Obras hidraulicas

1. GRANDES OBRAS HIDRÁULICAS
Diapositivas para el 2do exámenes

2. Información general de las cortinas rígidas y plásticas
https://docs.google.com/document/d/14r17iot0GReGWg4
RiJ1EyZpV-kOutQxkr9oiyeRic34/edit?usp=sharing

3. Obras de desvío.
A menudo es necesario construir obras en mayor o menor importancia en los ríos
para fines de aprovechamientos hidráulicos tales como: presas, tomas de agua,
vertederos, plantas hidroeléctricas, esclusas de navegación etc.
Una obra de desvío, como su nombre lo indica, sirve para desviar las aguas de un
río que en un momento dado escurren por un determinado sitio, con la finalidad
de propiciar la construcción de cortinas para presas de almacenamiento o
derivación, estructuras de control de niveles de navegación o repartición de
gastos, esclusas, etc. Con más detalle estas estructuras sirven para aislar las
corrientes de las zonas de construcción y escogiendo el tipo adecuado
conjuntamente con un programa de construcción, se logra optimizar el costo de la
obra.
Esclusas de navegación: es una obra hidráulica utilizada para subir y bajar barcos y otras embarcaciones entre extensiones de agua de
diferentes niveles en vías fluviales y canales. https://www.youtube.com/watch?v=rzac7mQUOzc

4. Obra de desvío. Fuente: Slideplayer

5. Hay dos formas de dejar en seco la zona de obra:
● Desviando el río totalmente por un cauce artificial.
● Dejando en seco sólo una parte del cauce y concentrando el paso de la
corriente por el resto, ejecutando así de forma sucesiva la obra.
El problema fundamental es el caudal tope que vamos determinación del mismo
ha de hacerse sobre el siguiente dilema:
● Si nos quedamos cortos, las avenidas superiores a la capacidad del desvío
verterán por la obra de derivación y pasarán por el antiguo cauce natural,
inundando la obra que estamos haciendo.
● Si, para evitar esto, hacemos un desvío muy amplio, su costo puede ser
excesivo.

6. El criterio suele dar al desvío una capacidad suficiente para que pasen por él las
avenidas normales durante el período más delicado de la obra, sabiendo que, si
durante ese plazo se presenta una mayor, la inundará, es por ello tomar en cuenta
las situaciones más críticas que se pueden presentar, la cual se describirán más
adelante.
"En general los esquemas que se estudien para el desvío del escurrimiento de un
río serán diferentes cuando se trate de una cortina de concreto o de
enrocamiento o una de materiales graduados. Para las dos primeras, poco o
ningún daño ocasionaría que ciertos volúmenes de agua pasaran por encima de
la estructura; no así en el tercer caso, en que el agua podría erosionar la
estructura y provocar una falla de graves consecuencias." (Torres, F. 1993:81)

7. Es importante tomar en cuanta que influye mucho el tamaño de la estructura en la
selección del desvío, ya que el desvío para una estructura relativamente pequeño,
en donde el tiempo de construcción será menor que el periodo de secas, es
totalmente distinto que para una estructura relativamente grande, ya que esta
última, el tiempo de construcción puede ser mayor a uno o varios períodos
hidrológicos, anuales consecutivos, comprendiendo secas y lluvias.
Esquema de obra de desvío con túneles y ataguía integrada al
cuerpo de la cortina. La Yesca, Jal., México.

8. En México los ríos del centro y el sur del país tienen periodos de escurrimientos
bien definidos en primavera y verano, deferentes a los ríos del norte y noroeste
en donde se presentan dos periodos de escurrimientos de invierno, producto de
las precipitaciones que causan los frentes polares y algunas veces, el deshielo en
la montaña (Torres, 1993)

9. En boquillas angostas el proceso de desvío es obligando que el conducto o
conductos sean túneles localizados en las laderas con elementos de control para
cierre. En todo este caso todo el escurrimiento del río deberá pasar por túneles en
una sola etapa de construcción.
Ejemplos: Presa el Infiernillos, sobre
el río Balsas; La Angostura,
Chicoasén y Netzahualcoyotl sobre
el río Grijalva y Chilatán sobre el río
Tepalcatepec, Jalisco.

