Diseã‘o geotecnico de_presa_enrocado

M E X I C O
DISEÑO GEOTÉCNICO DE PRESAS DE GRAN
ALTURA DE ENROCAMIENTO CON CARA DE
CONCRETO
ASPECTOS FUNDAMENTALES
ESPECIALIDAD: INGENIERÍA CIVIL
Juan de Dios Alemán Velásquez
Maestro en Ingeniería

Mecánica de Suelos
24 de enero de 2013
Diseño geotécnico de presas de enrocamiento con cara de concreto. Aspectos
fundamentales
CONTENIDO
Página
Resumen ejecutivo
3
1 Introducción
4
2 Zonificación de una presa de ECC según
6
ICOLD
3 Diseño Geotécnico de una presa de ECC
10
de Gran Altura según la práctica en CFE.

Aspectos fundamentales
3.1 Zonificación
12
3.2 Caracteristicas de los materiales 2A,
13
2B y 3A utilizadas en México
13
3.2.1 Material 2A
14
3.2.2 Material 2B
14
3.2.3 Material 3A
17
3.3 Pruebas de campo y laboratorio para 19
determinar las caraterísticas de los
materiales 3B, T y 3C.
3.3.1 Pruebas de laboratorio índice
20
3.3.2 Pedraplenes de prueba
21
3.3.3 Pruebas de odometro gigante
26
3.3.4 pruebas triaxiales
27
3.4 Análisis númericos esfuerzo
28
deformación para predecir el
comportamiento de la presa
28

3.4.1 Selección de parámetros
3.4.2 Análisis númericos esfuerzo-deformación
34
3.5 Comportamiento de la presa durante
construcción y primer llenado
34
3.5.1 Propiedades índice de los materiales
utilizados en la Presa
36
3.5.2 Asentamientos y filtraciones
medidos
4. Conclusiones
37
5 Referencias
39
Especialidad: Ingeniería Civil
2

fundamentales
RESUMEN EJECUTIVO
El diseño de las presa de enrocamiento con cara de concreto (PECC o
CFRD por sus siglas en inglés) ha sido generalmente empírico, es decir,
basado en los precedentes y en la extrapolación de estos precedentes,
sin realizar estudios de campo y laboratorio detallados para determinar
las características esfuerzo- deformación de los materiales a utilizar, ni
ejecutar análisis númericos que permitan predecir el posible
comportamiento de la estructura.
Esta práctica funcionó más o menos bien durante muchos años, pero no
era raro que algunas presas presentaran asentamientos excesivos,
daños en la cara de concreto y filtraciones de consideración, que
generalmente eran reparados o aceptados con cierta resignación.
Sin embargo, las fallas de las presas Mohale, Barra Grande, y Campos
Novos, las cuales presentaron filtraciones desde 0.6 m3/s hasta más 2
m3/s, o el fracturamiento de las losas observadas en presas como
Tianshenqiao, hicieron dudar a la comunidad ingenieril mundial sobre la
conveniencia de este tipo de presas.
Afortunadamente, el excelente comportamiento de la presa El Cajón,
terminada en el 2006, así como el comportamiento observado hasta
ahora en la presa La Yesca, han permitido confirmar que es posible
diseñar este tipo de presas de una manera confiable, siempre que se
realicen estudios de campo (pedraplenes de prueba) y laboratorio
(odometros gigantes) en los materiales que se utilizarían en las diversas
zonas de la presa, y se ejecuten análisis numéricos esfuerzo-deformación
que permitan predecir su comportamiento durante
construcción y primer llenado.
En este documento presentamos los criterios utilizados en la Comisión
Federal de Electricidad (es decir, la experiencia mexicana) para los

estudios, el diseño y la construcción de este tipo de presas, los cuales
han permitido lograr proyectos seguros y confiables.
Se discuten las características que debe cumplir el material 2B para que
sea efectivo como apoyo de la losa de concreto y para reducir las
filtraciones que pudieran presentarse ante eventuales agrietamientos de
ésta, y se dan recomendaciones para la granulometría que debe cumplir
el material 3A para que sea un filtro efectivo del materiale 2B.
Se expone la importancia de utilizar una zona de transición entre los
materiales 3B y 3C, para tener una variacion gradual de los modulos de
3
fundamentales
deformabilidad de los materiales de la presa. También se hace hincapié
en la importancia de utilizar enrocamientos bien graduados, con
contenidos de grava mayores que 40 %, y contenidos de arena
preferiblemente mayores que 15%, asi como el agregar agua a los
enrocamientos para mejorar su compactación.
Palabras clave: Presas de enrocamiento con cara de concreto,
Concrete face rockfill damas, enrocamientos, deformabilidad,
pedraplenes de prueba, pruebas de odometro gigante, análisis
numericos esfuerzo-deformación

4
fundamentales
1.
INTRODUCCIÓN.
Las primeras presas de enrocamiento con cara de concreto (PECC o
CFRD por sus siglas en inglés), fueron construidas a principios del siglo
pasado por las empresas mineras de California para almacenar agua,
aprovechando su experiencia en voladuras y la disponibilidad de roca
sana (Cooke, 1984, 1992, 1997). Estas primeras presas se construyeron
colocando el enrocamiento a volteo en alzadas de hasta 25 m. Como
elemento impermeable utilizaron tablones de madera apoyados
directamente sobre una “piel” de roca colocada prácticamente a mano.
Posteriormente la madera se sustituyó por una cara de concreto. El
diseño, por supuesto, fue completamento empírico.
Este procedimiento se siguió utilizando hasta los años cincuentas en
presas de hasta 70-80 m de altura, la cuales se comportaron
satisfactoriamente. Sin embargo, a medida que las presas se fueron
haciendo más altas se presentaron problemas de altas filtraciones, lo
que motivó que las presas tipo ECC fueran perdiendo popularidad,
aunque la seguridad nunca estuvo comprometida. Era un hecho que la
fuerte deformabilidad del enrocamiento colocado a volteo no era
compatible con la rigidez de la cara de concreto.

Ante este problema y puesto que la necesidad de presas cada vez más
alta seguía presente, se comenzaron a construir presas de enrocamiento
con núcleo impermeable, las cuales con el desarrollo de la mecánica de
suelos, fueron cada vez más altas y seguras. Durante los años 40’s -60’s
sólo se construyeron algunas presas de ECC de más de 80 m de altura
(Cooke, 1991) y en general presentaron problemas de altas filtraciones.
La última presa de más de 100 m construida con enrocamiento colocado
a volteo fue New Exchequer, en California, con 150 m de altura, la cual
presentó filtraciones de hasta 4 m3/s (Cooke, 1992).
A partir de los años 60’s, con el advenimiento de los compactadores de
rodillos vibratorios se hizo evidente que la compactación mejoraba
notablemente las características de deformabilidad y resistencia de los
enrocamientos, permitiendo además, utilizar rocas menos competentes
en el cuerpo de la presa. Esto permitió retomar las presas de ECC como
una opción viable para alturas mayores que 80 m.
Durante este nuevo periodo (comenzado con la presa Cethana en
Australia, en 1971, de 110 m de altura), se introdujeron cambios en el
diseño del plinto, las juntas impermeables, y se comenzó a colocar como
soporte de la losa de concreto un enrocamiento de pequeño tamaño con
un cierto porcentaje de finos, proporcionando una superficie lisa y una
5

fundamentales
zona semipermeable que reducía de manera importante las filtraciones
aún cuando se presentaran agrietamientos en la cara de concreto.
Conforme se fue adquiriendo experiencia se comenzaron a construir
presas de ECC cada vez de mayor altura, como Alto Anchicaya (1974,
140 m), Foz Do Areia (1981, 160 m), Aguamilpa (1994, 190 m) y
Tiangshenqiao (1997, 180 m), siguiendo un diseño empírico y basado en
el comportamiento de los proyectos precedentes (ver fig. 1).

