fallas presas de tierra.pdf

Por qué Fallan las Presas de Tierra…
Jaime Suárez Díaz erosion.com.co

Clasificación de nivel de riesgo
El FEMA de los estados Unidos propone la siguiente clasificación:
Bajo potencial de riesgo. Donde la falla o la operación inadecuada resulta en la
no perdida probable de vidas humanas, y perdidas bajas economicas o
ambientales.
Potencial significativo de riesgo. Donde la falla o la operación inadecuada resulta
en la no perdida probable de vidas humanas, pero puede causar perdidas
económicas o ambientales o la alteración de líneas vitales, o puede impactar
otros elementos. Generalmente están localizadas en zonas rurales, aunque
puede estar localizada cerca a zonas urbanas con infraestructura significativa.
Alto potencial de riesgo. Donde la falla o la operación inadecuada probablemente
causa perdida de vidas humanas.
Nota : Esta clasificación no implica que una presa pueda o no fallar.

Riesgo de inundación aguas abajo de la presa
Han ocurrido con relativa frecuencia problemas
de inundación por mal funcionamiento o por falla
en los embalses o represas.

El FEMA recomienda en elaborar
planes de acciones de
emergencia y existen guias para
la elaboración de estos planes.
En todos los casos existe un riesgo potencial de incidentes o
emergencias por problemas de operación mal funcionamiento o fallas.

La magnitud y detalles
que requiere ese plan
depende del potencial de
impacto, y el EAP (Plan
de emergencia) se debe
diseñar de acuerdo a las
condiciones del sitio.
Planes de acción de
emergencia.

Los planes de acción de emergencia contienen los siguientes
elementos:
Diagrama de flujo de notificación y contactos de información
Proceso de respuesta
Responsabilidades
Actividades de preparación
Mapas de inundaciones hipotéticas
Planes de mitigación
Apendices de información adicional

Hay guias internacionales para la
elaboración de los Planes de Acción de
Emergencia y de los mapas de
inundación para riesgos asociados con
incidentes y fallas de presas.

Hay una gran cantidad de
documentos que sirven de guía para
la elaboración de estos planes de
acción de emergencia.

Causas de las fallas
e incidentes
Las fallas pueden ser
debidas a errores en :
Estudios previos
Diseño
Construcción
Operación
Mantenimiento.

Los estudios previos
 Hidrológicos
 Geológicos
 Geotécnicos

Los estudios hidrológicos
Determinar Caudales
máximos y mínimos y
la capacidad
requerida para la
operación del
embalse.
Capacidad requerida
para el vertedero.

Estudios hidrológicos
Para evitar la falla en los embalses se recomienda tener un factor de
seguridad alto para el diseño de la capacidad del vertedero.
La mayoría de las fallas de presas ocurren
por incapacidad del vertedero para manejar
los caudales extraordinarios

Kaloko dam Hawaii - 2066 7 muertos
Ejemplo de error en estudios hidrológicos
El caudal de las lluvias del 14 de marzo de
2016 superó el caudal máximo utilizado
para el diseño del vertedero.
El vertedero fue diseñado con análisis
hidrológicos con información muy pobre.

Estudios geológicos
La experiencia nos ha enseñado que con
frecuencia se presentan fallas motivadas
por información geológica insuficiente
en los estudios previos al diseño

Se requiere un analisis de la geologia y caracteristicas
geotecnicas del sitio de presa y del área de embalse
muy detallado.
No es suficiente la descripción geológica que se
adjunta típicamente a los diseños.

Datos geológicos:
Inspección geológica del sitio, mapeo geológico, perforaciones profundas , toma de
núcleos e información de perfil geológico obtenidos por ingenieros-geólogos capacitados.
Determinar la habilidad estructural del material de fundación para resistir las cargas geo-
estáticas e hidráulicas.
Posibilidad de problemas de filtraciones (Cavernas, diaclasas, fallas, zonas permeables)
Estabilidad de los taludes junto al embalse (Presencia de coluviones etc.)
Posibilidad de problemas de erosión.

Definir el material que se va a remover para garantizar capacidad
de soporte suficiente, estabilidad general y asentamientos
aceptables
Geología detallada de la cimentación

Arthur V. Watkins Dam 2006 - Utah USA
Ejemplo de error en los estudios geologicos
El agua se escapó por debajo de la presa hacia un caño cercano
El suelo era duro pero estaba estratificado con mantos permeables.

