profunda.

b) Control de la salida de dell agua, de modo q que ue no se produz produzcan can arrastres de pa partículas rtículas del suelo.

El control de la salida del agua es una de los principales requisitos una vez que se vaya a proyectar una presa, puesto que este permite la disminución de las presiones 28

 

de poro en las zonas donde se instalan y por tanto aumenta la resistencia del suelo, de no contemplarse se produciría el arrastre de partículas del suelo en la presa provocando la falla. Formas de controlar la salida del agua:  

Colocación de drenajes con filtros invertidos, como drena drenajes jes al pie de talud, colchón de drenaje, prismas de drenaje.

 

Creación de cap capas as de drenaje compuestas por arena y grava, en cas caso o de filtraciones que descarguen uniformemente sobre un área extensa y plana.

 

Creación de trincheras de drenaje rellenas con filtros grad graduados, uados, las c cuales uales canalizan las filtraciones, en los casos que la filtración se produzca en forma de algunos salideros concentrados.

 

Creación de túneles de drenajes y pozos de alivio para controlar las filtraciones antes de que las mismas lleguen a la superficie.

Como se evidencia existen diversas formas para el logro de dichas medidas, la decisión depende fundamentalmente de las características presentes, de los recursos disponibles en el lugar y de una evaluación de alternativas, la cual se realiza en la etapa de diseño, donde se selecciona la que logre la mejor combinación de seguridad y economía, de ahí que se puedan aplicar en una obra más de una forma de protección contra el sifonamiento. Estas formas pueden que no sean las únicas que se han implantado en el mundo, pero se ha demostrado que son muy eficientes una vez ejecutadas.

3.4 Generalidades de la solución al sifonamiento mediante inyeccion inyecciones. es.  Al producirse la falla por sifonamiento en el interior de una presa, un conjunto de partículas de suelo son removidas producto de la velocidad que llega alcanzar el agua, ya sea tanto en el propio cuerpo de la presa como en el cimiento. Si la erosión continúa, es necesario la pronta interrupción del flujo de filtración o la sustitución del material perdido en la presa. Una forma de realizar estas tareas es a partir de las inyecciones, donde en dependencia de las necesidades a cumplir se seleccionará el material a inyectar. Los tipos de inyecciones de lechada básicamente se pueden dividir en dos grupos: 29

 

1. Inyecciones de lec lechada hada de tipo duras duras.. 2. Inyecciones de lec lechada hada de tipo flex flexibles. ibles. La lechada (mezcla) de endurecimiento involucra cemento o silicatos sódicos. El cemento se une a la lechada, creando una intrusión dura, impermeable capaz de llenar los vacíos en la presa. En cambio, las lechadas de tipo flexibles no contienen cemento para unificar los materiales, por lo que se aplican técnicas de compactación, las cuales le ofrecen mayores ventajas, el material en cuestión, es el suelo compuesto por partículas de diversos tamaños (Lagerlund 2009) 2009)..  En lo adelante se presentarán diversos métodos de inyección. Como se destacó anteriormente las técnicas a emplear dependen del objetivo que se persiga en cuestión y de las características geológicas presentes en el lugar de estudio, por lo que es de vital importancia conocer que problemas diferentes requieren soluciones diferentes.

Los objetivos principales del trabajo utilizando las inyecciones de lechada son:  

Sellar la fuga.

 

Reparar el daño.

El primer paso se hace a menudo con una lechada gruesa, endurecedora, la cual detiene las filtraciones y le da paso al segundo, el cual reparara los daños. Es necesario conocer la magnitud de la fuga antes para escoger la decisión a tomar, puesto que en algunos casos el primer paso se hace innecesario.

3.5 Métodos de inyección como como solución al sifonamiento La mayor parte de los métodos descritos son ampliamente usados en la actualidad. Es importante saber que todos los métodos no han sido implementados solamente en presas, pero todos tienen en común que incluyen trabajos de inyección.

Métodos de inyección:  

Inyección de impermeabilización

 

Inyección de fractura

 

Inyección de compactación

 

Inyección de suelo

 

Inyección inerte   Inyección a presión 30

 

 

Pared de diafragma 

En la siguiente figura se muestran algunos de los métodos.

Figura 3.1 Tipos diferentes de método de las inyecciones. De izquierda a derecha: Inyección de impermeabilización, Inyección de fractura, Inyección a presión, Mixta e Inyección de compactación (Lagerlund 2009). 2009). 

3.5.1 Inyección de impermeabilización La inyección de impermeabilización es muy usada en terrenos permeables. La lechada utilizada presenta una proporción alta de agua/cemento la cual penetra en los poros del suelo y endurece con el tiempo. En caso de inyectar controlando el agua, se deberían llenar los poros completamente. Si lo que se desea es fortalecer operaciones de un grado inferior de relleno, este método es considerado aceptable. El mecanismo primario de mejora para el fortalecimiento de operaciones es a través de la adherencia que une las partículas del terreno. En la práctica las partículas de la lechada no deberían ser mayores que la quinta parte del tamaño de los poros del suelo para asegurar que la penetración sea correcta. Este método es efectivo para terrenos con permeabilidad mayor que 10 -6 m/s. Si es usado en terrenos de baja permeabilidad puede haber riesgos de fracturas, a partir de que la lechada no puede entrar en los poros (Lagerlund 2009) 2009).. El amplio uso del método de inyección de impermeabilización está basado en el reforzamiento a corto plazo, el cual es alcanzado durante el trabajo de construcción. Consecuentemente, la fuerza y la durabilidad de la masa inyectada solo se alcanza hasta al final de construidas. Este es un factor importante, como las lechadas de

31

 

solución química ofrecen resistencia a corto plazo, las mismas pueden ser utilizadas en las inyecciones.