Figura 1 Tendencias en altura de presas de ECC por año de construcción (cooke,
1991, 1997, extendida a 2011)
Parecía que los criterios para el diseño y construcción de presas de
mayor altura ya estaban definidos, sin embargo, la falla de dos presas
de más de 180 m de altura en brasil (Campos Novos y Barra Grande,
2005), sembraron dudas sobre el límite de altura de este tipo de presas,
afortunadamente, el excelente comportamiento de la presa El Cajón,
terminada en el 2006, permitieron afirmar que era posible diseñar este
tipo de presas de manera confiable, combinando la experiencia con
estudios de campo y laboratorio detallados y análisis númericos que
permitan predecir el comportamiento esfuerzo deformación de la
estructura.
En este trabajo presentaremos los criterios actuales utilizados en México
para el diseño geotécnico de presas de gran altura (más de 150 m),
6

fundamentales

basados en los conocimientos adquiridos durante los trabajos para el
diseño y construcción de las presas El Cajón y La Yesca.
2. Zonificación de una presa de ECC según ICOLD
Zonas del enrocamiento y sus propiedades
2.1 Zonificación de la presa
Para presas de enrocamiento con cara de concreto es común usar, de
acuerdo a la nomenclatura internacional, la zonificación y
recomendaciones de construcción que aparecen en los incisos siguientes
(International Committe of Large Dams, ICOLD, 2010, ver figs. 2 y 3).
Sin embargo, veremos en el inciso 3, que el seguir estas
recomendaciones sin un juicio ingenieril apropiado puede llevar a
proyectos que se comporten de manera inadecuada.
Fig. 2 Zonificación y nomenclatura típica propuesta por ICOLD, 2010
Zona 1
La Zona 1 se compone de las Zonas 1A y 1B, los cuales se colocan en el
tercio o mitad inferior de la cara de concreto. Enseguida se describen
con detalle su función y características.
7
fundamentales
Fig. 3 Detalle de zonificación de materiales en junta perimetral Plinto-losa
Zona 1A
Es un limo no plástico (no cohesivo) o arena fina limosa no plástica
compactado ligeramente, que se coloca sobre el tercio o mitad inferior
de la cara de concreto, en la zona de tensiones en dirección del talud,
con el propósito tener un material que pueda migrar fácilmente y sellar
las grietas que pudieran producirse en la cara de concreto. Dicho suelo
se protege o se le proporciona mayor estabilidad cubriéndolo con el
material de la zona 1B. No es recomendable un suelo con cierta
plasticidad o francamente arcilloso ya que probablemente no migre ante

el flujo de agua. Generalmente, este material se coloca en capas de 20 a
40 cm de espesor y se compacta ligeramente con un rodillo ligero o con
las orugas del tractor.
Zona 1B
Material que da estabilidad y sirve de protección a la Zona 1A contra
erosión por efecto de la lluvia (durante construcción ) y el oleaje
durante el llenado del embalse. Generalmente se trata de una rezaga
8
fundamentales
mixta compuesta de grava-arenas, fragmentos de roca, limo, etc. Se
coloca en capas con espesor similar al 1B y se compacta con 4 pasadas
de rodillo liso vibratorio.
Zona 2
Los materiales de esta zona proporcionan un apoyo uniforme y firme a
la losa de concreto y funcionan, al mismo tiempo, como una barrera
semi-impermeable contra la posible filtración del agua. Generalmente,
se utilizan las siguientes subzonas:
Zona 2A
Se debe incluir esta zona debajo de la junta perimetral losa-plinto, como
se muestra en la Figura 3. Sirve como una zona con un módulo alto para
limitar la deformación de la losa en el perímetro y una permeabilidad
relativamente baja para reducir filtraciones. Según la ICOLD, esta zona
actúa también como filtro para retener limos en caso de que las juntas
perimetrales se abran y los sellos fallen. El tamaño máximo de partícula
se ubica entre 19 y 37 mm, y corresponde a grava arena con limo bien
graduada, GW-GM. Se coloca en capas de 0,3 m de espesor.
ICOLD establece que el material debe cumplir con el criterio de filtros
en cuanto a retención y permeabilidad, por lo que el boletín No. 141
recomienda un % de finos menor que 5% (véase inciso 3.2.1).
Zona 2 (2B)

Grava arena poco limosa producto del procesamiento de aluvión o de
trituración de roca y, en caso necesario, mezclado con limo o arena
limosa, para obtener la granulometría especificada. Debe ser bien
graduada con limo GW-GM y colocada en capas con espesores de 0,3 a
0,4 (Revisar espesores) m. Se recomienda que el ancho de esta zona
sea de 4 a 5 m (Sherard 1985; ICOLD 2010) como mínimo. Las
especificaciones de granulometría más usuales se presentan en la Tabla
1 (véase inciso 3.2.2)
9
fundamentales
Tamiz
Tamaño, en
Porcentaje que pasa, por peso
estándar US
mm
Granulometría
ICOLD Boletín
modificada, límites
Sherard (1985b)
70 (1989a)
para la Zona 2B
(boletin 141)
3”
76.2
90-100

90-100
100
1½”
38.1
70-95
70-100
70-100
¼”
19.1
55-80
55-80
55-80
No. 4
4.76
35-55
35-55
35-60
No. 16
1.19
18-40
0.6
8-30
8-30
No. 50
0.297
6-18
No. 200
0.074

2-12
5-15
0-7 (no cohesivo)
Tabla 1. Granulometría para material 2B recomendadas por ICOLD, 2010
Zona 3
Es la zona principal de la cortina y consiste en enrocamiento y/o aluvión.
En general, se divide en cuatro subzonas: 3A, 3B, 3C y 4, aunque
dependiendo de los materiales disponibles en el sitio, pueden ser
eliminadas algunas de ellas.
Zona 3A
La zona 3A es la transición entre la Zona 2 y el cuerpo principal de
enrocamiento. Está constituida por aluvión o roca de cantera procesada
de tamaño pequeño o gravas que permiten el libre drenaje del
enrocamiento y funcionan como filtro del material 2B. Se coloca en
capas de espesor similar al del material 2B (0.3-0.4 m) . Esta zona se
debe compactar de manera similar al material 3B para alcanzar altos
módulos de rigidez y contribuir de manera eficiente al soporte de la
cara de concreto, limitando su deformación.
Zona 3B
Esta zona consiste comúnmente de enrocamiento con tamaño máximo
de 1 m, colocado en capas de 1 m de espesor y (segú generalmente
compactado con 4 pasadas de un rodillo liso vibratorio de 10 t de masa
en el tambor. Para algunos proyectos, el número de pasadas se
determina con base en pruebas de campo. Para rocas blandas el agregar
agua (10 a 25 %del volumen de roca) y manejar capas más delgadas
permite alcanzar densidades aceptables. También es posible manejar
capas más delgadas para grava-arenas.
10
fundamentales