El agua se escapó por debajo de la
presa hacia un caño cercano

Estudios geotécnicos
Identificación de problemas de estabilidad
Estudios de estabilidad del embalse y del sitio de presa
 Estudios de disponibilidad y calidad de los materiales

 Debe realizarse un estudio muy cuidadoso de
disponibilidad de materiales. Cualquier error puede
invalidar el diseño
(El diseño depende de la disponiblidad y calidad de los materiales)
Estudios de los materiales

-La presa es un terraplén.
-El terraplén debe resistir las fuerzas hidrostáticas del embalse y debe
ser suficientemente impermeable para impedir el flujo interno de agua.
-Si hay variedad de materiales (gruesos y finos), la práctica usual es
diseñar una presa zonificada (con núcleo de arcilla).
-Las presas homogéneas se construyen si el suelo es relativamente fino
(arcilloso), es uniforme y es abundante.

Materiales para conformación de la presa
Los suelos aceptables para terraplén de presas de tierra se limitan a:
GC, GM, SC, SM, CL or ML.
Se recomienda que los suelos tengan un mínimo de 20% de pasantes
del tamiz No. 200.

La química de los suelos es muy importante para evitar la erosión
interna.
Deben evitarse los suelos con alto contenido de sodio intercambiable,
suelos karsticos y suelos colapsables.

Evitar el uso de lutitas en la presa
Las lutitas se desintegran al compactarse y se convierten en
limos, los cuales son permeables y muy erosionables.

Ejemplo de error en los estudios geotécnicos
San Pablo dam (California) falló porque se construyó con materiales muy
permeables

Tipos de falla en presas de tierra
Desborde sobre
la presa
Agrietamiento
Erosion
interna
Accion de arboles
Accion de roedores
Agrietamiento
Deslizamiento
Erosion
concentrada
en el pie
Flujo en el
contacto
inferior de
la presa
Erosion
interna
Estabilidad
interna de la presa
Falla de elementos
de concreto
Falla de
impermeabilización

Agrietamientos por asentamiento
Los agrietamientos son precursores de las fallas. Después de
producirse los agrietamiento se generan filtraciones de agua

FS
EN LA
Los asentamientos diferenciales excesivos generan
agrietamientos de la presa y de los ductos y demás elementos

Los agrietamientos por
asentamiento pueden
producir deslizamientos
de tierra

Causas comunes de falla de presas
CAUSA %
Desbordamiento 30 a 40
Flujo de agua a través de la presa 25 a 30
Deslizamiento taludes 15 a 30
Fugas en ductos 10 a 20
Erosión superficial 5 a 10
(Modificado de MIDDLEBROOKS, 1953)

Los porcentajes
varían de acuerdo a
la información
recolectada y el
tiempo de
cobertura.

Fallas hidráulicas
Cerca del 35% de las fallas de
presas se relacionan con
fenómenos hidráulicos:
- Sobrepaso de agua por encima
de la presa debido a poca
capacidad del vertedero o
suficiente borde libre.
- Erosión por oleaje en el talud
aguas arriba.
Pakistan

Esquema de la falla por
sobrepaso

La ampliación del canal de
erosión

Por Agencias, 23/07/2013 08:15
Este martes en la madrugada la presa Las Vírgenes comenzó a verter agua de su
cortina, luego de que alcanzó su máxima capacidad por las intensas lluvias que se
registraron en todo el estado.
Luego de recibir gran cantidad de agua, dicho cuerpo que es de los más importantes
en la entidad deja correr el vital líquido para alimentar el río Conchos que desemboca
en el Río Bravo.
Presa Las Virgenes comienza a
derramarse
Mexico

Presa Glashutte – Alemania Antes de fallar

Falla Presa Manuelote Venezuela

Zonas de inundación por la falla de la presa
Manuelote

Falla presa Algodoes -- Brasil Mayo 2009
Se terminó de construir
en 2002

AAAAA
aaaa
El norte del brasil no es
excepcionalmente lluvioso
La información
hidrológica es
escasa

Vertedero antes del rebose
La presa tenia un vertedero
lateral en gradería el cual a su
vez entregaba a una torrentera
también en gradería
El borde libre era muy pequeño

AAAAA
El vertedero en sí aparentemente
tenía buena capacidad

La gradería de la torrentera aparentemente tenía muy poca capacidad . El
talud derecho de la torrentera muestra sintomas de inestabilidad. Se informa
que hace 7 años se habia presentado un deslizamiento.
El vertedero de buena capacidad entregaba a una torrentera de
poca capacidad

AAAAA
Inicio de la primera falla La torrentera fue destruida totalmente
por la erosión. (48 horas de lluvias intensas) (Mas de 100 mm por
dia)

AAAAA
aaaa
Fotos al inicio de la primera falla

AAAAA
Aparentemente el suelo
del talud derecho de la
torrentera se deslizó.