10. Para el caso en donde las boquillas sean
amplias, en práctica es común realizar un
desvío en dos etapas constructivas:
1. Primera etapa desviando el
escurrimiento en conducto abierto en
unas de las laderas
2. Desviando el escurrimiento en
conducto cerrado en la misma u otra
ladera, o a través de la cortina para el
cierre de la boquilla.

11. Tipos de obras de desvío
Los desvíos se dividen generalmente en dos:
● Tuneles y galerias
● Canales o tajos abiertos

12. Tuneles y galerias
Los túneles se usan cuando la roca es de buena calidad; cuando la roca es mala y
el valle es suficientemente ancho, es preferible el empleo de galerías de concreto
en la cimentación de la cortina. Los túneles son costosos especialmente donde se
requiere revestimientos para consolidar la roca pobre, prevenir erosión de cuerpos
sólidos, reducir pérdidas de cargas, entre otras.
Las galerías son pasajes subterráneos más pequeños y cortos que los túneles, a menudo diseñados para
permitir el acceso humano o para el control del flujo de agua en áreas específicas. Las galerías pueden
conectarse a los túneles principales o pueden ser estructuras independientes.A veces, las galerías se
utilizan para albergar equipos de control y medición del flujo de agua, como compuertas o válvulas, o para
proporcionar acceso a áreas de trabajo dentro del sistema de desvío.

14. La sección transversal de un túnel es de cualquier forma pero mas comunes son
de forma circular, herradura o medio punto. Su selección dependerá del tipo de
roca, equipo de construcción etc.
Se sabe que los túneles cuando se llenan trabajan menos eficientes que los
canales y que si se les proyectar para trabajar como canal resultan diámetros
mayores que pudieran llegar a ser costosos, sin embargo, trabajando como tubo
se requieren ataguías más altas.

15. Desvío con tajo o canal
¿Que es un tajo?
Un tajo es un canal ubicado dentro de la boquilla, para abrir uno o dos frentes de
trabajo para construir la cortina, (Comisión Federal de Electricidad, 1983).
Normalmente se emplean en presas de materiales graduados.
Básicamente se tienen dos tipos de tajos para desvío,
1. Aquellos que se dejan en la propia boquilla ocupando temporalmente parte
del sitio de la cortina y que se forman con ataguías en forma de U,
2. Los que se labran en alguna ladera.

16. Condiciones para el diseño
Para el diseño del tajo, una vez ubicado dentro de la boquilla, será necesario determinar su
● Longitud (L)
● Pendiente (S)
● Geometría de la sección
● Ancho de plantilla (b)
● Coeficiente de rugosidad de Manning (n)
Se recomienda que la pendiente del tajo coincida en la medida de lo posible con la del río, con
objeto de evitar procesos erosivos aguas arriba y aguas abajo del canal, que pudieran causar la
acumulación de azolve en el tajo en el primer caso, y problemas de estabilidad en el segundo.

17. Glosario
Ataguías: Las ataguías son estructuras temporales cerradas construidas dentro de un
cuerpo de agua y tierra o atravesándolo, de a pares. Bombeando el agua fuera del
recinto, se crea un entorno seco de trabajo para poder proceder a las actividades de
construcción propiamente. Las ataguías habitualmente se utilizan para la construcción
y reparación de plataformas petroleras, pilares de puentes y otras estructuras de
soporte construidas en el agua o sobre ella.
Las ataguías tienen dos características principales: una gran parte de ellas se
construye sobre el agua, y deben soportar el paso del agua sobre ellas durante este
proceso y aun cuando ya se encuentren terminadas. En general las ataguías tienen un
carácter temporal, pero en algunas ocasiones pueden integrarse a la cortina,
(CONAGUA, 1999), entonces el proceso de construcción de estas estructuras será el
mismo que el de la cortina a la que se integrarán.