Zona 3C
Esta zona consiste de enrocamiento con tamaño máximo de 2 m
colocado en capas de 2 m de espesor y compactado con 4 pasadas de
un rodillo liso vibratorio de 10 t de masa en el tambor. Al igual que la
zona 3B, el espesor de capa y el numero de pasadas son ajustados en
función de las características del material. Esta zona prácticamente solo
toma la carga debido a su peso propio, por lo que no influye de manera
directa en la deformación de la cara de concreto ante la carga del agua
del embalse, sin embargo, es recomendable que su deformabilidad no
sea excesivamente diferente a la del material 3B para evitar que su
deformación ante carga sostenida afecte a la losa, como ocurrió en
Aguamilpa (Alberro, 1998).
Zona 4
La zona consiste de fragmentos de roca de gran tamaño (mayor que 1
m), colocados con grúa o retroexcavadora. Su función principal es
proteger de la erosión contra lluvias o viento al material 3C. Permite
además dar una vista estética al talud aguas abajo de la presa.
3. Diseño geotécnico de presas de ECC de gran altura según la
práctica en CFE. Aspectos fundamentales
En 1992 J. B. Cooke afirmaba que el diseño de las presas de
enrocamiento con cara de concreto era totalmente empirico (es decir,
basado en la experiencia práctica y no en la teoría) y se basaba en los
precedentes y la extrapolación de estos precedentes. Hoy, 20 años
después, tomando en cuenta las recomendaciones dadas en el boletín
141 del ICOLD (ICOLD, 2010), el cual no menciona la necesidad de
determinar las propiedades de deformabilidad de los enrocamientos ni
de ejecutar análisis numéricos para predecir el comportamiento de la
presa, podemos concluir que las cosas no han cambiado mucho desde
entonces. En efecto, salvo algunas excepciones, la práctica común del
diseño de este tipo de presas sigue siendo puramente empírico, sin
estudios completos sobre la deformabilidad de los enrocamientos ni
análisis númericos del posible comportamiento futuro de la presa.
Este práctica de realizar diseños completamente empíricos provocó que

un buen número de proyectos presentaran problemas de filtraciones, al
grado que ya desde el 2002 había fuertes críticas al comportamiento de
las presas de ECC, como lo demuestra el comentario de Anthiniac que
reproducimos a continuación:
11

fundamentales
“Yet the first impounding of CFRDs is all too often accompanied by
leakage, sometimes on an impressive scale, which disturbs the
operation of the schemes, diminishes their profitability, and requires
costly remedial measures, the efficiency of which can be uncertain. The
owners of such dams are disenchanted and wrongly believe that leakage
is an inherent flaw of CFRDs.” (Anthiniac et al, 2002).
“The safety of the dams was never called into question, since the
materials of which they are made enable water to flow out freely without
causing any damage, but the leakage rates were deemed to be too high,
given the type of dam and the functions involved. Moreover, the current

trend is to accept increasingly high leakage rates, implying that leakage
is not a danger.” (Anthiniac et al, 2002)
Esta crítica comprobó su certeza con el comportamiento de las presas de
Mohale (en Sudáfrica), Barra Grande y Campos novos, en Brasil (fig.4),
las cuales sufrieron rotura de losas y filtraciones del orden de m3/s.
Afortunadamente, el comportamiento de la presa El Cajón en 2006, y la
Yesca, en 2012, ha permitido demostrar que es posible realizar un
diseño mas racional de una presa de este tipo, no únicamente basado
en la experiencia, sino tambien en el estudio de las propiedades de
deformabilidad y resistencia de los enrocamientos, y en la ejecución de
análisis númericos que permitan predecir su comportamiento esfuerzo
deformación y definir el nivel de esfuerzos a que estará sujeta las losas.
En los siguientes incisos presentaremos los criterios de estudios y diseño
geotécnico utilizados en México para presas de gran altura, que han
permitido que estas presas presenten un comportamiento excelente.
Fig. 4 Vista de la rotura de la losa de concreto en la presa Campos Novos (fotos Cortesía
F.
Méndez).
12
fundamentales

3.1 Zonificación utilizada en México
Un primer cambio realizado en México con respecto a la practica usual
fue introducir una zona de transición en el cuerpo de la presa. Esto se
hizo por primera vez en Aguamilpa, y tuvo como objetivo el evitar un
cambio muy abrupto en las propiedades de los materiales, considerando
que la zona 3B está constituida por un aluvión muy poco deformable,
colocado en capas de 60 cm de espesor, y el enrocamiento de la zona
3C, colocado en capas de 1.2 m. Para ello se introdujo una zona de
transición de enrocamiento colocado en capas de 0.6 m de espesor (ver
fig. 5).
Fig. 5 Zonificación de la presa Aguamilpa (Montañez, 2000)
Esta presa se ha comportado adecuadamente (con filtraciones en este
momento menores que 20 l/s), a pesar de que se presentó un
agrietamiento horizontal en la parte superior de la cara de concreto
debido al asentamiento ante carga sostenida sufrido por la zona 3C,
(Alberro, 1998 ).
Posteriormente, para el diseño de la presa El Cajón, se modificó la
frontera vertical entre los materiales 3B y T, para evitar concentraciones
de esfuerzos en esa zona. La solución fue utilizar una frontera con
taludes 0.5:1 (ver fig. 6), tomando en cuenta que aún para esta
inclinación, la zona 3B continuaba soportando la mayor parte de la
carga debido al llenado del embalse (Romo, et al, 2002).
Para la presa La Yesca, como se comentará con detalle más adelante,
se optó por una sección similar y, además, las granulometrias entre las
tres zonas principales de enrocamiento fueron practicamente iguales,
variando principalmente el espesor de capa y el támaño máximo
aceptable en cada zona. Este criterio garantiza que los modulos de
deformabilidad entre zonas varíen gradualmente, evitando así cambios
bruscos de modulos que pueden originar un comportamiento indeseable.

fundamentales
Además, permite utilizar un enrocamiento más compresible en la zona T
sin afectar el comportamiento de la cara de concreto ante llenado.
Fig. 6 Sección máxima de la Presa El Cajón.
3A
Fig. 7 Vista de la zonificación típica de materiales en una presa de ECC utilizada en
México.
3.2 Características de los Materiales 2A, 2B y 3A utilizadas en
México
3.2.1 Material 2A
La nomenclatura internacional denomina a esta zona como 2A, mientras
que en México se conoce como 2F. Se debe incluir esta zona debajo de
la junta perimetral plinto-losa, como se muestra en la Figura 3. Sirve
como una zona con un módulo alto para limitar la deformación de la losa
en el perímetro y una permeabilidad relativamente baja para reducir
filtraciones. Esta zona actúa también como filtro para retener limos en

14
fundamentales
caso de que las juntas perimetrales se abran y los sellos fallen. El
tamaño máximo de partícula se ubica entre 19 y 37 mm, y corresponde
a grava arena con limo bien graduada, GW-GM. Se coloca en capas de
0,3 m de espesor.
Existe una diferencia notable de criterios entre la granulometría de este
material recomendada por el boletín No. 141 de ICOLD (ICOLD,2010) y
los criterios de diseño utilizados en El Cajón y La Yesca (Alemán, 2001,
Pantoja, 2006). ICOLD establece que el material debe cumplir con el
criterio de filtros en cuanto a retención y permeabilidad, por lo que
recomienda un % de finos menor que 5%, mientras que el criterio
empleado en México establece que el material 2A debe tener una baja
permeabilidad (menor que 1 x 10-4 cm/s) para reducir drásticamente
las filtraciones en el caso de una rotura de la junta perimetral del plinto,
y adicionalmente, debe retener a la arena fina limosa o el limo arenoso
no plástico que componen al material 1A. esto exige que el material 2A
tenga un % de finos entre 6 y 12%. En la tabla 3 se puede apreciar
estas diferencias.
Tamiz
Tamaño, en
estándar US
mm
ICOLD
Aguamilpa
El Cajón
La Yesca
BOLETIN 141
1½”
38.1
100

100
100
100
¾”
19.1
85-100
60-80
80-100
75-100
No. 4
4.76
50-75
32-60
45-70
45-65
No. 16
1.19
25-50
20-43
30-46
25-40
No. 50
0.297
10-25
12-26
18-30
15-23
No. 200
0.074
0-5
5-12
8-16
6-12