3.5.1.1 Inyección de impermeabilización impermeabilización con soluciones soluciones químicas Una de las soluciones químicas más usada es el silicato de sodio. La función del mismo está dividida en dos pasos, uno es la penetración y el otro es el endurecimiento. El resultado de esta solución es muy parecida al agua de las lechadas comunes. Gracias a esto la solución química penetra en el terreno y hace su función con facilidad. La función primaria de fortalecimiento es a través de la aglomeración o cementación entre partículas. Uno de los inconvenientes de este método radica en la tendencia que tiene está solución a encogerse durante y después del proceso de solidificación. Este encogimiento en la lechada es altamente indeseable, ya que puede dejar sin tratamientos los poros en el suelo. Si el mismo es interrumpido en su fase de endurecimiento, que pudiese ocurrir debido al flujo grande de infiltración, la fase quedaría detenida y no se alcanzaría los objetivos del método. Por todo esto se debe tener especial cuidado en el trabajo de inyección.

3.5.1.2 Inyección de impermeabilización impermeabilización con cemento cemento La Inyección de impermeabilización con cemento también es usado, más comúnmente en forma de lechadas con cemento de altas resistencias. En dependencia del tipo de suelo se puede utilizar cemento común de grueso (d mín 0,4 mm). Las características de la lechada pueden controlarse por la variación del agua para fijar con cemento la proporción y aditivos diferentes en la mezcla. Esta es la regla general de mayor importancia en la mezcla (Lagerlund 2009) 2009)..

3.5.2 Inyección de fractura  Al utilizar el método de Inyección de fractura el terreno es intencionalmente fracturado. La lechada es inyectada bajo presión alta, así va creando grietas en el terreno, lo cual es sellado posteriormente por la propia mezcla. Después del procedimiento anterior la lechada tiende a endurecer. Este método realza la fuerza del terreno a través de una red de lentes interconectados en la lechada. También aminora la permeabilidad del

32

 

terreno desde el momento en que los lentes de la lechada detienen a la fuerza de infiltración a través del terreno.  A continuación se muestra en la figura los lentes de la lechada en el suelo, provocados por la penetración a alta presión en el suelo fracturado.

2004). Figura 3.2 Lentes de lechada en el terreno (Warner 2004).

La lechada por sí sola no puede manejar las fuerzas de tensión, por lo que son mezcladas con fibras de polímero. En el proceso de inyección, los pozos creados se encamisan con un conducto lleno de huecos espaciados a pequeños intervalos. Es necesario destacar que la mezcla se limita desde el inicio de la inyección para así impedir el exceso de fracturas en el terreno. La máxima dificultad del método Inyección de fractura es el problema de controlar la dirección de las fracturas en el terreno. Por lo que se debe tener en cuenta en el proceso de inyección, para asegurar que se cumplan los niveles pretendidos a alcanzar. Este método es usado muy a menudo en terrenos de baja permeabilidad debido a la naturaleza de fracturación, resultando efectivo. Sin embargo producto de la imposibilidad de controlar la fracturación en el suelo, el mismo resulta inadecuado, como un método remediador de presas, ya que existe el riesgo de que en el proceso se cree un puente entre el núcleo y el filtro, llegando a aumentar la erosión interna en la presa (Lagerlund 2009) 2009).. 

33

 

3.5.3 Inyección de compactación La inyección de compactación es muy usada a nivel mundial, su función no es más que la compactación del terreno dañado. Este método ha resultado ser muy versátil y aplicable a cualquier tipo de terreno, con mayor utilización en terrenos comprendidos entre las arenas y lodos. También puede ser utilizado en arcillas. Las precauciones a tener en cuenta deben ser tomadas después que la cavidad este llena, para evitar la fracturación del terreno. Este proceso requiere de un operador experto que aborde el trabajo de la inyección logrando en el proceso la presión deseada.  A continuación se muestra muestra en la figura 3.3 el proceso de Inyección de compactación.

Figura 3.3  Proceso de Inyección de compactación: 1. Cavidad, en las afueras esta holgadamente compactada. 2. Trabajo de perforación. 3. Inyección de la lechada. 4. Cavidad llena y el terreno adyacente es compactado (Lagerlund 2009). 2009).

En este caso la lechada es más densa en comparación con los métodos vistos con anterioridad. Este hecho le permite a la lechada experimentar un proceso de expansión radial parecido a un globo, como es mostrado en la figura anterior. Sin embargo la expansión puede causar problemas en el terreno original dado al esfuerzo cortante, provocado en la interfaz de la lechada en expansión y el terreno. Si el terreno original es altamente cohesivo podría ser fracturado, pero desde que el terreno alrededor de la cavidad está ya holgadamente compactado este problema puede ser considerado menos serio; puesto que la fracturación f racturación ya ha ocurrido.  Al igual que los demás métodos, es importante la forma en que es inyectada inyectada la lechada en el terreno. Su diferencia más significativa radica en el grado de compactación del terreno adyacente a la cavidad. 34

 

3.5.4 Inyección de suelo La Inyección de suelo tiene mucha similitud con el método Inyección de fractura. La diferencia principal radica en la composición de la lechada a utilizar. La lechada utilizada contiene arcilla, la cual es idónea para el trabajo, esto hace que el mismo sea menos costoso. Este método ha sido exitosamente usado en muchas presas. La arcilla por si sola inyectada correría el riesgo de ser lavada por la erosión interna, por lo que se le añade cemento formando la lechada. En la aplicación del método, el terreno es fracturado y posteriormente es sellado con la lechada. Una vez terminado el procedimiento correctamente, la permeabilidad en el área inyectada puede alcanzar valores en el orden de los 10-8 m/s (Lagerlund 2009) 2009).. Este método se puede realizar también en dos etapas, en la primera etapa se inyecta una lechada con menos contenido de arcilla, ya que esto le aumentará la proporción de agua al terreno original y en la segunda se aplicará una lechada que contiene mayor contenido de arcilla, para que penetre más fácilmente en el terreno original.