20. Obras de desvío
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24. Sucesos más importantes en
Obras de desvíos
● Presa Serra de Mesa, Brasil
● Proyecto Hidroeléctrico Aguamilpa, México
● Proyecto Hidroeléctrico La Yesca, México
● Proyecto Hidroeléctrico Santo Antonio, Brasil
● Proyecto Hidroeléctrico Ituango, Colombia

25. Presa Serra de Mesa, Brasil
La presa Serra de Mesa en Brasil, está localizada sobre el Río Tocantins.
Capacidad: 1 200 MW
Enrocamiento con núcleo de arcilla. Elev. 154 m
Almacenamiento: 12 619 000 m3

26. Etapas de construcción: 5
1°: Diseño por desbordamiento. Sección se construyó con presas CCR.
Diciembre 1989 a marzo de 1990: Se presentaron lluvias con Qmax= 9200 m3/s
11 de diciembre las ataguías se desbordaron
16 de enero de 1990 segundo desbordamiento.
El uso de ataguías con capacidad de desbordamiento en la presa, permitió salvar
10% del volumen total de la presa (que representa aproximadamente 1 500 000
m3 de material de enrocamiento, filtros y material impermeable
(aproximadamente 15 MUSD).

27. Ataguías de CCR de la Presa Serra de Mesa Brasil, 1990.

28. Proyecto Hidroeléctrico Aguamilpa, México
La obra de desvío se diseñó con un
criterio determinístico para una avenida
máxima de entrada de 6700 m3/s
(máxima histórica en 50 años con
eventos registrados hasta 1987), dicha
obra está formada por dos túneles de
sección portal de 16 x 16 m, y
longitudes de 1 100 m en el túnel
número 1 y 1 200 m en el túnel número
2, con una ataguía de materiales
graduados de 55 m de altura.

29. ● Ingenieros de CFE sugirieron construir medidas adicionales para disminuir el
riesgo de destrucción de la ataguía en caso de una avenida mayor que la del
diseño.
● Se construyó un canal excavado y un dique de 10 m de altura cimentado a la
cota 108.00 msnm.
● La ataguía es una estructura de materiales graduados de 55 m de altura y
cresta de 280 m de longitud.
● Durante la construcción, se modificó el diseño de la ataguía para empotrar
los túneles en roca de calidad aceptable.
● La construcción de la ataguía fue lenta inicialmente, con modificaciones en
el diseño para acelerarla.
● Se enfrentaron desafíos durante la construcción debido a las lluvias, lo que
resultó en cambios en los materiales utilizados.

30. ● Durante la etapa final de construcción, el nivel del agua alcanzó la cota límite
del material impermeable.
● Se desvió el río a través de túneles para permitir la construcción de la presa,
con retrasos en el programa de obra.
● Se produjo una avenida durante
la construcción que generó
inundaciones y desafíos
adicionales, como derrumbes
en los túneles.
● Se realizaron reparaciones y
tratamientos adicionales en los
túneles para garantizar su
estabilidad y resistencia a
futuras avenidas.

31. ● Durante enero, se produjeron
avenidas moderadas debido al
deshielo o a masas de aire frío,
pero en 1992, el fenómeno de "El
Niño" provocó lluvias persistentes
en la cuenca del río Santiago.
● Dos grandes avenidas afectaron
Aguamilpa en enero de 1992. La
primera alcanzó un pico de 10,800
m3/s, con un aumento gradual del
nivel del río desde el día 15.
● Para evitar el rebasamiento de la
ataguía, se abrió un tajo en la
corona del dique fusible,
permitiendo el ingreso de agua al
recinto entre la ataguía y la cortina.