AAAAA
La presa fue reparada pero
solamente en la parte superior
del sistema de vertedero

AAAAA
Presa
reparada
Después de la
reparación el
gobernador
descartó que
pudiera
presentarse la
falla.

AAAAA
Ocurrieron nuevas lluvias y
la presa falló otra vez

Pero esta vez ocurrió un
desastre

AAAAA
Consecuencias aguas
abajo
Onda de inundación de hasta
20 metros de altura

Cual fue la causa de la falla?
Excesso de chuva
Na avaliação do engenheiro, a quantidade de chuva que
atingiu a região nas 48 horas que antecederam o acidente
influenciou no rompimento da barragem Algodões 1. "A região
onde a barragem foi construída jamais teve o volume de
chuvas que se deu nas 48 horas que antecederam a ruptura",
garantiu.

Manutenção
A falta de assistência é um dos principais problemas relacionados às
barragens do Piauí, segundo o engenheiro. “Não existe o gerenciamento
de recursos hídricos no Piauí. Até o momento da construção das
barragens, há um acompanhamento técnico, depois não existe mais.
Soube de uma notícia, inclusive, que algumas pessoas estão roubando
as pedras da Barragem do Bezerro (em José de Freitas)”, relatou o
professor.

Presa Delhi
La presa Delhi estaba ubicada sobre el río Maquoketa, a unos 45 kilómetros al
norte de Cedar Rapids, Iowa. Fue construida en 1922 para generación
hidroeléctrica por la Interstate Power Company.

La presa tenía una altura de
unos 15 metros. Constaba de
un aliviadero de hormigón
armado cuyo flujo era
controlado por tres compuertas
accionadas eléctricamente, y
sala de máquinas adyacente.
Flanqueando ambos lados de la
estructura de hormigón
armado había unos terraplenes
de tierra que unen la presa con
las tierras altas a cada lado.
La berma superior de la presa
servía como un camino rural
asfaltado, y además disponía
de aliviadero de emergencia
para evitar el sobrepaso del
agua.
El terraplén sur se vio superado, abriéndose una brecha de
unos 10 metros de ancho, por el que brotaron grandes
volúmenes de brotaron grandes volúmenes de agua que
inundaron todo a su paso.

Inicialmente se
presentó flujo sobre
la presa pero
finalmente falló por
erosión interna

Jon Garton, ingeniero en seguridad de presas del Department of Natural Resources
(DNR), opinó que "había mas agua que para la que fue diseñada". El DNR inspecciona
las presas cada cinco años. La presa del lago Delhi había sido inspeccionada por última
vez en 2009. El inspector encontró daños menores de una inundación anterior ocurrida
en 2008, pero nada que podría haber llevado al fracaso de la presa.

Represa Taguaza - Venezuela
El embalse de la represa Taguaza, ubicada en el municipio Acevedo del Estado Miranda,
Venezuela, se encuentra en situación de RIESGO motivado a las torrenciales lluvias
ocurridas en el mes de diciembre´99, cuando estas sobrepasaron el nivel de seguridad y
las aguas pasaron por el sobre aliviadero, en esa oportunidad estructura del embalse
resistió a la acción de las aguas y presentó daños en los estribos y taludes de protección
que recubren la pantalla atirantada, el estribo derecho fue socavado, los agregados
finos fueron arrastrados dejando una gran cárcava al descubierto y hundimientos en su
parte superior, desde esa oportunidad aún no han sido reparado.

Reservorio Taum Sauk Missouri - 2005
Fotografía del proyecto
después de reparada la presa

Presa original antes de la falla

Presa de enrocado
Cara de concreto recubierta por
geomembrana. Fondo del embalse
impermeabiizado con asfalto.
Proyecto después de la falla - 2005

La presa se suponía se había
cimentado sobre Roca pero no se
limpió bien la cimentación, la presa se
asentó unos sectores mas que otros.
Asentamiento total de 60 centímetros.
Parte del asentamiento fue del
enrocado que conformaba el cuerpo de
la presa.
Había unos sensores eléctricos para
que la presa no se desbordara y estos
no funcionaron. El agua pasó sobre la
presa y se erosionó.