Tabla 3. Caracteristicas del Material 2A recomendado por ICOLD y utilizados en México
3.2.2. Material 2B
El material 2B constituye el soporte directo de la cara de concreto. En el
inicio de la construcción de este tipo de presas a principios del siglo
pasado, la losa de concreto se colocaba sobre una “piel” de
enrocamiento de gran tamaño colocado con grua.
Posteriormente, en los años 55-60, al comenzar a compactarse los
enrocamientos de la zona 3B colocados en capas más delgadas, también
se modificó la granulometría de la zona 2B, utilizando material triturado
con tamaños entre 38 cm a 2.5 cm. Se evitó utilizar materiales más
finos ante el temor de que fueran arrastrados por flujos de agua
concentrados, lo que podría haber dejado a la losa sin soporte en
algunas zonas. Sin embargo, esta especificación implicaba la necesidad
15

fundamentales
de remover del material triturado las partículas menores que 2.5 cm. Lo
que implicaba un costo adicional.
El cambio más importante en la granulometría de esta zona se dio en la
presa Cethana, en Australia (1971, Sherard, 1985, Cooke, 1992)). Aquí
se decidió no remover los materiales más finos, permitiendo un
porcentaje de hasta 5% de materiales menores que la malla No. 200.
Lo anterior tenía dos ventajas, por un lado, se obtenía una superficie
más suave para el apoyo de la losa y por el otro, el material presentaba
una permeabilidad considerablemente más baja, lo que permitia reducir
las filtraciones a través de las grietas en las losas.
A raíz de esta experiencia se utilizó el mismo principio en otras presas
como alto anchicayá (Materon, 1985, Sherard, 1985) y Foz Do Areia
(Pinto et al, 1985), lo que derivó en la recomendación de J. L. Sherard
que aparece en la siguiente figura, y que básicamente exige un tamaño
máximo de 7.5 cm, un porcentaje de arena mayor que 35% (para evitar
la segregación) y permite materiales menores de la malla 200 en un
porcentaje de 2 a 12%.
100
90
New Exchequer (1966)
80
Cabin Creek (1967)
70
Pindari (1969)
60
Cethana (1971)
50
Alto Anchicayá (1974)
40
Foz Do Areia (1981)
30

Sherard(1985)
Boletin 70 Icold
20
Boletin 141 ICOLD (2010)
10
CFE (2006)
0
1000
100
10
1
0.1
0.01
Fig. 8 Granulometrías promedio del material 2B utilizadas en diferentes proyectos
desde 1966 a la fecha.
En la figura tambien se puede apreciar la evolución de la granulometría
del material 2B, desde los años 50’s hasta la actualidad. Se puede
observar que la tendencia fue ir reduciendo el tamaño máximo de los
fragmentos, desde 40 cm en New Exchequer, hasta la grava arena con 8
% de finos utilizada en el PH La Yesca.
16
fundamentales
Sherard (1985) también recomendó que el coeficiente de permeabilidad
de estos materiales fueran menor que 1 x 10-3 cm/s, ya que esto
permitía una reducción drástica de las filtraciones ante fracturamientos
de la losa, al respecto, cabe comentar que durante la construcción de El
Cajón y la Yesca, se alcanzaba coeficientes de permeabilidad del orden

de 0.5 x 10-3 cm/s con contenidos de finos del orden de 8%.
Por otro lado, el ICOLD en su boletín 141 (ICOLD, 2010) redujo
considerablement el % de finos del material 2B con respecto a lo
recomendado en su propio boletín 70. Como se ve en la tabla 4, los
criterios de ICOLD y CFE son considerablemente diferentes en cuanto a
este porcentaje. ICOLD lo restringe a 7% máximo, lo que lleva a una
permeabilidad del orden de 1x10-2 cm/s, mientras que CFE exige
porcentaje de finos entre 6 y 10%, lo que permite permeabilidades
menores que 10-3 cm/s, garantizando así que aún ante agrietamientos
importantes de la cara de concreto, las filtraciones sean reducidas.
Tamiz
Tamaño, en
estándar US
mm
Granulometría
CFE, 2006
ICOLD Boletín
modificada, límites
Sherard (1985b)
70 (1989a)
para la Zona 2B
(ICOLD boletin 141)
3”
76.2
90-100
90-100
100
100
1½”
38.1
70-95
70-100

70-100
75-100
¼”
19.1
55-80
55-80
55-80
60-100
No. 4
4.76
35-55
35-55
35-60
35-60
No. 16
1.19
18-40
0.6
8-30
8-30
10-30
No. 50
0.297
6-18
No. 200
0.074

2-12
5-15
0-7 (no cohesivo)
6-12 (no
cohesivo)
Tabla 4. Granulometrías del material 2B recomendadas por ICOLD y las utilizadas en
México
La granulometría actual del material 2B diseñado de acuerdo a los
criterios utilizados en México permite obtener un material poco
permeable (permeabilidad menor que 1 x 10-3 cm/s) y no segregable
(contenidos de arena mayores que 35% evitan esta condición). Además,
los procedimientos constructivos utilizados recientemente en presas
como La Yesca, consideran la colocación de este material mediante
máquinas esparcidoras (ver fig. 9), lo que permite controlar
perfectamente el espesor de este material y evitan completamente su
segregación.
17

fundamentales
En cuanto a su compactación, es recomendable que este material
alcance relaciones de vacíos menores que 0.22, por lo que previo a la
construcción deben realizarse en campo terraplenes de prueba para
definir el contenido de agua óptimo y el número de pasadas mínimo del
rodillo liso vibratorio que garanticen este valor.
Cabe comentar que para el proyecto de La Yesca, el contenido de agua
óptimo de este material fue del orden de 7%, y se compactó con un
rodillo liso vibratorio de 12 t de peso en el tambor, dando del orden de
8 a 10 pasadas.
Fig. 9 Colocación de material 2B con máquina esparcidora en el PH
La Yesca.

3.2.3 Material 3A
El material 3A sirve como transición entre el material 2B (grava arena
limosa) y el 3B (enrocamiento o grava arena con tamaño máximo de 60
a 100 cm). Generalmente se coloca en capas del mismo espesor que el
material 2B y se compacta con 6 a 8 pasadas de rodillo liso vibratorio
de 12 t de masa en el tambor.
Es importante que el material 3A sirva como filtro del material 2B, para
evitar que sus finos sean arrastrados, considerando los altos gradientes
que pueden generarse en las presas de gran altura cuando se produce
un agrietamiento de la cara de concreto. Sin embargo, puesto que el
material 2B es estable internamente (Sherard, 1985), puede tomarse su
granulometría integral para diseñar el filtro, lo cual permite que
materiales relativamente gruesos puedan hacer esta función. Sin
embargo, es conveniente que estos materiales posean al menos un 30
% de contenido de arena para reducir el riesgo de segregación.
18

fundamentales
En la fig. 10 se observa dos fotografías del material 3A utilizado en La
Yesca y en el Cajón, respectivamente. En la primera consistió en aluvión
cribado para eliminar las partículas mayores que 20 cm. En la segunda
se trató de un enrocamiento procesado para dar la granulometría
especificada. Se observa en la foto como en el contacto 3A-2B fueron
removidos los fragmentos segregados de mayor tamaño, dejando un
material capaz de retener al material 2B.
En algunos proyectos, cuando el material 3B es aluvión, se ha
acostumbrado eliminar al material 3A, permitiendo el contacto del
material 2B con el 3B. Al respecto cabe comentar que si bien es cierto
que los aluviones pueden ser menos segregables que el enrocamiento,
siempre existe el riesgo de que se presente una zona de segregación
que no garantice la retención del material 2B, por lo que es
recomendable siempre utilizar al material 3A como una transición entre
el 2B y el 3B.
En general se recomienda para el material 3A un % de arena mayor
que 30%, un % de finos menor que 5 % y un tamaño máximo de 20