32. ● Tras la primera avenida, el nivel del
agua descendió lentamente hasta la
segunda avenida, que alcanzó un
máximo de 7,700 m3/s.
● El nivel del agua descendió
rápidamente después de la primera
avenida, inundando el recinto y
presentando un gradiente
significativo entre el recinto y el río.
● La ataguía enfrentó una condición de
trabajo no prevista en su diseño al
quedar temporalmente almacenada
del lado de aguas abajo y al no
contar con filtros aguas arriba

33. ● La construcción de la ataguía se vio
afectada por cambios frecuentes en el
diseño y la operación temprana de los
túneles de desvío antes de que se
completaran los tratamientos de roca
adecuados.
● Las avenidas extraordinarias de enero
de 1992, influenciadas por el fenómeno
de "El Niño", pusieron en peligro la
estabilidad de la ataguía y afectaron la
cara de la presa en áreas no cubiertas
con losas de concreto.

34. Lecciones aprendidas
La presa demostró un excelente comportamiento en deformabilidad y
permeabilidad durante las avenidas, promoviendo la idea de integrar la
ataguía al cuerpo de la cortina para presas de enrocamiento con cara de
concreto.
La inclusión del dique en el diseño evitó un colapso catastrófico.
La presa había alcanzado niveles altos previo a las avenidas, lo que evitó
inundaciones mayores en la costa de Nayarit.
Las reparaciones en los túneles de desvío durante el estiaje de 1991
aseguraron su adecuado funcionamiento posteriormente.

35. Proyecto Hidroeléctrico La Yesca, México
● Localización: Proyecto Hidroeléctrico La Yesca, México, con una altura de 210
metros, finalizado en 2012.
● Desafíos encontrados: Se detectó un intenso fracturamiento de roca en la
margen izquierda del proyecto cuando se habían excavado 470,000 m3 de
roca del portal de entrada, lo que provocó un movimiento de la ladera
afectando la traza del plinto de la presa.
● Problemas geológicos: Se cruzaron varias fallas geológicas durante la
construcción, siendo la "falla colapso" la más significativa.

36. Frente de excavación del túnel 1 del P. H. La Yesca donde se aprecia la
falla geológica “Colapso”.

37. Soluciones implementadas:
● Descopete del terreno superior para reducir la fuerza actuante en 670,000
toneladas.
● Colado monolíticamente de 110,000 m3 de concreto para soportar el empuje
de tierra y roca.
● Construcción de seis lumbreras elípticas de 12 m de ancho mayor y 65 m de
altura en promedio, excavadas desde el túnel de desvío, para soportar el
movimiento de la masa rocosa.
● Colocación de acero de refuerzo de alta resistencia dentro de los túneles de
desvío como anclas de tensión para ayudar a soportar las cargas del
deslizamiento geológico.
● Giro del eje longitudinal de la presa 12 grados hacia la derecha para permitir
que el plinto se aloja en roca sana durante su construcción.
● Cambio del concepto del vertedor de excedencias de un solo canal a tres
canales escalonados en la misma margen izquierda.

38. Lumbreras

39. Vista general de las excavaciones de la obra de desvío del P.
H. La Yesca

40. Esquema de construcción de las lumbreras de fricción cortante de la obra de desvío del P. H. La Yesca

41. Costos y modificaciones: Estas acciones incrementan el costo inicial de la obra en
un 26.4%, ya que se modificó el esquema de contratación y se aplicaron precios
unitarios adicionales a los trabajos considerados en el esquema original.

42. Proyecto Hidroeléctrico Santo Antonio en Brasil
Se encuentra cerca de Porto Velho, en el estado de Rondônia, y está ubicado en el
Río Madeira, el tributario más largo del Amazonas. Consta de 44 turbinas de tipo
bulbo, con una capacidad total instalada de 3,150.4 MW y un embalse de 350
km2. Iniciado en marzo de 2012, se esperaba que estuviera completamente
operativo en abril de 2013, pero la última unidad comenzó a operar en noviembre
de 2015.