3.5.4.1 Bentonita como aditivo en la lechada La bentonita es hoy en día ampliamente usada en el mundo entero por sus características, por lo que se hace común como aditivo en la lechada. La misma no es más que una arcilla de naturaleza expansiva. Es utilizada como un aditivo para impedir separación durante el proceso de la lechada. La cantidad de bentonita a utilizar como un aditivo en la lechada, depende de la proporción agua/cemento que se emplee. En caso de lechadas formadas con una relación agua/cemento de 0,5, se agrega normalmente el 2% y para relaciones superiores, se agrega entre el 5,0 y el 7,0% Las mismas dadas a su conductividad hidráulica baja, son sensibles a la erosión. La bentonita basada en sodio varía entre 2,0*10-5 a 4,0*10-5 m/s; mientras que la bentonita basada en calcio varía entre 1,0*10 1, 0*10-5 a 2,0*10-5 m/s.  Por todo esto se debe prestar especial atención a la hora de la aplicación como aditivo en la lechada, al igual que a la cantidad de agua que le proporcione a la mezcla la densidad deseada. 35

 

3.5.5 Inyección inerte Un material inerte no le proporciona el aumento a cualquier clase de reacciones químicas en la lechada. Hoy en día se han realizado pruebas pilotos y el material utilizado ha sido la dolomita. La distribución del tamaño de las partículas durante estas pruebas ha sido el equivalente para partículas de ultra finas de cemento. Se demostró en las mismas que el grado de compactación puede ser controlado mediante la adición de superplastificantes usados para cemento armado e inyecciones (Lagerlund 2009) 2009).. Como se mencionó con anterioridad la lechada no experimenta reacciones químicas antes, durante y después de la inyección. La dolomita se mezcla con el agua y los superplastificantes para la posterior inyección con el objetivo que el material adquiera un mayor grado de compactación y sedimente. Es importante en este método reducir el agua excedente drásticamente. De otra manera el proceso de sedimentación y autocompresión no será efectivo.

3.5.6 Inyección a presión La inyección a presión es un método donde las estructuras finas del terreno son reemplazadas por partículas endurecidas producto de las altas presiones. Al aplicar la inyección la parte más gruesa forma una estructura nueva y más dura conjuntamente con la lechada. La metodología es taladrar un hueco en una posición determinada. Se coloca una barrena dentro del hueco la cual da vueltas alrededor de su propio eje y al hacer esto con la ayuda de agua y aire saca fuera los suelos dañados. Luego de esto un cemento o lechada de cemento / bentonita reemplazará los poros. El proceso entero es dócil por la utilización solo de una sola barrena. El producto final es un pilote formado por una estructura con una permeabilidad entre 10-7 y 10-9 m/s, la cual es básicamente el núcleo de una presa (Lagerlund 2009). 2009).  A continuación se muestra en la siguiente figura la resistencia final que adquieren dichas estructuras en distintos tipo de suelos.

36

 

Figura 3.4. Resistencia final alcanzada por las inyecciones del método Inyección a presión, en distintos tipos de suelo (Warner 2004). 2004).

Es necesario destacar que este método es menos adecuado para el caso de las arcillas, producto de su permeabilidad, como se muestra en la figura anterior. Otro inconveniente es la densidad del terreno, si es muy alta la extracción del agua excedente no se podrá realizar y el método no se completará.

3.6 Ventajas y desventajas de los métodos de inyección inyección  Al enfrentar problemas en presas de materiales locales debido al sifonamiento, es importante la correcta selección del método a utilizar, para esto es necesario conocer las ventajas y desventajas de cada uno de ellos, con el objetivo de crear posibles alternativas para una posterior evaluación de forma más detallada, la cual nos de la solución óptima y la más económica. Las mismas se mostrarán en forma resumida en la siguiente tabla. Tabla 3.1 Ventajas y desventajas de los métodos de inyección contra el sifonamiento.  

Método de inyección

Ventajas

Desventajas Durabilidad dudosa.

Inyección de impermeabilización

La inyección no daña la Dificultad de penetración de estructura original del la lechada en los poros y terreno oquedades antes de Más adecuado en terreno endurecer. con pérdidas de partículas Pérdida de volumen de la finas. lechada inyectada durante y después de endurecerse. 37

 

Inyección de fractura

Inyección a compresión

Inyección de Suelo

Inyección inerte

 Aminora la permeabilidad del terreno, así disminuye la Dificultades en el control velocidad y la tasa de de las fracturas. filtración. Las grietas no son buenas  Adecuado para terrenos de en la restauración del baja permeabilidad debido a núcleo de una presa. la naturaleza de fracturación. Compacta el terreno provocando la disminución de su permeabilidad.  Altas exigencias en el operador para no fracturar El pozo es efectivo para el terreno. cualquier tipo de terreno holgadamente compactado. Puede dañar la estructura interior de la presa Flexible. La lechada puede constar de materiales diversos. Se pueden materiales similares utilizar al del Fractura el terreno. núcleo de la presa como lechada. (normalmente Poca durabilidad en arcilla) dependencia de la relación agua / suelo El método es muy barato comparado con los otros. El material interactúa con el agua. Existe

Inyección a presión

un

inyectado no Es difícil el desagüe del químicamente agua en exceso.

proceso

El método no está bien de probado.

autocompactación. La permeabilidad final lograda es baja. Muy Dificultades con el desagüe parecida a la permeabilidad de las partículas finas. original del núcleo de la presa. La fuerza de los pilares dentro de la presa se El pozo de inyección es vuelve demasiado alta. efectivo para suelos dentro del rango de arenas y gravas.

38

 

3.6.1 Pared de diafragma El método de las paredes de diafragmas es una buena elección para la reparación de presas de tierras que sufren excesivos daños producto del sifonamiento. La aplicación de este método es bien conocida gracias al amplio uso en el trabajo de construcción común. El procedimiento de aplicación parte de una excavación a lo largo del eje de la presa, la cual se llenará continuamente de una lechada con bentonita como aditivo. En el proceso la lechada impedirá que la barrera de la trinchera colapse, esta lechada también puede contener cemento. Existen dos métodos de aplicación en el mundo, el primero es el método monofásico o de simple fase, el cual utiliza a la bentonita como elemento principal y el segundo un poco más avanzado es el método bifásico o de doble fase, donde la lechada original es reemplazada por cemento armado plástico. Es importante destacar que el método no necesariamente puede ser aplicable a una trinchera previamente excavada, también se pueden crear pozos, y luego inyectar la lechada con la bentonita, sería un caso de pilotes.