cm. Además, durante su colocación, se deberán retirar los materiales
más gruesos que se hayan podido segregar en la zona de contacto con
el material 2B.
En la fig. 11 se pueden observar las granulometrías promedio del
material 3A utilizadas en las presas de El Cajón y La Yesca.
Fig.10 Fotos de zona de contacto entre los materiales 2B y 3A en los proyectos de a)
La Yesca; b) EL Cajón. Observese como se han retirado los sobretamaños.
19

fundamentales
Fig. 11 Curvas granulométricas del material 3A utilizado en El Cajón y La Yesca
3.3 Estudios de campo y laboratorio para definir las
caracteristicas de los materiales 3B, T y 3C
Como ya se comentó, en México se utiliza una zonificación para las
presas de ECC que incluyen un material de transición entre las zonas 3B

y 3C clasicas. Esto permite que haya una reducción gradual del modulo
de deformabilidad de los enrocamientos a partir del material 3B (el
menos deformable), hasta el 3C (el más deformable).
El material 3B constituye el enrocamiento principal de una presa de
ECC. Este material soporta la carga del agua del embalse y define, por
tanto, la deformación que sufrirá la cara de concreto.
En las primeras presas de ECC, el material 3B se colocaba a volteo en
alzadas de hasta 25 m de espesor. Como se comentó en la introducción,
este procedimiento permitió construir presas de hasta 70-80m de
altura. Presas más altas presentaron filtraciones de consideración. Con
el advenimiento de los compactadores vibratorios, se comenzaron a
compactar
los
enrocamientos,
reduciendo
notablemente
su
deformabilidad, lo que permitió construir presas del orden de 160 m de
altura con un comportamiento aceptable.
Los criterios eran simples y basados en la experiencia y los precedentes,
consistían en utilizar enrocamiento sano en capas del orden de 1 m de
espesor, provenientes directamente de las voladuras realizadas en los
bancos de roca, sin prestar atención a la granulometría ni a los
parámetros de deformabilidad del enrocamiento. Tampoco se realizaban
análisis confiables que pudieran dar una idea de los niveles de
20
fundamentales
deformación y de esfuerzos que sufriría la cara de concreto durante el
llenado.

Sin embargo, los considerables agrietamientos de la cara de concreto y
las fuertes filtraciones asocidadas a ellos que presentaron los proyectos
de Barra Grande, Campos Novos y Mohale en el año 2005 y 2006,
construidos con los criterios antes descritos, indicaron que era necesario
revisar estos.
Por otro lado, el agrietamiento presentado por la presa de Aguamilpa
mostró que tampoco era conveniente manejar enrocamientos con
fuertes constrastes entre sus módulos de deformabilidad.
Todo lo anterior hizo evidente la necesidad de realizar estudios más
detallados de campo y laboratorio para caracterizar con mayor precisión
las caracteristicas de deformabilidad y resistencia al corte de estos
materiales, así como de la ejecución de análisis numéricos para poder
predecir el comportamiento esfuerzo-deformación de la presa y los
esfuerzos en la cara de concreto durante construcción y primer llenado.
En lo que sigue se describen la práctica utilizada en la CFE para el
estudio de las propiedades mecánicas de los materiales y el diseño de
una presa de ECC.
3.3.1 Pruebas de laboratorio índice
Gran parte de las características de deformabilidad de un enrocamiento
depende de sus propiedades físicas intrínsecas, tales como sanidad,
forma y dureza de los granos. En efecto, a menor dureza, mayor
angulosidad y mayor tamaño de grano, este sufrirá mayor rotura y por
tanto el enrocamiento será más deformable, mientras que
enrocamientos con granos duros, redondeados (como en los aluviones)
y del tamaño de las grava-arenas sufrirán menos rotura de partículas y
serán por lo tanto menos deformables (Marsal, 1972).
Sabemos que enrocamientos sanos y con granos duros (con carga de
rotura mayor que 10 kN y resistencia en compresión simple mayor que
75 MPa) podrán ser utilizados generalmente en la zona 3B en capas de
80 cm de espesor siempre que tengan una granulometría bien
graduada. Cuando se trata de aluviones, espesores de capa de 60 cm

son adecuados. Esto permite definir en primera instancia los espesores
de capa que utilizaremos en los pedraplenes de prueba para conocer los
modulos de deformación del enrocamiento.
21
fundamentales
En la Tabla 5 se muestran los resultados de las pruebas indice realizadas
para los materiales de El Cajón y La Yesca (aluvión y enrocamiento,
Vazquez, 2004, Pantoja, 2006, 2007). Se observa que la carga de
ruptura varío entre 3.5 kN (para las dacitas) a 10 kN (aluviones) en
condiciones saturadas, lo que los define como enrocamientos de grano
semi-duro a duro (Marsal 1972).
Material
Material
Carga de ruptura, en kN
Prueba
Dacita
Dacita
Gravas
Seca
Saturada
Fluidal
Porfirica
Absorción
< 2.25%
<2.2%
<2.3%

Gravas La Yesca
12
10
Intemperismo
Dacita Fluidal La
acelerado
< 1%
<9%
<5.3%
5
3.5
Yesca
Abrasion (Los
<12.5%
<14%
<17%
Angeles)
Dacita porfirica
4.8
4
La Yesca
Compresión no
132
76
confinada, en
Ignimbrita El
MPa
1.9 to 3.3
1.7 to 2.6
Cajón
Tabla 5. Resultados de pruebas de laboratorio de las gravas y los enrocamientos de La

Yesca
Cuando los enrocamientos son de granos blandos, es posible que se
requieran utilizar menores espesores de capas para lograr
enrocamientos poco deformables. Estos aspectos deben tomarse en
cuenta en el diseño de los pedraplenes de prueba.
3.3.2 Pedraplenes de prueba
Una vez que se localizaron y estudiaron los potenciales bancos de
materiales para la presa (aluvión y/o roca, Cedro, 2006) y determinado
sus propiedades índice (Resistencia en compresión simple, abrasión,
intemperismo acelerado, rotura de granos), se diseñaron pedraplenes
de pruebas enfocado a definir la granulometría, espesor de capa y
número de pasadas de los enrocamientos, y de aluvión, así como sus
características de deformabilidad.
Un primer aspecto que se definió antes de comenzar la construcción de
los pedraplenes de prueba de enrocamiento es que granulometría se
utilizará en los estudios. Cuando existen bancos de aluvión, como en La
Yesca, generalmente es posible utilizarlos de manera directa (“en
greña”), sin mayores tratamientos, ya que por la manera en que se
depositan estos materiales poseen una granulometría bien graduada que
al compactarse permite obtener materiales densos. En la fig. 11 se
22

fundamentales
observa la granulometría natural de los bancos de aluvión utilizados en
La Yesca y el perfecto acomodo que alcanzan estos materiales cuando
se les compacta.