43. Proyecto Hidroeléctrico Santo Antonio en Brasil
Los gastos fluyentes del río en el sitio se estimaron entre 2,400 m3/s y 47,000
m3/s, y se utilizaron para el diseño de la obra de desvío. La cimentación se realizó
sobre roca fracturada, utilizando una ataguía a fondo perdido y una pantalla para
evitar filtraciones. Debido a la topografía irregular, la ataguía del proyecto se
construyó entre las elevaciones -8.00 msnm y +10.00 msnm, utilizando lateritas
arcillosas y concreto armado para garantizar la impermeabilidad.
Durante la construcción, se enfrentaron gastos de agua de hasta 11,755 m3/s en
julio de 2011, pero en los últimos dos años no se registraron incidentes,
demostrando el buen comportamiento de la obra de desvío.

44. Ataguía utilizada para la Obra de Desvío del Proyecto Santo Antonio.

45. Proyecto Hidroeléctrico Ituango, Colombia.
El Proyecto Hidroeléctrico Ituango en Colombia enfrentó desafíos significativos en
su obra de desvío, incluyendo problemas de estabilidad geológica y construcción.
A principios de 2018, se decidió cerrar uno de los túneles de desvío con la
creencia de que la presa alcanzaría suficiente altura para contener el agua, pero
esto resultó en un llenado rápido y peligro de desbordamiento.

46. Vista de las obras de aguas abajo hacia aguas arriba del P. H.
Ituango, Col.

47. Proyecto Hidroeléctrico Ituango, Colombia.
Ante esta emergencia, se tomaron varias acciones, incluyendo la construcción de
un relleno prioritario como medida temporal y el avance en la construcción del
vertedor. Sin embargo, el riesgo de una falla total por desbordamiento persistió
debido a la inconclusión de las obras de excedencias. La decisión de inundar la
casa de máquinas para extraer el agua, acelerar la construcción del vertedor y
colocar una pantalla plástica en una sección crítica de la cortina fueron algunas
de las medidas tomadas para mitigar el riesgo.
Finalmente, se destaca la importancia de una cuidadosa planificación y análisis
de riesgo en proyectos hidroeléctricos, especialmente al cerrar una presa, para
garantizar la seguridad estructural y geotécnica de las obras. A pesar de la
emergencia, las obras del proyecto se encuentran prácticamente terminadas en la
fecha actual.

48. Avance del vertedor con respecto a la cortina del P. H.
Ituango, Col.

49. Análisis Hidráulico
El objetivo del análisis hidráulico es determinar la capacidad de descarga de la
obra de desvío y la elevación máxima de las ataguías óptimas, desde el punto de
vista técnico y económico.
El análisis de la obra de desvío se realiza aplicando las ecuaciones fundamentales
de la hidráulica, principalmente la ecuación de conservación de la masa (ecuación
de continuidad) y la ecuación de la conservación de la energía; en combinación
con las ecuaciones para evaluar pérdidas de energía principalmente por fricción y
locales; debido a la gran variedad de coeficientes de fricción para diferentes
materiales es común aplicar la ecuación de Manning, aunque también pueden
aplicarse otras expresiones, siempre que el coeficiente utilizado resulte confiable
para el diseño.

50. Para el desvío en túnel, al inicio la estructura funcionará como canal para gastos
pequeños, a medida que la elevación aguas arriba se incremente, la descarga
también lo hará, pudiendo llegar a funcionar como un conducto a presión; en el
caso de canales o tajos el flujo ocurrirá a superficie libre, con la consideración de
la variación del régimen del flujo (hay tramos en los que se presentará el flujo
gradual o rápidamente variado) a lo largo de toda su longitud. Una vez definidas
las características geométricas de la estructura de desvío y conocida la curva
elevaciones-gastos del río aguas abajo de la descarga, se calcula la curva
elevaciones-gastos del desvío.

51. Flujo a superficie libre
Para conocer el comportamiento del flujo a superficie libre, el ingeniero debe
suponer el comportamiento del agua por medio de perfiles hidráulicos que son
ampliamente conocidos en libros especializados de hidráulica (Chow, 1959), sin
embargo, para el cálculo detallado de esos perfiles, se debe partir del
conocimiento de los tirantes crítico y normal de las secciones, los cuales son
relativamente sencillos en secciones prismáticas comunes, pero se complican
cuando la geometría de éstas es compleja, o bien, cuando se tienen rugosidades
diferentes en los elementos que componen la sección.