3.6.1.1 Método de fase simple o monofásico Este método puede ser utilizado en presas pequeñas donde las presiones del terreno son pequeñas. La lechada de cemento / bentonita usada durante la excavación queda para endurecer las paredes de la trinchera. La proporción de agua en la lechada está normalmente entre 250 –400%,  –400%, así el encogimiento ocurrirá antes de cubrir la lechada. Es importante saber que este encogimiento puede causar agrietamiento severo en la pared. El peso de la pared endurecida está entre 1,1 –  –1,2 1,2 t/m3, el cual indica el contenido de agua (Lagerlund 2009) 2009)..

3.6.1.2 Método de doble fase o bifásico La única diferencia entre ambos métodos es la sustitución en este último de la lechada original. La lechada es intercambiada por una mezcla de cemento, balasto, bentonita, agua y algunas veces polvo de cenizas. El cemento armado es colocado en la trinchera usando una tubería, para reemplazar la lechada. El modelado se hace en secciones con paneles pequeños, conectados entre sí.

39

 

El uso del método de doble fase tiene sus ventajas dentro de presas mayores y el trabajo ha sido realizado hasta 100m de profundidad. El producto final es menos sensible a la erosión y más fuerte comparado con el método monofásico (Lagerlund 2009).. 2009)

3.6.2 Ventajas y desventajas del método de pared pared de diafragma. Este método como se explicó con anterioridad es muy usado a nivel mundial por las ventajas que presenta el mismo, las cuales se muestran resumidas a continuación. Ventajas:  

Puede ser aplicado para grandes profundidades.

 

Trabaja bien con terrenos profundos con alta cohesión.

 

Pueden ser utiliz utilizados ados e en n caso de pres presas as con daños excesivos de sifona sifonamiento. miento.

Desventajas:  

El producto final está propenso al encogimiento.

 

Requiere recubrimientos a gran escala.

3.7 Proceso de inyección inyección Según los autores (Salvador and Castillo 1983) 1983) el  el proceso de inyección incluye cuatro operaciones generales, las cuales se describen a continuación. 1. Perforación de los pozos. 2. Lavado del material remane remanente nte de la perforación, así como de todo el material suelto en las grietas del pozo. 3. Ensayo de presió presión n de los pozos pozos con agua par para a estimar la permeabilidad alcanzada del suelo. 4. Inyectado a presión de la mezcla o lechada.  A continuación se muestran las características esenciales de cada una de estas operaciones. 40

 

1. Perforación. En la actualidad se prefiere la perforación rotativa puesto que la perforación por percusión es menos satisfactoria y puede provocar el sellado de las grietas. Este método es capaz de evitar los trabajos trabajo s de excavación. El equipo de perforación, consta con el cabezal del taladro, el cual lleva una barra hueca que es la que alarga la línea de perforación. La barra de barrenado hueca cumple la finalidad en su interior de circular lodo químico, agua, aire u otra sustancia a alta presión, cuyo objetivo es lubricar, refrigerar y transportar posteriormente los escombros removidos por la broca a su paso dentro del terreno. Como el trabajo de perforación es un proceso continuo, se debe encamisar (entubar) el pozo a medida que avance, con el objetivo de evitar un posterior colapso de las paredes del mismo. Esta envoltura por así decir cumple a cabalidad con otra función, la cual no es más que evacuar los recortes hechos por la broca.

 A continuación se muestran en la figura 3.5 con las características ffundamentales undamentales de este equipo.

Figura 3.5 Elementos básicos de una máquina perforadora (Lagerlund 2009). 

Es necesario destacar que normalmente se perforan una serie de pozos con un espaciamiento amplio (pozos primarios) a lo largo de una alineación dada. Este espaciamiento es decidido de acuerdo con el conocimiento preliminar que se tiene 41

 

sobre el terreno, su elección además está condicionada a la operación de los trabajos. Un criterio para espaciamiento mínimo entre los pozos primarios podría ser el de evitar interferencia entre los bulbos de la mezcla inyectada. Una vez perforados estos pozos lavados, ensayados e inyectados, se procede a perforar los pozos secundarios en los puntos intermedios entre los primarios. Dependiendo del resultado de los ensayos de agua a presión podría necesitarse o no pozos terciarios. El espaciamiento entre pozos generalmente es de 1,0 a 3,0 m. Este método de perforar puntos intermedios entre los anteriores, es muy usado en la generalidad de los trabajos de inyección. Este método también se puede hacer en hileras, las cuales variarán en dependencia del estado o daño de dichos suelos.

2. Lavado Puede usarse agua o aire para sacar el producto de la perforación. El lavado se efectúa para limpiar bien el pozo del producto de la perforación y extraer, en lo posible, porciones de suelo que puedan existir en las grietas del pozo. Normalmente, se realiza con agua sin presión dejándose salir la misma por la boca del pozo hasta que quede limpia. Este proceso se puede ayudar inyectando aire a presión conjuntamente con el agua limpia.

3. Ensayos a presión presión con agua. Los ensayos a presión con agua se realizan para obtener la mayor información posible sobre la permeabilidad del suelo y su variación en su profundidad. Consiste esencialmente, en bombear agua a presión y medir los volúmenes de agua tomados por el pozo contra tiempo, en cada tramo ensayado. El ensayo se realiza de forma similar al proceso de inyección. Normalmente se realizan con el mismo equipo de inyección. Es conveniente ensayar e inmediatamente inyectar, ya que así se prueba el funcionamiento del equipo y se evita que el terreno muy seco absorba agua de la mezcla (Salvador and Castillo 1983). 1983).