Cuando se trata de enrocamientos, la granulometría se define con base
en precedentes, aunque para la Yesca se buscó que la granulometría
fuera similar a la del aluvión en greña. En la fig. 12 aparecen las
granulometrías del material 3B utilizado en diferentes presas. En
general, se busca obtener enrocamientos bien graduados, con
porcentajes de gravas altos (por arriba del 40%, y un cierto porcentaje
de arena (preferiblemente mayor que 15%) para lograr relaciones de
vacíos bajas , y por consiguiente, un material poco deformable.
Deben evitarse enrocamientos uniformes y muy angulosos, aún cuando
sean de roca muy dura como los basaltos, ya que serán altamente
deformables. Si no existe otra opción, será necesario emplear capas
mas delgadas y tamaños máximos menores que lo usual para reducir la
deformabilidad de este tipo de enrocamientos.
Por otro lado, un aspecto fundamental para obtener la granulometría
adecuada es la ejecución de voladuras de prueba en los bancos de roca,
cuyos arreglos se deben ir ajustando (altura del banco, espaciamiento y
número de la línea barrenos, longitud del taco superior, cantidad de
explosivo, etc.), hasta lograr una granulometría bien graduada y con los
tamaños máximos especificados.
Una vez definidos los bancos a utilizar para las pruebas y el arreglo de
las voladuras en los bancos de roca, es posible comenzar a construir el
pedraplén de pruebas.
a)

b)
Fig. 11 a) Granulometría natural de los bancos de aluvión en el PH La Yesca;
b) Acomodo del aluvión natural al ser compactado
23

fundamentales
En la fig. 13 se muestra una sección y en la fig. 14 una planta del
pedraplén utilizado para estudiar los aluviones del PH La Yesca. En
general tienen dimensiones en planta del orden de 50 x 50 m en la
base, y altura de 10 m, con el fin de lograr aplicar cargas significativas
por peso propio para poder medir la deformabilidad de los materiales
mediante extensómetros mecánicos. Un pedraplén similar se construyó
para estudiar los enrocamientos.
Fig. 12 Granulometrías de la zona 3B utilizadas en diversos proyectos
Fig. 13 Sección del pedraplén de aluvión utilizado en los estudios de La Yesca
24

fundamentales
Fig. 14 Planta del pedraplen de pruebas de aluvión de La Yesca
El pedraplén de prueba permitió confirmar que las granulometrías
especificadas son obtenibles de una manera económica, asi como definir
el número de pasadas óptima y las características de deformabilidad de
los materiales. Para lograr lo anterior, la instrumentación mediante
bancos de nivel flotantes y topografía de precisión son fundamentales.
Los pedraplenes tambien nos permitieron confirmar la importancia de
agregar agua para mejorar la compactación de los enrocamientos, los
cuales se compactaron agregando 250 l/m3 (litros de agua / volumen
del material). No así en los aluviones, los cuales no presentaron mejoría
al agregarseles agua, por lo cual fueron finalmente compactados en seco
En la Fig. 15 aparecen las curvas granulométricas promedio de los
materiales utilizados en el pedraplén de prueba, mientras que en la
tabla 6 se resumen los las relaciones de vacíos obtenidos en estos

pedraplenes.
25
fundamentales
Relación de vacíos del
Relación de vacíos de la grava-arena
enrocamiento*
Espesor de
Espesor de
capa, en m
Número de pasadas
capa, en m
Dacita

Dacita
fluidal
Porfírica
4
6
8
0.60
0.258
0.247
0.233
0.80
0.336
0.361
0.80
0.250
0.25
0.239
1.0
0.331
0.410
1.0
--
0.257
0.292
1.2
0.368
0.422
*, datos para 8 pasadas del rodillo
Tabla 6. Resultados de relaciones de vacíos obtenidos en los pedraplenes
Fig. 15 Curvas granulométricas promedio de los materiales utilizados en los
pedraplenes de prueba

Los módulos de elasticidad que aparecen en la tabla 6 fueron obtenidos
con base en las mediciones de los asentamientos del pedraplén
utilizando la siguiente ecuación:
(1)
Donde:
Ev, Módulo elástico vertical, en MPa;
H, Altura del enrocamiento por arriba del punto de medición, en m
h, Espesor del enrocamiento por abajo del punto de medición, en m
s, Asentamiento en el punto de medición
26
fundamentales
Módulo de deformación promedio
Espesor de capa,
E, en MPa
m
Dacita
Dacita
Gravel
fluidad
porfirica
0.60
277

0.80
256
148
174
1.00
246
135
158
1.20
126
150
Tabla 7. Módulos de elasticidad obtenidos en los pedraplenes de prueba
3.3.3 Pruebas de Consolidación en odometro gigante
Alberro (1996, 1998) con base en mediciones de la deformabilidad de
diversas presas construidas en México y en el análisis de los resultados
de pruebas de odometro gigante (de 1 m de diámetro), concluyó que en
respectivamente), las relaciones esfuerzo-deformación son lineales, por
lo que pueden utilizarse leyes constitutivas lineales para el cálculo
mediante análisis numéricos del campo de esfuerzos y deformaciones
durante la construcción de una presa.
Considerando lo anterior, para el diseño de las presas Aguamilpa, El
Cajón y La Yesca, se realizaron pruebas de odómetro gigante (en
probetas de 110 m de diámetro y 17 cm de tamaño máximo de
partícula) para los distintos materiales de cada una de las presas. Si
bien la prueba no es totalmente representativa de la deformabilidad de
un enrocamiento, por el efecto de escala, nos permite comparar de una
manera relativa la deformabilidad de distintos enrocamientos.

En la fig. 16 se presentan los resultados de módulos obtenidos en estas
pruebas para los materiales de la presa La Yesca.
En la gráfica se pueden observar dos aspectos. La menor deformabilidad
del aluvión comparada con el enrocamiento (1.5 A 3 veces menor), y
que al crecer el esfuerzo vertical siempre ocure un incremento del
módulo de deformación. Es decir, no existe un esfuerzo crítico a partir
del cual pueda haber un incremento súbito en la deformabilidad. Este
último aspecto es importante ya que en presas como Mohale, el módulo
de deformabilidad del enrocamiento se redujo drásticamente para
niveles de esfuerzos altos debido a la mayor rotura de granos.
27

fundamentales
0
40
Aluvión
a P 0
Dacita
M 30
n
porfirica
e,, E
Dacita fluidal
nó 020acimr
efod 010 de oludó0M
0.1
1
10
Esfuerzo vertical promedio, en MPa
Fig. 16 resultados de pruebas de consolidación unidimensional en odometro gigante y
mediano.
3.3.4 Pruebas triaxiales en probetas gigantes
Se ejecutaron también pruebas triaxiales en probetas de 30 cm de
diámetro y 70 cm de altura, con tamaño máximo de partícula de 5 cm.
Los resultados aparecen en la figura 17.
Se observan los clasicos alto valores del ángulo de fricción para bajos
esfuerzos de confinamientos, que es la característica por la cual la
estabilidad de los taludes una de presa de ECC poseen factores de
seguridad altos.
También se puede ver que los módulos tangente inicial, Eti, para
esfuerzos del orden de 1 MPa son relativamene altos para esfuerzos de
confinamiento por arriba de 1 MPa.

28

fundamentales
Figura 17. Resultados de las pruebas triaxiales tipo CD realizadas en diversos
materiales
3.4 Análisis esfuerzo-deformación para predecir el
comportamiento de la presa
3.4.1 Selección de parámetros de deformabilidad para análisis
Un aspecto fundamental para realizar un diseño racional de una presa
de ECC es la ejecución de análisis numéricos esfuerzo-deformación que

nos permitan predecir con suficiente precisión los asentamientos al
final de construcción y durante el primer llenado, así como los esfuerzos
a los que estará sometida la losa de concreto, para identificar
oportunamente algún riesgo de mal comportamiento de la presa.
El primer paso para un análisis exitoso es definir el modelo constitutivo
del enrocamiento y sus parámetros de deformabilidad asociados. Existen
un buen número de modelos constitutivos que tratan de reproducir el
comportamiento esfuerzo-deformación de estos materiales, de los
cuales los más simples son los que han dado mejores resultados, estos
son el modelo elástico-lineal, en el cual el parámetro representativo es
el módulo elástico lineal, E; y el model hiperbólico, el cual está definido
por la siguiente ecuación:
(2)
(
)
En donde:
E, Modulo de deformabilidad, en MPa,
29

fundamentales
E0, Modulo de deformabilidad para la presión de confinamiento pa, en
MPa,
Para los análisis de la presa La Yesca se optó por el modelo elástico
lineal. Para seleccionar los parámetros se tomaron tres criterios. En el
primero se seleccionó el módulo de elasticidad (Ec, módulo de
elasticidad durante construcción de la presa) directamente de la curva
ajustada de la figura 18 y para esfuerzos de confinamientos al centro de
cada una de las zonas de la presa; en el caso 2 el parámetro Ec se
seleccionó considerando sólo los valores obtenidos en los pedraplenes
de prueba, en los odómetros gigantes y los resultados del
comportamiento de Aguamilpa y El Cajón; finalmente el caso 3 se utilizó
un punto de vista conservador, empleando los valores mínimos de los
casos 1 y 2.
600
ALUVIÓN
DACITA FLUIDAL