52. Condiciones de flujo crítico
La deducción matemática para que se cumplan las condiciones críticas es tratada
con detalle en la literatura técnica (Chow, 1959), sin embargo, es sabido que en
general debe cumplirse la expresión:
donde:
Q es el gasto analizado en m3/s.
A es el área analizada en m2.
T es el ancho de la superficie libre del agua en m.
g es la aceleración de la gravedad expresada en 𝑚2 ⁄𝑠

53. Ejercicio
Un túnel circular de 15 m de diámetro, con 11. 25 m de tirante y revestido de
concreto colado con molde metálico debe conducir 625 m3/s. Calcular la
pendiente necesaria para que el flujo sea permanente y el tipo de régimen en el
canal.

56. Ejercicio
Calcular el gasto que circula en un canal trapecial de concreto, que tiene una
pendiente de 0.005, talud k=2, tirante Y=2.25 y ancho de plantilla b=6 m.

57. Ejercicio
Un túnel revestido de concreto bien acabado tiene una pendiente de 0.0004364 y
diámetro de 16 m.
a) Calcular la velocidad media y el gasto que conduce a lleno total
b) Determinar el tirante que se establece si el túnel fuese de sección de
herradura y diámetro de 16 m para el mismo gasto y pendiente.

58. Inciso b)

60. Ejercicio
Con objeto de aprovechar el riego y generación de energía hidroeléctrica las aguas del
río Humaya y controlar sus avenidas, se desea construir la presa Adolfo López
Mateos, que consiste esencialmente en una corrida del tipo enrocamiento, provista en
la margen derecha de una obra de toma y un vertedor de excedencias del tipo abanico,
cresta libre y cimacio, localizado en el puerto La Chutama situado en la margen
derecha.
Y después de revisar cuidadosamente los aspectos topográficos, hidrológicos,
geológicos, de planeación, etc., se tomó la decisión de desviar el río por un tajo de 20
m de ancho de plantilla, localizado en la margen izquierda del cauce. El talud izq 0.5:1,
lo formó la ladera de la boquilla y la margen derecha se limitó por el talud 2:1 de una
ataguía con altura propuesta de 14.5 m y 600 m de longitud.

61. Sección del canal
Considere las pérdidas por entrada del canal como 0.5hv (Carga de
velocidades), así como 2.5 de bordo libre.

63. Memoria de cálculo
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1dxufRlbpsY2tAD3Zjo5PkuLhpqy7F5eqhjH6L-1WL5c/edit?usp=sharing

64. OBRA DE DESVÍO DE LA PRESA ADOLFO LÓPEZ MATEOS
Descripción general: Los trabajos de construcción de la cortina, se efectuaron en dos etapas:
Primera Etapa: El río se desvío por un tajo de 30 m de ancho de plantilla, localizado en la margen
izquierda del cauce. Con el avance de los trabajos de la cortina, se vio la conveniencia de
desalojar paralelamente hacia la margen izquierda el eje del tajo, dejándolo con 20 m de ancho
de plantilla.
El talud izquierdo 0.5:1, lo formó la ladera de la boquilla y la margen derecha se limitó por el talud
2:1 de una ataguía de 14.50 m de altura y 600 m de longitud. Con esto se logró reducir
notablemente el volumen de terracerías por colocar en la 2a. etapa de construcción.
Segunda Etapa: Durante el cierre de la cortina, la desviación del cauce se hizo a través de los dos
túneles de la obra de toma, que contaron en forma provisional con 3 compuertas deslizantes de
3.00 x 4.00 m cada uno de los túneles, y las dos de rodamiento para servicio permanente como
se indicó anteriormente.