42

 

4. Inyección. Presiones de trabajo. Debe utilizarse en cada pozo y en cada tramo de este la máxima presión admisible. Esta depende del tipo y la continuidad de las grietas, resistencia del suelo, consistencia de la mezcla, permeabilidad del suelo, longitud del pozo, el método utilizado.

Existen numerosos autores que proponen distintas formas de determinar la máxima presión a utilizar en el proceso de inyección, uno de ello es Creager, el cual presenta en su libro Engineering for dams  (Creager 1983)  1983)  fórmulas empíricas, otros poseen expresiones y gráficos de trabajo, no obstante, lo más confiable será la realización de inyecciones de ensayo. Este ensayo se realiza con vistas a obtener un gráfico como el que se muestra en al siguiente figura, evidentemente el cambio de pendiente estará motivado por la aparición de nuevas grietas debidas al fallo del terreno ante la alta presión. El punto donde cambia la pendiente, dado a esto corresponde a la presión de rotura (Salvador and Castillo 1983) 1983)..

Figura 3.6 Gráfico del resultado de un ensayo de inyección (Salvador and Castillo 1983).

 A la hora de aplicar los métodos de inyección en una presa dañada por sifonamiento, hay que tomar especial cuidado para no fracturar el terreno original en el proceso, pues esto agravaría la situación. Sin embargo el problema principal a solucionar es obtener un mejor conocimiento de la posición del daño, para así poder seleccionar el método más adecuado de solución. 43

 

3.8 Ejemplo de soluciones contra el sifonamiento. Caso de estudio Zaza (Cuba)  A partir de las características presentadas en la presa Zaza detalladas en el capítulo II, la cual estuvo afectada por un marcado proceso de sifonamiento ubicado principalmente bajo la cortina y los resultados de las pruebas realizadas, confirmando la causa de falla, se hizo imperante la toma de decisiones, puesto que un agravamiento de la falla pondría en peligro la seguridad de la presa, llevándola a la catástrofe. La reparación se ejecutó en el año 2000, 2000, por el método “Pared “Pared en Suelo”, Suelo”, creando un muro de diafragma de una longitud de 380 m, por medio de pilotes secantes, rellenos con lodo  –   –  bentonítico y cemento; estos pilotes, se ejecutaron con 8 perforadoras Benotto de la Empresa Central de Equipos, que tienen en explotación cerca de 30 años. Los trabajos de perforación comenzaron en la corona de la presa, cortando el estrato permeable en la base de la presa desde la Est. 6+20 hasta la Est. 9+80.  

Figura 3.7 Máquinas perforadoras Benottos perforando los pilotes secantes desde la plataforma de trabajo

De la Est. 6+20 a la Est. 7+80.00 la profundidad de los pilotes fue de 17 m, con un diámetro de 0,97m. De la estación 7+80.00 a la Est 9+80 la profundidad de los pilotes fue de 20 m, con un diámetro de 1,20 m. Los pilotes de 1,20 m se espaciaran a 1,0 m entre ejes y los de 0,97 m de diámetro, se espaciaran a 0,70m, para obtener un espesor de pared de 0,66 m, (Figura 3.8) la longitud de la pared en suelo no solo abarcó el área afectada dada por la investigación, sino que agregó 40 m de reserva a cada lado, alcanzado entonces como longitud total 380 m para facilitar la construcción 44

 

de los pilotes hubo que construir una ban banqueta queta

de unos 30000 m3 de materiales

locales para crear la plataforma de trabajo sobre la cual trabajaron las máquinas Benotto (Figura 3.9) 

2013)..  Figura 3.8 Esquema pared de diafragma y la plataforma de trabajo (Pérez 2013)

2013)..  Figura 3.9 Esquema de solape de los pilotes (Pérez 2013)

La ejecución de la medida fue controlada a través del empleo de varias disciplinas. Entre los mismos se destacaron el empleo de resultados de laboratorio de suelo y mecánica de suelo, métodos de control topográficos, métodos de control de la perforación. La actividad de perforación de los pilotes estaba subordinada a un estricto replanteo general (Figura 3.10), donde a cada perforadora Benotto se le asignó un topógrafo con dos instrumentos para chequear durante el proceso de perforación la verticalidad del pilote tanto en sentido longitudinal como transversal lo cual garantiza el solape en toda 45

 

la longitud perforada17 y 20 m, (Figura 3.11). También era responsabilidad de control de laboratorio medir la profundidad de los pilotes y el empotramiento en el estrato impermeable.

Figura 3.11 Chequeo de verticalidad en

Figura 3.10 Replanteo de pilotes (Pérez 2013). 

la perforación de los pilotes (Pérez 2013). 2013).

Para elaborar el lodo bentonítico y mezclarlo con el resto de los materiales materiales,, según dosificación diseñada, se construyó un nudo bentonítico (Figura 3.12), del cual se bombeo el material hacia los pilotes, durante el proceso de llenado del pilote, el laboratorio tenía la responsabilidad de chequear nuevamente antes de bombear, la densidad, viscosidad, ph, decantación y fluidez del lodo y no se paraba el bombeo, hasta que la viscosidad del lodo que se derramaba en reboso del pilote no coincidiera con la que se media obtenida en ese momento en la estación de bombeo (Figura 3.13).  A la mezcla utilizada utili zada en cada uno de los pilotes se le tomaron llas as muestras necesarias para hacer ensayos de resistencia a compresión y verificar la resistencia a los 28 y 60 días (Pérez 2013) 2013).. 

2013). Figura 3.12 Nudo bentonítico (Pérez 2013).