500
DACITA PORFÍDICA
aP
Potencial (ALUVIÓN)
M ) anP
Potencial (DACITA FLUIDAL)
400
e M,(
Potencial (DACITA PORFÍDICA)
E , E, ,osciul 300
y = 215.35x0.3692
st událoe m
y = 163.82x0.4228
ol cit 200
u sdal
y = 159.11x0.2767
ó EM 100
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Mean stress P, (MPa)
Esfuerzo de confinamiento medio, en MPa
Figura 18. Datos de módulos de elasticidad de todas las pruebas realizadas en los
estudios de La Yesca, ajustada de acuerdo a la ecuación 2.
.

Cabe comentar que para el análisis ante llenado del embalse, para el
caso 2 se consideró un módulo igual al doble que el utilizado durante
construcción (Pinto, 1998).
En la tabla siguiente se presentan los módulos de elasticidad
seleccionados para ser utilizados durante el análisis mediante métodos
númericos del comportamiento esfuerzo-deformación de la presa La
Yesca.
30
fundamentales
Peso
Relación
E
Material
c
Ell
Volumétrico de poisson
kN/m3
MPa
MPa

1*
171
226
3B, Gravas
2*
20.7
0.2
240
480
3*
171
342
1*
153
169
T,
2*
19.5
0.2
130
260
Enrocamiento
3*
115
230
1*
119
129
3C,
2*
18.5
0.25
85
170

Enrocamiento
3*
85
170
*, Caso 1: Promedio considerando pruebas de campo y laboratorio; Caso 2:
Promedio tomando en cuenta pedraplenes de prueba y comportamiento de
Aguamilpa y el Cajón; Caso 3: Valores mínimos esperados
Tabla 8. Parámetros utilizados en los análisis del comportamiento
De la presa La Yesca
3.4.2 Análisis esfuerzo-deformación
En la figura 18 se muestra la malla de elementos utilizada en los
análisis. Estos fueron realizados con el programa de diferencias finitas
Flac 3D (Itasca, 2002). La losa de concreto fue simulada con elementos
placa. No se simularon las juntas verticales ni la perimetral típicas de
estas losas, condición conservadora ya que las juntas reducen
considerablemente los esfuerzos en estas losas.
Fig. 19 Malla de elementos para análisis con el método de diferencias finitas
31

fundamentales
En las figuras 20 y 21 se muestras los desplazamientos totales para fin
de construcción y llenado para el caso 2. Asimismo, en la tabla 9 se
muestra un resumen de los resultados más relevantes de los análisis.
Fig. 20 Contornos de desplazamientos totales al final de construcción para el caso 2
(desplazamiento máximo = 82 cm. Desplazamiento al centro de la zona 3B = 35 cm )
Fig 21 Contorno de desplazamientos totales debido a llenado (máximo desplazamiento
calculado = 17.5 cm)
La conclusión más relevante de estos análisis fue que no existía un

riesgo de mal comportamiento de la losa de concreto, ya que aún para
la condición mas conservadora los desplazamientos y esfuerzos a los
que estaría sujeta estaban por abajo de los admisibles.
32

fundamentales
Tabla 9. Resumen de resultados más relevantes de los análisis
Otro aspecto que permitió definir los análisis fue la posición de las
juntas de tensión y compresión de la cara de concreto, tal y como se
muestra en la figura 22.

Esfuerzos de
tensión
horizontales
Esfuerzos de
compresión
horizontales
Figura 22. Zonas de tensión y Compresión en la cara de concreto.
Finalmente, con base en los estudios y analisis realizados, se definió la
zonificación para la Presa La Yesca que aparece en la figura 23 y las
especificaciones para los materiales mostrados en la tabla 10 y la fig.
24.
33

fundamentales
Figura 23. Sección Máxima y zonificación utilizada en la presa La Yesca
Numero
Espesor de
Zona
Tipo de compactación
de
capa, m
pasadas
1B

0.3
Compactada con tractor
NA
2F
0.3
10.6 Ton RLV / 10 ton placa NPK
6
21
0.3
10.6 Ton RLV/ 10 ton placa NPK
8
3B2
0.6
12.2 Ton RLV
6
T3
0.8
12.2 Ton RLV
6
3C3
1.0
12.2 Ton RLV
6
4
NA
Colocado con Retroexcavadora
NA
1, Granulometría de acuerdo a lo indicado en el inciso 3.3, tabla 4; 2, Grava arena en
greña, compactada en seco 3, Enrocamiento compactado agregando 250 l de agua por m3 de
material
Tabla 10, especificaciones de compactación de los materiales utilizados en La Yesca
T
3C

3B
Figura 24. Bandas granulométricas especificadas para los materiales de la Presa
La Yesca
34

fundamentales
3.5 Comportamiento de la presa La Yesca
3.5.1 Propiedades índice de los materiales utilizados en la Presa
En la tabla 11 aparecen las especificaciones y características de los
materiales utilizados en las presas Aguamilpa, El Cajón y La Yesca,
mientras que en la fig. 24 y en la Tabla 11 se muestran las curvas
granulométricas de los materiales 3B y T, y el resumen de las
propiedades índice promedio de los materiales utilizados en La Yesca.
Se observa que en cuanto granulometría, la diferencia más fuerte entre
los materiales 3B y T es el porcentaje de arena, que para el primero fue
de 17% y para el segundo de 9%. Este aspecto, así como tambien la
forma de los granos, parece explicar la diferencia considerable en la
relacion de vacíos promedio de estos materiales (0.18 para el 3B y 0.28
para el T).
Tipo de material y

Tipo de
Numero
Zona
espesor de capa
Compactación
de
m
pasadas
Agua-
El Cajón y
Aguamilpa
El Cajón
La Yesca
Aguamilpa
El Cajón y La Yesca
milpa
La Yesca
Aluvión
Aluvión
Aluvión 10.6 ton RLV/ 10 ton
10.6 ton RLV/ 10 ton placa
2
---
---
0.3
0.30
0.3
placa vibratoria NPK
vibratoria NPK

12.2 ton VR agregando 200 l/m3
Enrocamiento Grava
3B
Grava
10 ton RLV seco
de agua en El Cajón y seco en
4
6
0.6
0.8
0.6
La Yesca
Enrocamiento
Enrocamiento
Enrocamiento
T
10 ton RLV seco
4
6
0.6
1.0
0.8
de agua
Enrocamiento Enrocamiento
Enrocamiento
3C
10 ton RLV seco
4
6
1.2
1.2
1.0

de agua
Colocado con
Colocado con
4
NA
NA
NA
NA
NA
retroexcavadora
retroexcavadora
Tabla 11. Especificaciones de construcción y caracteristicas de los materiales utilizados
en Aguamilpa, El Cajón y La Yesca.
GRAVA
ARENA
FRAGMENTOS DE ROCA
PARTÍCULAS FINAS
GRAVA
ARENA
GRUESA
FINA
GRUESA
MEDIA
FINA
FRAGMENTOS DE ROCA
PARTÍCULAS FINAS
GRUESA
GRUESA
FINA
MEDIA

FINA
HIDRÓMETRO
MALLAS ASTM
HIDRÓMETRO
MALLAS ASTM
0
0
0
0
"
"
"