65. Obras de control y excedencias

66. Obras de control y excedencias
Las obras de excedencias son estructuras que
forman parte intrínseca de una presa. sea de
almacenamiento o derivación, y cuya función es
la de permitir la salida de los volúmenes de agua
excedentes a los de aprovechamiento.
Esta estructura se construye con objeto de dar
paso a los volúmenes de agua que no pueden
retenerse en el vaso de una presa de
almacenamiento para su aprovechamiento.
En general se tratará de reducir al mínimo su
uso, pues debido al alto valor del agua siempre
será mejor usarla para abastecer poblaciones,
zonas de riego o generar energía, en lugar de
devolverla al cauce sin aprovecharla.
Obra de excedencias de la presa El Tintero,
Chihuahua. (Comisión Nacional del Agua, 1999).

67. Obras de control y excedencias
Lo anterior establece que el vaso debe encontrarse lleno, hasta su nivel de
"conservación" o "máximo de operación", antes de que se inicien los desfogues
por la obra de excedencias.
Es frecuente que los volúmenes de agua excedentes de una presa se devuelvan al
cauce del propio río a través de estructuras de descarga proyectadas
convenientemente; sin embargo, en ocasiones las descargas se efectúan a ríos
pertenecientes a cuencas de otro río o subcuencas del mismo.
La capacidad de una obra de excedencias la determinan las avenidas de diseño,
las características del vaso y el programa de operación de la propia obra, o sea,
que dicha relación queda expresada por la fórmula siguiente:

69. Además de tener suficiente capacidad, el vertedor debe ser hidráulico y estructuralmente
adecuado y debe estar localizado de manera que las descargas del vertedor no
erosionen ni socaven el talón de aguas abajo de la presa.
Un vertedor mal proyectado, construido u operado puede originar que el nivel del agua
sobrepase la corona de la cortina y derrame sobre ella, provocando su falla sobre todo si
se trata de presas de tierra o materiales graduados. Por otro lado se ha reportado en la
literatura muchos casos de inundaciones aguas debajo de la cortina, provocadas por una
equivocada operación de las compuertas de los vertedores.
Para señalar la importancia de la obra de excedencias en las presas, basta analizar los
siguientes datos reportados por Marengo H. 1994, según los cuales de 107 casos de
fallas totales conocidos hasta 1975, Silveira A., 1990, 61 se debieron a en las
desbordamientos ocasionados por insuficiencia del vertedor, errores estimaciones
hidrológicas y operación deficiente

70. ¿Qué podría ocasionar una falla de obras de excedencias?
Un vertedor mal proyectado, construido y/u operado, puede originar que el nivel
del agua sobrepase la corona de la cortina y derrame sobre ella, lo que podría
ocasionar su falla, sobre todo si se trata de presas de tierra, materiales graduados
o de enrocamiento.

71. Los casos más severos por desbordamiento se han presentado en la India, Estados
Unidos, Japón y Corea. La falla en la presa Machhu-II (India, 1979) causó 2500 muertes;
la de la presa South Fork (EUA, 1889), ocasionó 2200 fallecimientos; la de la presa
Irukaike (Japón, 1868), provocó 1200 decesos; y la de la presa Hyogiri (Corea, 1961), dio
lugar a 250 defunciones.
Entre 1970 y 1979, ocurrió el 21% de los casos de falla por desbordamiento, un total de
36 casos; a partir de entonces estos incidentes han disminuido. Una de las más
recientes fue la falla de Oaky River Dam en Australia en febrero de 2013, que tiene una
cortina de concreto y enrocamiento, de 18 m de altura y capacidad de 2.7 Mm3,
construida en 1956.
La falla por desbordamiento en una presa tipo rubber dam, se presentó en la presa
Francisco I. Madero, también conocida como Las Vírgenes, localizada en Chihuahua,
México. Esta presa fue construida entre 1941 y 1949, tiene una altura total de 57 m y una
capacidad de almacenamiento original de 425 Mm3, posee una cortina de contrafuertes
de cabeza redonda

72. Presa inflable plástica, “rubber dam” sobre la presa Francisco I. Madero Chihuahua, México.

73. Elementos que lo constituyen.
Las obras de excedencias deben
diseñarse para el gasto máximo de
descarga y revisarse para gastos
menores, tomando en cuenta el efecto
regulador del vaso y las condiciones del
río aguas abajo. Sus componentes son:
a) Canal de acceso. Conduce el agua
desde el almacenamiento hasta la
estructura de control, de manera que
llegue en dirección perpendicular a la
cresta en toda su longitud y libre de
turbulencias a fin de lograr el coeficiente
de descarga máximo y el mínimo de
problemas en el vertido.
Elementos de un vertedor, (Comisión Nacional del Agua, 1999; Arreguín).