2013).. Figura 3.13 Control de laboratorio (Pérez 2013)

46

 

La Benotto se colocó siempre transversal al eje de los pilotes para lograr una continuidad de trabajo de perforación y fundición si obstaculizarse mutuamente. Se desplazó como promedio cada día entre la camisa y la perforación de un pilote, solo aproximadamente 12 m, manteniéndose con exactitud la verticalidad de los pilotes para el logro de una pantalla recta. Es necesario destacar que para la ejecución de la medida se trabajó todos los días las 24 horas del día, el pago a los trabajadores fue, según el resultado del trabajo, se terminó 33 días antes de lo pactado en el contrato, posibilitando que pudiera acumular las aguas de septiembre y octubre, logrando embalsar al concluirse los trabajos 627 Mil m3 de una capacidad total de 1020 Mil m 3. La ejecución del muro de diafragma con pilotes secantes, se ejecutó por primera vez en la presa Corojo y después en la presa Cilantro ambas en la provincia Granma. Lo novedoso es la generalización de esta experiencia, que por primera vez se aplica en la reparación contra las filtraciones, en una presa existente con 8 meses de ejecutado demostrándose en explotación su eficiencia. Este método trajo consigo que se redujeran los niveles de filtración en la presa, dando una solución ingenieril brillante, demostrándose que en Cuba existe un dominio de la tecnología constructiva, “Pared en Suelo” Suelo”. Con la solución brindada a dicho problema se logró disminuir en gran medida la problemática de filtraciones tan altas, llegando a registrar en años posteriores valores en el orden de los 15.0 l/s anuales. No obstante la presa ha seguido teniendo reparaciones con el objetivo de evitar desastres mayores por la magnitud de la obra. En las siguiente figura se muestran las filtraciones antes de aplicada la medida representada por la serie de (1990-1999), en la margen izquierda de la presa o zona afectada y luego de aplicada la medida después del 2000 hasta el 2012. Esta información es proporcionada por la Empresa de Aprovechamiento Hidráulico de la Provincia de Sancti Spíritus, teniendo en cuenta que en el 2011 no se realizaron mediciones, el cual está indicado en la figura con un círculo de color rojo.

47

 

Figura 3.14: Filtraciones promedio en la presa Zaza, antes de aplicada la medida ingenieril (Pared de diafragma).

Figura 3.15 Filtraciones promedio en la presa Zaza, después de aplicada la medida ingenieril (Pared de diafragma).

Como se detallan en ambas figuras, luego de aplicada la Pared de suelo, disminuyeron alrededor del 80% las filtraciones en la presa Zaza, este resultado evidencia la efectividad de la medida, y pone en alto la entrega, el rigor y el sacrificio por parte del grupo de trabajadores que hicieron posible esta medida.

48

 

3.9 Ejemplo de soluciones contra el sifonamiento. Caso de estudio presa A.V. Watkins (EE.UU) Basándonos en las características presentadas en la presa A.V Watkins (EE.UU) detalladas en el capítulo II, la cual estuvo afectada por un inesperado proceso de sifonamiento, puesto que no existían anomalías registradas. Se tuvo en cuenta un plan de acción, ya que un agravamiento de la falla pondría en peligro la seguridad de la presa, llevándola a la catástrofe. Este plan de acción se vio sometido a un proceso de aprobación, el cual abarcó un periodo de dos años, con un conjunto de estudios y aprobaciones. El mismo comenzó en el año 2007 a partir de la realización de extensas investigaciones geológicas en la presa para recopilar información y diseñar una solución eficiente. En enero del 2008, un estudio de la acción correctiva esbozó una alternativa para la construcción de un muro de diafragma de cemento-bentonita de 8,0 km de longitud a través de una parte del perfil de la presa. Una vez que esta alternativa fue autorizada por la Oficina de  Administración y Presupuesto en marzo de 2008, un contrato de 17,4 millones de dólares fue otorgado a Geo-Solutions Inc., de New Kensington, PA, para los trabajos de reparación. Geo-Solutions, junto con el subcontratista de Nordick Industries, comenzó a trabajar en la construcción del muro de cemento-bentonita el 21 de julio de 2008 (Demars and B.R 2009) 2009)..  Además de la alternativa de una “Pared de Suelo”, creando creando un  un muro de diafragma de cemento con bentonita como aditivo en la cortina, a ambos lados, aguas arriba y aguas abajo de la presa, se incluyó en el proyecto de reparación un filtro de arena y una manta de grava en el talud de aguas abajo para evitar que la tierra adicional sea lavada y para estabilizar el área de mayor erosión. El procedimiento de la aplicación del método partió de una excavación, creando una trinchera a lo largo del eje de la cortina (Figura 3.16 y 3.17) tanto aguas arriba como aguas abajo, la cual posteriormente se rellenó continuamente con una lechada de cemento con bentonita, como se muestra en la Figura 3.18 y 3.19.

49

 

Figura 3.16 Máquinas excavadoras creando la trinchera de la pared de diafragma (Demars and B.R 2009).. 2009)

Es necesario destacar que luego de creada la trinchera, el proceso de inyección continuo de la lechada de cemento con bentonita como aditivo, cumple la función de impedir el colapso de las paredes de la trincheras debido a las presiones generadas por la maquina en el suelo.

diafragma (Demars and B.R 2009). 2009). Figura 3.17 Excavación continua vista en planta del muro de diafragma(Demars

Figura 3.18 Inyección de la lechada de

Figura 3.19 Excavación del muro de diafragma,

cemento con bentonita (Demars and B.R 2009).

y adyacente estanque de bentonita (Demars and B.R 2009)  2009) 

50

 

Los ingenieros al mando tenían dos preocupaciones principales principales,, una era la continuidad de la pared y la otra era el control de la pérdida rápida de lechada, puesto que esta le brinda estabilidad a la trinchera. Por lo que durante este proceso el área de reparación estuvo bajo una supervisión y evaluación continua, para evitar cometer estas falla, que pudieran implicar más adelante ineficiencias en el control de infiltraciones en la presa.  Además de los controles vistos con anterioridad, se tomaron ciertas consideraciones para garantizar el cumplimiento de las propiedades óptimas de la mezcla a utilizar. En la preparación de la misma, se tuvo en cuenta la hidratación de la bentonita antes de introducir el cemento lo más rápido posible, luego de esta unión de los elementos principales, se procedió a la utilización de una mezcladora de alta velocidad (más de 1400 rpm) (Figura 3.20) para conformar la mezcla. Al proceder de esta forma la pared tendría una permeabilidad inferior y una ilimitada fuerza compresiva superior, haciendo idóneo el muro de diafragma construido.