Al desbordarse la
erosión destruyó
totalmente el terraplén.

Parte del pedraplén había sido colocado al volteo y parte compactado por capas.

Represa El Guapo Venezuela
La represa "El
Guapo", ubicada
en el Estado
Miranda,
Venezuela, se
encontraba el
día Jueves
16DIC99, en su
nivel máximo
cuando recibió
la creciente de
aguas (Riada)
que no logró
contener .

Fallas por filtración de agua
En todas las presas se presenta filtración, la cual no genera daño, sin
embargo, si esta filtración es excesiva se produce falla de la presa.
Si los gradientes hidráulicos dentro de la presa son muy altos, se produce
erosión interna (piping).
Más del 57% de fallas de presas que han
ocurrido después de 1950 son debidas a
filtración de agua.
Una de cada 4 presas construídas ha tenido al
menos un incidente de problemas de flujo y/o
erosión interna

De las fallas por flujo interno de agua cerca de la mitad han ocurrido
por flujo por el terraplén y la mitad por flujo relacionado con la
presencia de ductos dentro de la presa.

Erosion interna por las filtraciones
Las corrientes internas con gradientes hidráulicos altos poseen una gran capacidad
de erosión

La falla se inicia con un
flujo concentrado el cual
va aumentando.
Cuidado que ese
caudal pequeño
tiende a
aumentar con el
tiempo

Y en pocas horas o días se produce la falla

Presa Teton
La presa de Teton, así llamada por el río donde se encontraba, fue
una presa de tierra construida en el estado de Idaho, entre los
condados de Fremont y Madisón, cuyas funciones eran proveer agua
para irrigación, protección contra inundación, generación de energía
eléctrica y recreación. Su construcción finalizo en Noviembre de 1975
y solo aguanto en pie hasta el 5 de Junio de 1976. Su colapso no se
debió a un gran desastre natural ni a una excesiva megalomanía a la
hora de concebir la estructura. En realidad fue debido a un mal
diseño inicial. Algo sorprendente, ya que fue diseñada por el US
Bureau of Reclamation (institución que depende del ministerio del
interior de los EEUU), una autoridad mundial en el diseño y
construcción de presas.

Flujo de agua a través de la presa y
erosión interna
Falla de la presa Teton

Falla De Presa Teton 14
JAIME
SUAREZ
DIAZ

Falla De Presa Teton 15
JAIME
SUAREZ
DIAZ

FS
FALLA DE PRESAS
Agrietamientos por asentamiento que generaron
filtraciones y erosión interna

FALLA DE PRESA TETON aguas abajo

Falla De Presa Teton aguas abajo

Falla De Presa Teton años después

Formación de cárcava en el pié de la presa

Hadlock Pond
New York
Falló dos semanas después del
primer llenado

Se había “compactado” a mano

Estas presas pequeñas mal compactadas
representan un gran riesgo.
El constructor fue condenado a pagar
varios millones de dólares por los daños.
Lectura del veredicto en la
corte estatal de Nueva York
Junio 17 2010

San Francisco dam - New Mexico Mayo 24 2003
Material arcilloarenoso
No tenía filtros

PRESA Kelly Barnes Noviembre 6 1977
Había una presa antigua y se aumentó su altura. No hubo diseño alguno.
Murieron 39 personas

Presa El Pozuelo Mexico
Falla por tubificación . Material areno-arcilloso

Reparación de presa con filtración concentrada
Ulley dam

Agrietamientos en presa en La Mesa de Los Santos por
materiales con compactación insuficiente (Mayo 2011)
Presa Mesa de Los
Santos
Falla por tubificación.
Material arenoarcilloso

La Presa falló y destruyó un puente en la via Bucaramanga - Bogotá

Compactación inadecuada
Ralph Proctor
Una gran cantidad de presas han fallado por compactación inadecuada

FS
FALLA DE PRESAS
Falla por uso de Materiales muy permeables
Falta de un sistema adecuado de
impermeabilización

Falla de flujo por
saturación (“sloughing”)
El factor de seguridad del talud
disminuye por la saturación y el
flujo de agua en el pié
Esta falla es común cuando no se
construye filtro de pie de talud.