74. Elementos que lo constituyen.
b) Estructura de control. Regula las
descargas del almacenamiento. La
regulación puede efectuarse mediante una
sección de control constituida por un
simple umbral, un cimacio, un orificio o
una tubería, que puedan descargar
libremente o sumergidos, y puedan
también estar controlados o no, por
compuertas o válvulas. En cualquier caso,
es muy importante lograr la mayor
eficiencia de la estructura de control, con
un coeficiente de descarga lo más grande
posible para la descarga máxima y evitar
el despegue de la lámina vertiente.
Compuertas Radiales (Comisión Nacional del Agua, 1999).

75. c) Canal de descarga. Permite conducir los
volúmenes que han pasado por la
estructura de control, hasta el río aguas
abajo de la presa. Dicho conducto puede
ser: canal a cielo abierto, conducto cerrado
a través de la cortina o túnel por las
laderas. La selección del tipo y
dimensiones están regidos por
consideraciones hidráulicas, económicas,
topográficas y geológicas del sitio. Debido
a la gran velocidad del agua que puede
desarrollarse, es necesario revestir las
paredes del conducto de descarga y lograr
un escurrimiento lo más satisfactorio
posible.
Túnel de descarga del vertedor de la presa Infiernillo, Michoacán.

76. d) Estructura terminal. Se ubica al final del conducto de descarga y permite
la restitución de las descargas del vertedor al río, disipando la energía
cinética excedente que adquiere el agua en su descenso desde el embalse
hasta el río para lograr la disipación, aunque ésta realmente ocurra fuera de
la estructura terminal. En el primer caso se utilizan tanques amortiguadores
o cubetas disipadoras y en el segundo cubetas de lanzamiento, pero en
cualquier caso el objetivo es alcanzar una disipación eficaz de la energía y
eliminar la erosión en la zona de restitución.

77. Tanque amortiguador del vertedor de la presa Malpaso. (Comisión Nacional del Agua. 1990).

78. e) Canales de llegada y descarga. Continúa después de la estructura terminal y
permite que el agua llegue al cauce del río sin producir remansos hacia aguas
arriba que afecten el funcionamiento de la propia estructura terminal o de otras
estructuras que también descarguen al río. Los objetivos de los componentes de
un vertedor pueden parecer distintos y por tanto susceptibles de estudiarse por
separado, sin embargo existe una correlación de estrecha y mutua influencia entre
ellos que no aconsejan un estudio aislado de los mismos. En algunos casos es
posible satisfacer las condiciones impuestas por las características topográficas
y geológicas locales con soluciones de costo elevado, sin embargo es preferible
reducir al mínimo los riesgos provenientes de soluciones no convencionales y
adaptar los proyectos a la topografía y geología del sitio, tratando de obtener, en lo
posible, una solución económica.

79. Clasificaciones
Existen varias clasificaciones de vertedores atendiendo a diversas características
Atendiendo al eje de la cortina se pueden clasificar así:
a) Vertedores con cimacio de eje recto.
b) Vertedores con cimacio de eje curvo.
De acuerdo con el tipo de conducto se clasifican así:
a) Vertedores con canal de descarga.
b) Vertedores con túnel de descarga.

80. Otra clasificación que considera al mismo tiempo a la estructura de control y al
conducto de descarga, establece los siguientes grupos:
a) Vertedores de caída libre.
b) Vertedores con conducto de descarga.
c) Vertedores en rápida.
d) Vertedores de embudo.
e) Sifones vertedores.