2014).. Figura 3.20 Planta mezcladora utilizada en la presa A.V. Watkins (U.S. D and B. R. 2014)

Luego de inyectada la mezcla se procedió a la excavación de la zona superior del muro de diafragma creado. Esto se debe hacer al finalizar la aplicación del método, puesto que luego de secada la mezcla, producto de las altas temperaturas y el encogimiento luego de inyectar la misma, se forman g grietas rietas (Figura 3.21) en las zonas próximas a la superficie, no permitiendo una buena conexión entre la superficie de la pared y el terreno a colocar encima. Estas grietas son usualmente menores a un metro, pero las mismas deben de ser removidas hasta llegar a una zona homogénea. 51

 

Figura 3.21 Grietas formadas luego de secada la mezcla en la pared de diafragma (U.S. D and B. R. 2014)..  2014)

 A partir de la aplicación del método, se realizaron pruebas en la presa, para ver los resultados, arrojando los mismos la disminución a gran escala de las filtraciones, puesto que en la presa se impusieron dos barreras las cuales presentaban permeabilidades bajas, trabajando en conjunto con el filtro y la manta para solucionar dicha falla y llegar a cumplir con su objetivo principal. Estos resultados demuestran la efectividad de dicho método de solución. El muro de diafragma se completó en noviembre de 2008, después de lo cual el embalse Willard Bay se le permitió llenar por primera vez desde el incidente imprevisto que casi provoca la falla total de la presa. En mayo de 2009, el embalse alcanzó su plena capacidad, proporcionando así los beneficios completos del proyecto, una vez más para la Conservación de Agua del Distrito de Cuenca Weber (WBWCD).

52

 

CONCLUSIONES Como conclusiones de este trabajo se tienen: 1. A partir de la búsqueda bibliográfica s se e logró la caracterización de las principales principales causas que originan el sifonamiento mecánico en la presas de tierra. 2. Mediante la recopilación de información tanto nacional como internacional se mostraron los grandes impactos en forma detallada que pueden tener las presas debido a las causas de falla de sifonamiento. 3. Para la

identificación de llos os métodos de

inyección, se resumieron

las

características principales, tipos de lechadas, ventajas y desventajas referentes a cada uno. Aunque son ampliamente caracterizados y recomendados, de la literatura estudiada no se apreció ningún caso relevante de solución de sifonamiento de presas mediante métodos de inyecciones. 4. En correspondencia correspondencia,, se determinó la e efectividad fectividad de las pantallas o diafragmas en la solución de fallas por sifonamiento, demostrada en dos casos de estudio en Cuba y el mundo.

53

 

RECOMENDACIONES  

En posteriores investigaciones que s se e realicen, abordar el tema del fallo de pres presas as por sifonamiento en suelos dispersivos y los distintos métodos de solución existentes en el mundo.

 

En caso de ser posible realiz realizar ar investigaciones para pronostica pronosticarr las fallas por sifonamiento mediante las mediciones de presiones de poros y obtención de gradientes en el cuerpo o cimiento de la presa en la etapa de operación de la misma.

 

Continuar las investigaciones sobre las distintas soluc soluciones iones a este tipo d de e falla.

54

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Armas, R. N. (1990). "Criterios para diseñar presas de tierra: Prioridad y Secuencia." Armas, R. N. and E. M. Horta (1987). Presas de tierra. CUJAE, Marianao, Ciudad de la Habana, Editorial ISPJAE.

Armas, R. N., A. E. Martínez , et al. (2005). "Causa de falla por sifonamiento de la presa Las Cabreras. Caso histórico." Ingeniería Civil 2: 30-35.

Creager (1983). "Engineering of Dam." EE.UU. Demars, B. and P. A. O. B.R. (2009, ( 2009, August 12). "Repairs at A.V. Watkins Dam Northern Utah ".

Días, J. S. (2014). "Presas de tierra y enrocado." García, R., F. Aruca, et al. (2002). Una obra maestra: el acueducto Albear de la Habana. Ciudad de la Habana.

ICOLD (1995). Fracasos de la Represa, el Análisis Estadístico. París, Comisión Internacional de Grandes presas de mundo.

Lagerlund, J. (2009). Remedial Injection Grouting of Embankment Dams With NonHardening Grouts. Licentiete, KTH Architecture and The Built Environment.

Middlebrooks, T. A. (1953). Earth Dam Practice in the United States. EEUU, Trans.  Am. Soc. of Civil Engineers.

ORSPA (2006). Presas de materiales sueltos. Argentina. para la investigación ingeniero geológica de las Pérez, T.patologías D. (2013). "Procedimiento de las presas de tierra." Hidroeología e Ingeniería Geológica 2: 122.

Pinedo, A., S. Gonzáles, et al. (1995). Guía metodológica para la elaboración de estudios de impacto ambiental. Madrid.

Ramayo, M. (2000). "Fenómenos de tubificación en presas pequeñas de tierra." 1-4. Reséndiz, D. (1988). Comportamiento de Presas construidas en México. Ciudad de México.

Salvador, F. D. and J. C. Castillo (1983). Estructuras Hidráulicas. Ciudad de la Habana. 55

 

Tejera, E. (2002). Las Majaguas. Incidentes en las Presas de Venezuela: Problemas, Soluciones y Lecciones. L. M. S. Villa. Caracas, Venezuela: 1 -10.

Terzaghi, K. R. and R. B. Peck (1948). Soil Mechanics in Engineering Practice. U.S. D, o. t. I. and P. A. O. B. R. (2014). Cutoff Walls. RECLAMATION: Managing Water in the West. EE.UU: 122.

Warner, J. P. E. (2004). "Practical handbook of grouting. Soil, rock and structures."