Falla por flujo en el pié (Sloughing)

 Todas las presas de tierra sufren filtraciones de agua a traves del
terraplen, la fundacion y los estribos
 Deben diseñarse elementos para prevenir:
 subpresiones excesivas
 inestabilidad del talud aguas abajo
 sifonamiento
 erosion interna
Control y manejo de las filtraciones de agua

Erosión por filtración de agua en el contacto de la
cimentación y la presa

El contacto entre la cimentación y la presa es muy susceptible a que se formen
corrientes concentradas que conduzcan a la falla por erosión interna.

Cuando en la fundación de la presa hay materiales de alta permeabilidad
o cavidades que permitan una filtración muy grande de agua, se genera
erosión interna formándose ductos de transporte de agua los cuales se
amplían generándose la falla total del dique.
Por esta razón, se requiere realizar investigaciones muy cuidadosas del
suelo de la cimentación de la presa y construir obras que eviten la
erosión en el contacto entre la presa y su cimentación.

Geologia en la zona de Quail Creek
La falla de la presa de Quail Creek - Utah

Quail Creek Dike 1985
Tres grupos principales
de juntas en la roca de
cimentación facilitaron el
flujo en el contacto del
basamento con la presa

Al poco tiempo de
construída se
presentaron filtraciones
por debajo de la presa y
finalmente colapsó.
Se trató de solucionar
el problema mediante
inyecciones, pero no
se tuvo éxito.

La presa falló por erosión interna en el suelo
de cimentación
Quail Creek

Construcción : Preparación de la cimentación
Quail Creek

Limpieza de la cimentación
Quail Creek

Colocación y compactación del relleno en el dentellón debajo de la presa
Quail Creek

Quail Creek
Afloramiento de agua en el pié del talud. Se colocó
material granular como medida de mitigación.
Canales de erosión interna

Quail Creek
Presa fallada vista desde aguas abajo

Quail Creek
Perfil de roca por debajo de la cimentación
El flujo de agua en la zona de contacto generó la erosión interna

Limolita yesífera con estratificaciones abiertas debajo
de la presa y en los estribos
Quail Creek

Quail Creek
Laminación y porosidad

Presa Piedrablanca en
Mexico falló tres veces.

Zanja o pantalla impermeabilizante
Control y manejo de filtraciones por la fundacion
Pantalla
Pueden ser de suelo impermeable compactado, relleno fluido (slurry) o concreto.

Acondicionamiento de la
cimentación
La cimentación debe
acondicionarse para eliminar las
irregularidades.
La cimentación debe
conformarse mediante
excavación o relleno con
concreto (concreto dental) para
garantizar una superficie
uniforme.

Entre las medidas que se deben tener en cuenta para asegurar los
requerimientos esenciales de la cimentación se encuentran:
Excavación y retiro de todos los materiales insatisfactorios.
Úniformización de la superficie de cimentación
Inyecciones de la cimentación para prevenir las filtraciones.
Densificación de los materiales por debajo de la presa.
Colocación de filtros o drenes.
Concreto dental para el relleno de imperfecciones.

FS
FALLA DE PRESAS
Cavernas en el embalse
En zonas de rocas karsticas se puede producir
filtraciones a través de cavernas

Falla por deslizamiento de los taludes

Fallas por deslizamiento
Entre el 25 y el 30% de las fallas de presas ocurren por
deslizamiento de los taludes, debido a las siguientes
razones:
 Las pendientes de los taludes son mayores a las pendientes de
estabilidad.
 La filtración de agua genera presiones de poro que producen
deslizamientos.
 El desembalse rápido en el talud aguas arriba genera presiones
holgadas las cuales pueden producir la falla del talud.

Factores de seguridad de taludes recomendados por el cuerpo de Ingenieros USACE

Tanto el cuerpo de Ingenieros
USACE como el Bureau of
Reclamation recomiendan
utilizar el método de Spencer
para el cálculo del factor de
seguridad de taludes en presas.
El USACE tiene una guía para
los análisis de estabilidad de
taludes en presas.

Deslizamiento talud aguas arriba

Falla por asentamiento
La presa Lafayette en California cimentada sobre un suelo arcilloso ,
se asentó mas de 6 metros y se generó su deslizamiento.