0
0
"
"
"
"
"
"
0
0
0
0
0
0
3
"
"
"
"
"
"
"
4
2
4
0

0
0
0
1
2
3
0
0
1
"
"
"
"
4/
2/
4
1
2
4
6
1
2
4
03
02
11
7
5
3
2
/

1
2
4
6
7
5
3
2
3
/1
#
#
#
#
#
#
#
4
3
2
1
3
1
#
#
#
#
#

#
#
100
100
Limite Inferior Material " T "
Limite Inferior Material " T "
Limite Inferior Material " 3C "
90
Limite Inferior Material " 3C "
90
Limite Inferior Material " 3B "
Limite Inferior Material " 3B "
Limite Superior para los tres Materiales
Limite Superior para los tres Materiales
80
80
70
70
o
PROMEDIO
o
PROMEDIO

s
s
e
e
p
p
n
n
e
e 60
60
;
;
a
a
s
s
a
a
p
p
e
e
u
u
50

50
q
q
e
e
j
j
a
a
t
t
n
n
e
e
c
c
40
r
r
40
o
o
P
P
30
30
20
20
10
10

0
0
10000.00
1000.00
100.00
10.00
1.00
0.10
0.01
10000.00
1000.00
100.00
10.00
1.00
0.10
0.01
Tamaño del grano en, mm
Tamaño del grano en, mm
Figura 25. Curvas granulométricas de los materiales 3B y T utilizados en La Yesca
35
fundamentales
Material
Relación
q
Abs.
Abr.
i

Granulometría promedio
u
de vacíos,
MPa
%
%
%
%
% de
% de
% finos
E
particulas
grava
arenas
> 75 mm
s
2
0.17
0
56
36
8
3B
0.18
84
1.9
10

1.6
43
37
17
3
T
0.28
76
2
17
2.8
41
48
9
2
3C
0.29
76
2.3
17
2.8
41
46
10
3
qu, Resistencia no confinada, en MPa; Abs., Absorción; Abr., Abrasión; i, Intemperismo
acelerado.
Tabla 11. Valores promedio de propiedades índice y granulometrías de los materiales
utilizados en La Yesca.
Puede observarse que los materiales T y 3C practicamente fueron

iguales. Esto se debió a que el constructor decidió por conveniencia
constructiva utilizar la misma granulometría y practicamente el mismo
espesor de capa para ambos materiales.
Puede concluirse que los materiales de la Presa La Yesca fueron
enrocamientos sanos, bien graduados, de granos duros (aluvión) a
semiduros (dacita), con relaciones de vacíos relativamente bajas, por lo
que era de esperar asentamientos bajos al final de construcción y una
deformación pequeña de la cara de concreto ante llenado.
3.5.2 Asentamientos y gastos de filtración medidos en la presa.
En la fig. 25 se observan los contornos de igual asentamiento medidos
en la presa La Yesca desde el inicio de su construcción. El asentamiento
máximo medido fue de 97 cm, aproximadamente a mitad de la altura de
la presa, en la frontera entre el material T y el 3C, para un tiempo de
construcción de 33 meses, mientras que los análisis realizados dieron
valores de asentamiento máximo de entre 70 y 92 cm (ver fig. 20 y
Tabla 9).
Los asentamientos medidos al centro de la zona 3B fueron del orden de
40 cm, mientras que los análisis para el caso 2 dieron valores de 35 cm.
Como punto de comparación cabe mencionar que la presa Mohale, de
145 m de altura construida en Sudafrica, presentó un asentamiento
máximo de 3 m al final de construcción, y de 1.3 m al centro de la zona
3B, mientras que durante su primer llenado la cara de concreto se
deformó 50 cm. Mohale presentó filtraciones del orden de 600 l/s y
requirió de reparaciones mayores para reducirlas a valores aceptables
(Johanneson, 2007). El desplazamiento total de la cara de concreto de
36

fundamentales
La Yesca medido hasta ahora es menor que 15 cm para una carga de
agua de 163 m (Hernandez, 2012).
Fig. 26 Contornos de igual asentamiento al final de construcción para la Presa La Yesca
(cortesía Subgerencia de Seguridad de Estructuras, GEIC-CFE).
En la fig. 27 se presentan las filtraciones para diferentes niveles de
embalse para las La Yesca, para una carga hidraulica ligeramente por
arriba de 160 m presenta una filtración del orden de 88 l/s (Moreno,
2012), y se estima que para el embalse al nivel del NAMO esta filtración

será del orden de los 100 l/s.
Figura 27. Gastos de filtración medidos en las presas de Aguamilpa, El Cajón y LA
yesca durante el primer año de operación (cortesía Subgerencia de Seguridad de
Estructuras, GEIC CFE).
37
fundamentales
Cabe comentar, como punto de comparación, que las filtraciones máximas de las
presas de Mohale, Barra Grande y Campos Novos, durante el primer llenado fueron de
600 l/s, 1300 l/s y 1300 l/s, respectivamente. Estas presas sufrieron daños
considerables en las losas de concreto por esfuerzos de compresión excesivos (Yang,
2011).
4. Conclusiones
Con base en la experiencia adquirida en el diseño y construcción de las
presa de El Cajón y La Yesca, comentada en los incisos anteriores, es
posible concluir lo siguiente:
- Las presas de ECC de gran altura (más de 150 m) no pueden
diseñarse atendiendo exclusivamente a la experiencia (método
empírico), sino que para garantizar su buen comportamiento
deben realizarse estudios exhaustivos de campo y laboratorio para
definir las caracteristicas de los materiales que la compondrán y
para seleccionar adecuadamente sus parámetros de resistencia y
deformabilidad, asi como ejecutar análisis númericos esfuerzo-deformación
que permitan predecir con una precisión adecuada el
comportamiento futuro de la presa.
- La experiencia seguirá siendo fundamental al momento de decidir
los tipos de materiales que se utilizarán en la presa, asi como sus

granulometrías.
- El material 2B, que soporta la losa debe contener un contenido de
de finos no plasticos entre 6 y 12 %, para garantizar una
permeabilidad menor que 1 x 10-3 cm/s, y poseer la
granulometría recomendada por CFE que aparece en la tabla 4.
- El material 3A debe diseñarse como filtro del material 2B, para lo
cual se podrá tomar en cuenta la granulometría integral de este
último material. Las granulometrías que aparecen en la fig. 11,
con tamaño máximo de hasta 20 cm, porcentaje de arena mayor
que 30% y porcentaje de finos menor que 3 a 5 % garantizan una
cumplir adecuadamente con la función de retener y drenar
adecudamente al material 2B.
- La selección del modelo constitutivo y de los parametros de
deformabilidad de los materiales de la presa son, evidentemente,
los puntos más importante del análisis del comportamiento
esfuerzo deformación de la presa.
- Para definir con suficiente precisión estos parámetros, es
necesario realizar pedraplenes de prueba y ensayos de odometro
gigante, asi como tomar en cuenta el comportamiento de las
presas ya construidas.
- El uso de aluviones o enrocamientos sanos, de granos duros o
semiduros, bien graduados, con porcentajes de arena
38
fundamentales
preferiblemente mayor que 15% y porcentaje de gravas por arriba
de 40%, permiten obtener bajas relaciones de vacíos y, por lo
tanto, altos módulos de deformabilidad.
- Deben evitarse enrocamientos uniformes, con bajos porcentajes
de arena y de gravas, ya que serán altamente deformables.
- Es importante que las pruebas de odometro gigante de los

enrocamientos y los aluviones se lleven a presiones similares o
mayores que las reales, para garantizar que a ese nivel de
presiones no se incrementará la rotura de granos y no se
presentará un incremento súbito en la deformabilidad de estos
materiales.
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