56

 

BIBLIOGRAFÍA  AGFACTS (2004). "Leaking farm dams." Officer Windsor: pp.1-6. Anderson, S. L., B. W. Wilson, et al. (2014). "Design and construction of a Cut- Off wall in warm permafrost." Canadá: pp.1-9.

Armas, R. N. (1990). "Criterios para diseñar presas de tierra: Prioridad y Secuencia." Armas, R. N. and H. Y. González (2003). "Desastres originados por fallos en presas de tierra: ¿Cómo evitarlos?": pp.15.

Armas, R. N. and E. M. Horta (1987). "Presas de tierra." Editorial ISPJAE. CUJAE, Marianao, Ciudad de la Habana

Armas, R. N., A. E. Martínez , et al. (2005). "Causa de falla por sifonamiento de la presa Las Cabreras. Caso histórico." Ingeniería [email protected] 2. pp. 30-35.

Bidasaria, M. (2004). "Grouting Technology for Rehabilitation of Tillar Earthen Dam." Missouri University of Science and Technology Scholars' Mine, New York, NY, EE.UU: pp. 1-8.

Bruce, D. A., A. R. di Cervia, et al. (2011). " Seepage remediation by positive Cut-Off walls: a compendium and analysis of North American case history." history ." pp. 1-23.

Demars, B. and P. A. O. B.R. (2009).  "Repairs at A.V. Watkins Dam - Northern Utah ". Días, J. S. (2014). "Presas de tierra y enrocado." Domínguez, E. G. (2009). "“Estabilización de un suelo dispersivo mediante zeolita micronizada"." Facultad de Civil, ISPJAE, La Habana, Cuba

Ebro., C. H. d. (2008). "Confederación Hidrográfica del Ebro." Confederación Hidrográfica del Ebro, España.

G., J. B. (2012). "Tubificación en presas de materiales de préstamo." pr éstamo."

57

 

García, R., F. Aruca, et al. (2002). "Una obra maestra: el acueducto Albear de la Habana." Ciudad de la Habana

Gomez, R. A. M. (2005). "Flujo a través del macizo de la margen izquierda de fundación de la presa Porce II "Universidad Nacional de Colombia –  –Medellín, Medellín, Colombia.

ICOLD (1995). "Fracasos de la Represa, el Análisis Estadístico." Comisión Internacional de Grandes presas de mundo. París

Jacques, J., A. Vogel, et al. (2012).  "Dam failures by erosion: lessons from ERINOH data bases." ICSE6 Paris: pp 1- 8.

Ladiges, S., J. Willey, et al. (2013).  "Case studies of foundation grouting using the GIN method at the enlarged Cotter Dam." GHD Pty Ltd for the Bulk Water W ater  Alliance, EE.UU: pp.1- 18.

Lagerlund, J. (2009). "Remedial Injection Grouting of Embankment Dams With NonHardening Grouts." Licentiete,Civil and Architectural Engineering, Division of Soil and Rock Mechanics, KTH Architecture and The Built Environment,Stockholm, Sweden

Li, X. and V. Arroyo Arroyo (2011). "Impacto de fuerzas de filtración f iltración y tubificación retrógrada a la inestabilidad de talud y erosión hídrica." 12.(1067-6079): pp. 1 - 11.

Middlebrooks, T. A. (1953). "Earth Dam Practice in the United States." Trans. Am. Soc. of Civil Engineers. EEUU

Munain, R. G. L. d. (2008).  "Geocondicionantes de presas y embalses." Confederación Hidrográfica del Ebro.

Murillo, R. (2012). "Presas de tierra y sus fallas." 1CONAGUA, México, D.F.: pp. 1-7. NEH (2013). "Dispersive Clay." EE.UU: pp. 1- 50.

Newhouse, S. (2008). "Averted Piping Failure— Failure—Earth Dam on Permeable Foundation." Missouri University of Science and Technology Scholars' Mine: pp. 1- 9.

ORSPA (2006). "Presas de materiales sueltos." Argentina 58

 

Pérez, T. D. (2013). "Procedimiento para la investigación ingeniero geológica de las patologías de las presas de tierra." Hidroeología e Ingeniería Geológica 2. 122.

Pinedo, A., S. Gonzáles, et al. (1995). "Guía metodológica para la elaboración de estudios de impacto ambiental." Madrid

Porteros, H. G. and J. E. Alva Hurtado (2006). "Identificación y ensayos en los suelos disprsivos."

Ramayo, M. (2000). "Fenómenos de tubificación en presas pequeñas de tierra." [email protected]: manuel_rayano@y ahoo.es: 1 1-4. -4.

Reséndiz, D. (1988). "Comportamiento de Presas construidas en México." Ciudad de México

Roberts, T. I. (2012). "Seepage inspection and repairz in dams." Department of Conservatin nad Recreatio Conserving Virginias Natural anad Recreational Resourses: pp. 1-72.

S., G. (1993). "Geotechnical Problems of Dam Sites and theirSolution With Reference to the Projects of EasternIndia." Missouri University of Science and Technology Scholars' Mine.

Salvador, F. D. and J. C. Castillo (1983). "Estructuras Hidráulicas." Ciudad de la Habana

Santayana, F. P. d. (2010). "Las presas de materiales sueltos y sus patologías." Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino, Laboratorio de Geotecnia - CEDEX, España: pp. 1-100.

Sherard, J. L. (1976). "“Identification and Nature of Dispersive Soils”." ASCE, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE.pp 287-301

Tejera, E. (2002). "Las Majaguas". Incidentes en las Presas Pr esas de Venezuela: Problemas, Soluciones y Lecciones. L. M. S. Villa. Caracas, Venezuela: 1 -10.

Terzaghi, K. R. and R. B. Peck (1948). "Soil Mechanics in Engineering Practice." 59

 

U.S. D, o. t. I. and P. A. O. B. R. (2014). "Cutoff Walls". Reclamation: Managing Water in the West. EE.UU: 122.

Warner, J. P. E. (2004). "Practical handbook of grouting. Soil, rock and structures."

60