El embalse de Baldwin Hills, Los Ángeles, California, fue construido entre
1947 y 1951. En su construcción se había tenido en cuenta la proximidad
de una pequeña falla activa situada a unos 400 metros, por lo que se
había dotado a la presa de un revestimiento asfáltico especial con grava
y arcilla que mantuviese la integridad de la estructura en caso de
pequeños movimientos sísmicos.
Algunos días antes de Navidad de 1963 la Presa de Baldwin Hills
comenzó a agrietarse.
A los pocos minutos la policía comenzó la evacuación de los vecinos
mientras algunos operarios rellenaban la grieta en un intento
desesperado de evitar la tragedia. Desgraciadamente ya no se podía
hacer nada, el agujero se hizo mayor y mayor y un torrente de millones
de litros de agua se llevó por delante casi 300 casas y 5 vidas.
Esta fue la primera vez en la historia que se emitía en directo por
televisión un desastre de estas características.

Los culpables de este suceso nunca quedaron del todo claros. Por un
lado se comprobó que el revestimiento utilizado en las paredes de la
presa no era tan elástico como los ingenieros pensaban, lo que
produjo su rotura antes de lo esperado. Por otro lado se atribuyó
parte de la culpa a las compañías petrolíferas de Inglewood, zona
cercana a Baldwin Hills que extraían su petróleo inyectando agua
presurizada en los pozos provocando un aumento artificial de la
presión bajo tierra.
Después de este desastre se prohibió la construcción de un nuevo
embalse. En la actualidad el lugar que ocupaba el embalse es tierra
firme y forma parte del parque Kenneth Hahn State Recreation
Area.

Agrietamiento, filtración y posterior
colapso por presencia de falla geológica
Fallas geológicas

Falla de presa en Taiwan(1999) localizada sobre una falla geológica activa.
En el terremoto de Chi Chi

Presa atravesando una falla geológica activa
En abril de 1906 falló el embalse de Crystal Springs el cual se encontraba sobre la falla
de San Andreas la cual se desplazó 3 metros.

Preocupa que el embalse de Hidrosogamoso se encuentra
construido sobre una falla geológica activa

Falla por eventos sísmicos
San Fernando Dam

Es frecuente la falla de presas en eventos sísmicos
Sheffield dam

Presa Aznalcóllar España 1998,

Falla de presa en el sismo de San Fernando (California)

Falla De Presa En El Sismo De San Fernando (California)

Falta de un sistema adecuado de filtros
Las fallas por erosion interna se pueden evitar construyendo un
sistema adecuado de filtros para el manejo de las aguas que en
todos los casos se infiltran a través de la presa.
La mayoría de presas que han
fallado no tenían un sistema
adecuado de filtros

Toda el agua que se infiltre por la presa o la fundación debe ser
recolectada y manejada por sistemas de filtros o subdrenes
Siempre debe construirse un
filtro en el pié de la presa

A. Dren de pie triangular
B. Colchon dedrenaje
C. Dren de chimenea
Tipos de drenaje para
una presa homogenea

Flujo de agua en un Filtro de chimenea

Dren vertical o de chimenea
JAIME
SUAREZ
DIAZ

El US Army corps of engineers no permite la utilización de filtros de
geosintéticos en presas de tierra.

GEORED
GEOTEXTIL
JAIME
SUAREZ
DIAZ
Dren de chiminea en la represa de la Honda – Socorro –
Santander utilizando material de filtro y geosintéticos

FEMA : Los Geotextiles solo deben utilizarse en áreas no criticas de presas
de tierra.

Filtro de pié Los Filtros de pié
deben tener
capacidad
suficiente para
manejar la
totalidad de las
posibles filtraciones
y deben ser
compatibles como
material de filtro.

Fallas por erosión a lo largo de ductos

La zona alrededor de ductos es muy
susceptible a erosión interna

Lawn Lake Dam
Colorado
Julio 1982
3 muertos

“If conduits are not designed and constructed
correctly, embankment dams will have an
increased probability of failure, which endangers
the public. It is critically important that conduits
through embankment dams be designed by
engineers experienced with all aspects of the
design and construction of these structures.”
Si los ductos no son diseñados y construidos correctamente, las presas de tierra tendrán
una posibilidad grande de falla, lo cual es peligroso. Es críticamente importante que los
ductos a través de presas de tierra sean diseñadas por ingenieros con experiencia en todos
los aspectos de diseño y contrucción de estas estructuras.
La importancia de los ductos en las presas de tierra.

Clasificación de tipos de ducto. (FEMA)
Flujo no presurizado. El flujo dentro del ducto funciona como un canal
abierto en toda su longitud.
Flujo a presión. Flujo presurizado hasta un punto de control o válvula.

Materiales de los ductos.
Concreto armado fundido in situ.
Concreto armado prefabricado.
Termoplastico
Hierro ductil
Hierro fundido
Acero soldado
Metal corrugado
Aluminio.
Independientemente del material un ducto representa una discontinuidad dentro de la presa.

FEMA: Un ducto puede sufrir deterioro,
agrietamiento por asentamiento de la fundación
o separación de las juntas por un diseño o
construcción pobres.
Inducción de presión de poros:
Los escapes de agua en los defectos de los
ductos generan presiones de poro, excediendo
a las producidas por el flujo a través del
terraplén.
Tubificación:
Cuando se forman rutas preferenciales de flujo
de agua en el relleno se pueden producir con
frecuencia problemas severos de erosión interna
o fallas de la presa.
Históricamente se ha utilizado el término
“piping” (tubificación) para describir estos
procesos de erosión interna.
Las fuerzas del flujo de
agua a presión pueden
generar condiciones de
“boiling” (ebullición )
en la zona de salida de
agua en el pié de la
presa, si no hay un filtro
debidamente diseñado.

Los asentamientos diferenciales de la cimentación pueden causar rotura
del ducto.
En lo posible los ductos deben colocarse dentro de roca o suelo natural muy duro por
debajo de la cimentación y el vacío perimetral debe ser totalmente relleno de concreto.
Fema : Los diseñadores deben adoptar criterios muy conservadores cuando se coloquen
ductos dentro de presas de tierra.

Tuberías atravesando el dique Una gran cantidad
de fallas en presas
han ocurrido por
flujo alrededor de
los ductos que
atraviesan el dique.
En lo posible no
debe haber ductos
atravesando el
dique y si estos se
requieren deben
empotrarse en la
roca por debajo de
la cimentación
embebidos en
concreto.

FEMA : Cerca de la mitad de las fallas por erosión interna
se producen junto a los ductos, o sea una de cuatro fallas de
presas está relacionada con los ductos.

Fractura hidráulica en la interface del ducto y el suelo
Cuando la presión del agua es superior a la
presión interna del suelo se genera una
fractura Baja
compactación

Vacíos debajo del ducto por exceso de compactación lateral al ducto
Los diseñadores deben
implementar medidas para
impedir la erosión en la
interface del ducto y el suelo.

Una alternativa es la colocación de collares de concreto a través del
tubo para generar dificultad al flujo paralelo al ducto.

Sin embargo la compactación alrededor de estos collares es
muy difícil y con frecuencia esta solución no funciona.

Falla de una presa a pesar de la colocación de collares alrededor del ducto.

En ductos no presurizados el agua que se filtra a traves del
suelo puede entrar al ducto por los defectos de este.

Falla por defectos en ductos no
presurizados

FEMA:
Cuando el ducto esta
sometido a agua a
presión, si hay defectos
en el ducto las presiones
altas del flujo pueden
salirse del ducto a través
de los defectos. El agua
fluyendo a presión ejerce
fuerzas hidráulicas sobre
los suelos de la presa. El
agua del ducto fluye
hacia afuera hacia el
terraplén circundante.

Si el ducto se
encuentra
bloqueado la
presión dentro del
ducto puede ser
mayor que presión
normal en
condiciones de
flujo de diseño.

El agua fluyendo hacia
afuera del ducto empieza a
circular a través del
terraplén y aflora en el pié
de la presa o en otras
superficies de salida de
agua.
Si el pié de la presa no está
protegido por un filtro
debidamente diseñado, las
partículas pueden ser
arrastradas por el flujo de
agua.

Las fuerzas del flujo sueltan
las partículas y se genera un
proceso de erosión
remontante formándose un
túnel interno.
El proceso de erosión
interna continúa hasta que
el túnel de erosión conecta
con el defecto en el ducto y
si el proceso continúa puede
conducir a la falla de la
presa.

El uso de geomembranas como sistema de impermeabilización
No es común en otros países del mundo la utilización intensiva de
geomembranas para la impermeabilización de presas, debido a la poca
confiabilidad por deterioro y vandalismo.

El Bureau of Reclamation de EE UU no recomienda en lo
posible no utilizar geomembranas en presas de tierra.

Si se utilizan geomembranas debe diseñarse un talud con pendiente
no superior a 3H:1V y ésta debe protegerse contra el vandalismo
colocando una cobertura de materiales resistentes a la erosión.

En Santander la utilización de geomembranas expuestas en presas
de tierra es muy común, especialmente en proyectos de acueducto.

En términos teóricos, una
impermeabilización con
geomembrana bien diseñada y
construida y sin daño alguno, es un
sistema adecuado.
Sin embargo, la experiencia en
Colombia muestra que si las
geomembranas se dejan expuestas,
su deterioro es evidente.

Presa La honda - Socorro
Presa Pinchote
Presa Aratoca

Se requiere modificar la práctica del uso inadecuado de geomembranas
en presas de tierra.
El Bureau of reclamation recomienda colocar la geomembrana como
parte integral del cuerpo de la presa.

La geomembrana debe estar protegida contra el vandalismo y el ambiente

El uso de geotextiles de refuerzo
Los geotextiles pueden utilizarse como un sistema
para mejorar la resistencia de los espaldones de una
presa y permitir mayores pendientes de los taludes.

Es importante que se realicen
análisis de estabilidad
detallados de los taludes
incluyendo los diversos
mantos de suelo y los
refuerzos.
Se recomienda utilizar
programas de equilibrio límite
y modelos con elementos
finitos para analizar la
estabilidad de los taludes.

Debe garantizarse que la longitud de los refuerzos atraviese las
superficies de falla de bajo factor de seguridad de los taludes.
Esto equivale a que las longitudes de refuerzo deben ser lo
suficientemente largas para garantizar longitudes de
empotramiento por detrás de la superficie de falla que permitan
generar fuerzas de tracción significativas en los refuerzos para
garantizar el factor de seguridad estable del talud.

Los análisis de estabilidad deben incluir todas las posibilidades de falla
Análisis que el Bureau of Reclamación recomienda realizar:

Técnicamente no es aceptable el mezclar refuerzos de geosintéticos
de diferentes módulos de deformación, debido a que en estos casos
uno de los dos refuerzos no asume carga hasta que el otro tipo de
refuerzo ha llegado a su límite de falla a tracción.
No mezclar geotextiles
con geomallas

Intrusión de animales en la zona
de la presa
Animales a tener en cuenta entre otros:
Armadillos
Cabras
Vacas
Hormigas
Generalmente no se le da importancia al efecto
negativo de la presencia de animales sobre la
estabilidad de la presa.
Especialmente se debe analizar su efecto sobre la
conservación de las geomembranas y la erosión superficial.

Estandares para el diseño y
construcción de presas
Hace muchos años se tenía el
libro de “Small Dams” del
Bureau of reclamation.
Luego utilizamos los manuales
del US Corps of Engineers
Ahora se tienen:
Guias de mejores practicas de
FEMA
Estandares del Bureau of
reclamation

Se recomienda Utilizar el Estandar 13 del “U.S. Bureau of
Reclamation”como estándar para el diseño y construcción
Design Standards No. 13: Embankment Dam
Chapter 1: General Design Standards (October 2011)
Chapter 2: Embankment Design (December 2012)
Chapter 3: Foundation Surface Treatment (July 2012)
Chapter 4: Static Stability Analysis (October 2011)
Chapter 5: Protective Filters (November 2011)
Chapter 6: Freeboard (September 2012)
Chapter 7: Riprap Slope Protection (May 2014)
Chapter 8: Seepage (January 2014)
Chapter 9: Static Deformation Analysis (November 2011)
Chapter 10: Embankment Construction (May 2012)
Chapter 11: Instrumentation and Monitoring (March 2014)
Chapter 12: Foundation and Earth Materials Investigation (July
2012)
Chapter 13: Seismic Analysis and Design (May 2015)
Chapter 15: Foundation Grouting (September 2014)
Chapter 16: Cutoff Walls (July 2014)
Chapter 17: Soil-Cement Slope Protection (August 2013)
Chapter 19: Geotextiles (June 2014)
Chapter 20: Geomembranes (March 2014)
Chapter 21: Water Removal and Control: Dewatering and
Unwatering Systems (September 2014)

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